Розрахунок керованого випрямляча та системи iмпульсно-фазового керування

ЗАВДАННЯ

на проектування з дисциплiни

ВлЕлектронiка та мiкросхемотехнiкаВ»

Кафедра автоматизацii виробничих процесiв

Варiант № 34

Тема: тАЬРозрахунок керованого випрямляча та системи iмпульсно-фазового керуваннятАЭ

Вихiднi данi:

1) Для випрямляча:

В· напруга живлення () тАУ 380;

В· напруга на навантаженнi () тАУ 80;

В· струм на навантаженнi () тАУ 30;

В· глибина регулювання () тАУ 10.

2) Для СРЖФУ:

В· напруга живлення () тАУ 380;

В· напруга управлiння () тАУ 0тАж8.

3) Для блока живлення:

В· напруга живлення () тАУ 380;

В· вихiдна напруга () тАУ 12;

В· струм на навантаженнi () тАУ 0,3;

В· коефiцiiнт стабiлiзацii () тАУ 100.

ПИТАННЯ ДЛЯ ПРОРОБКИ

1. Розрахунок силовоi частини керованого випрямляча.

2. Проектування системи iмпульсно-фазового керування.

3. Розрахунок джерела живлення.

4. Моделювання силовоi частини керованого випрямляча.

Завдання видане15.10.2004р.

Строк захисту13.12.2004р.

Завдання прийняте до виконання __________________(Наталюткiн М.РЖ.)

Керiвник __________________(Сус С.П.)

Реферат

Курсова робота присвячена розрахунку елементiв керованого випрямляча, системи iмпульсно-фазового керування для керованого випрямляча та блока живлення СРЖФУ.

Курсова робота мiстить 30 сторiнок, 12 iлюстрацiй, 1 додаток та 1 креслення (схема керованого випрямляча в зборi).

Змiст

Вступ

1 РОЗРАХУНОК СИЛОВОРЗ ЧАСТИНИ КЕРОВАНОГО ВИПРЯМЛЯЧА

1.1 Вибiр схеми та розрахунок основних параметрiв випрямляча в некерованому режимi

1.2 Розрахунок основних параметрiв випрямляча в керованому режимi

1.3 Розрахунок регулювальноi характеристики керованого випрямляча

1.4 Розрахунок регулювальноi характеристики керованого випрямляча

1.5 Вибiр захисту тиристорiв вiд перевантажень за струмом та напругою

2 ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ РЖМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО КЕРУВАННЯ

2.1 Розрахунок параметрiв пускових iмпульсiв

2.2 Розрахунок параметрiв елементiв кола керування тиристорами

2.3 Розрахунок параметрiв елементiв блокiнг-генератора

2.4 Розрахунок елементiв генератора пилкоподiбноi напруги

2.5 Розрахунок вхiдного кола генератора пилкоподiбноi напруги

2.6 Розрахунок елементiв блока синхронiзацii

2.7 Побудова регулювальних характеристик випрямляча

3 РОЗРАХУНОК ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

3.1 Вибiр схеми та розрахунок основних параметрiв джерела живлення

3.2 Розрахунок однофазного мостового випрямляча

Висновки

Перелiк посилань

Додатки

Додаток А

Вступ

Мета даноi курсовоi роботи тАУ спроектувати керований випрямляч i систему iмпульсно-фазового керування для нього.

Випрямляч тАУ пристрiй, що перетворюi змiнний струм у постiйний. Вiн складаiться з трансформатора, що перетворюi напругу ланцюга живлення у необхiдну за величиною; вентильного блоку, що перетворюi змiнну напругу в пульсуючу та фiльтра, що згладжуi пульсацii випрямленоi напруги до необхiдноi для нормальноi роботи споживача величини. У данiй курсовiй роботi розглядаiться трьохфазний керований випрямляч, побудований з використанням керованих вентилiв (тиристорiв). В такому випрямлячi використовуiться трансформатор iз двома обмотками. Фiльтри, що згладжують, виконанi на основi дроселiв.

Для керування тиристорами, що використовуються в даному випрямлячi, використовуiться система iмпульсно-фазового керування. Такий спосiб керування потужними тиристорами в даний час вважаiться найбiльш прийнятним. Суть способу полягаi у включеннi замкнених тиристорiв майже позитивними прямокутними iмпульсами, що подаються на керуючий електрод тиристора зсунутими за фазою на кут Вавiдносно моменту природного включення некерованих вентилiв. Таким чином, основним завданням системи iмпульсно-фазового керування i перетворення вхiдноi регулюючоi напруги у вiдповiдний кут регулювання Ва(тобто кут вiдкриття тиристорiв). Тому що в даному випрямлячi використовуiться 6 тиристорiв, то для керування ними використовуiться багатоканальна система iмпульсно-фазового керування. При цьому схеми всiх каналiв однаковi i вiдрiзняються тiльки фазами синхронiзуючих напруг, що зсунутi за фазою одна вiдносно одноi на 120 градусiв, як i у вiдповiдних анодних ланцюгах тиристорiв.

Для живлення схеми системи iмпульсно-фазового керування використовуiться релейний стабiлiзатор напруги.

1
РОЗРАХУНОК СИЛОВОРЗ ЧАСТИНИ КЕРОВАНОГО ВИПРЯМЛЯЧА

1.1 Вибiр схеми та розрахунок основних параметрiв випрямляча в некерованому режимi

Згiдно з завданням приймаiмо трьохфазну мостову схему випрямляча на шести тиристорах з нульовим дiодом.

Рисунок 1.1 тАУ Схема трьохфазного мостового випрямляча
на шести тиристорах з нульовим дiодом

Спочатку проводимо розрахунок у некерованому режимi, тобто при ВаУ звтАЩязку з тим, що напруга в мережi може змiнюватись у межах Вавизначаiмо величини випрямлених напруг на навантаженнi:

деВаВаВаВаВа тАУ випрямлена напруга на навантаженнi при нормальнiй напрузi в мережi;

ВатАУ випрямлена напруга на навантаженнi при пiдвищенiй напрузi в мережi.

Визначаiмо максимальне значення зворотноi напруги на тиристорах: Васереднi значення струму тиристорiв

З джерела [1] за обчисленими значеннями обираiмо тиристори типу T132-16-13.

Визначаiмо активний опiр фази трансформатора:

де ВаВаВаВа ВатАУ коефiцiiнт, що залежить вiд схеми випрямлення;

ВатАУ магнiтна iндукцiя в магнiтопроводi;

ВатАУ частота струму живлячоi мережi;

ВатАУ число стрижнiв магнiтопроводу для трансформаторiв.

Визначаiмо iндуктивнiсть розсiювання обмоток трансформатора:

де ВатАУ коефiцiiнт, що залежить вiд схеми випрямляча.

Визначаiмо напругу холостого ходу з урахуванням опору фази трансформатора

де ВатАУ спадання напруги на вентилях та обмотках трансформатора,

ВатАУ спадання напруги на вентилях,

ВатАУ спадання напруги на обмотках трансформатора.

деВаВаВаВаВа тАУ число пульсацiй кривоi випрямленоi напруги за перiод мережi.

Визначаiмо параметри трансформатора з джерела [2]:

дiюча напруга на вториннiй обмотцi трансформатора

дiючий струм вторинноi обмотки трансформатора

коефiцiiнт трансформацii

дiючий струм первинноi обмотки трансформатора

дiюче значення струму дiода

типова потужнiсть трансформатора

Визначаiмо кут комутацii:

де ВатАУ iндуктивний опiр обмоток трансформатора.

Внутрiшнiй опiр випрямляча

Коефiцiiнт корисноi дii

де ВатАУ втрати в трансформаторi,

ВатАУ коефiцiiнт корисноi дii трансформатора,

ВатАУ втрати потужностi на випрямних дiодах,

ВатАУ число тиристорiв у схемi.

Визначаiмо струм нульового вентиля:

З джерела [1] за обчисленим значенням обираiмо дiод типу ВЛ100.

Зовнiшня характеристика випрямляча при Вабудуiться за двома точками: Холостий хiд i Номiнальне навантаження, маi вигляд прямоi (рис. 1.2).

Таблиця 1.1

	0	30
	107,3015	80

Рисунок 1.2 тАУ Зовнiшня характеристика випрямляча

1.2 Розрахунок основних параметрiв
випрямляча в керованому режимi

Визначаiмо максимальний i мiнiмальний кути регулювання:

Мiнiмальна випрямлена напруга на навантаженнi

Струм на навантаженнi

Визначаiмо максимальний i мiнiмальний кути провiдностi тиристорiв:

Струми через тиристори та в нульовому дiодi вже розраховано вище.

1.3 Вибiр елементiв керованого випрямляча

На пiдставi попереднiх розрахункiв знаходимо:

для тиристорiв тАУ

для нульового дiода тАУ

Тиристори та нульовий дiод обираiмо iз запасом за зворотною напругою

Приймаiмо тиристори та дiод iз припустимою зворотною напругою

Припустимi струми через тиристори та вентиль залежать вiд кута провiдностi Вата швидкостi охолоджуючого повiтря й не перевищують ВаТодi необхiдно обрати:

тиристори на струм

нульовий дiод на струм

За обчисленими значеннями з джерела [1] обираiмо для випрямляча шiсть тиристорiв VS1-VS6 типу 2Т132-25-20, нульовий дiод VD0 типу ВЛ200. Для охолодження тиристорiв та дiоду застосовуiмо типовi охолоджувачi М-6А.

1.4 Розрахунок регулювальноi характеристики
керованого випрямляча

Загальна розрахункова формула для всього сiмейства навантажувальних характеристик:

при

Де ВатАУ напруга холостого ходу;

ВатАУ спадання напруги на елементах випрямляча;

ВатАУ струм на навантаженнi.

Результати розрахункiв зведемо до таблицi 1.2.

Таблиця 1.2

0˚	30˚	60˚	90˚	101,366˚
30	25,981	15	4,019	1,573
6,984	6,343	4,592	2,841	2,451
100,318	86,583	49,059	11,535	3,174

Рисунок 1.3 тАУ Регулювальна характеристика випрямляча

1.5 Вибiр захисту тиристорiв вiд перевантажень
за струмом та напругою

Захист повинен задовольняти наступним вимогам:

- забезпечувати максимальну швидкодiю;

- здiйснювати вiдключення тiльки пошкодженого елемента;

- мати високу чуттiвiсть.

Для захисту тиристорiв вiд перевантажень використовуiмо швидкодiючi плавкi запобiжники.

Струм плавкоi вставки

де ВатАУ коефiцiiнт можливого експлуатацiйного перевантаження;

ВатАУ коефiцiiнт, що характеризуi спiввiдношення струмiв в iдеальному випрямлячi;

ВатАУ коефiцiiнт, що враховуi вiдхилення форми опорного струму вентилiв вiд прямокутноi;

ВатАУ коефiцiiнт трансформацii трансформатора.

Приймаiмо до установки швидкодiючi запобiжники FU1-FU3 типу
ПНБ-5-380-7.

Для забезпечення захисту вiд комутацiйних перевантажень використовуiмо на вхiдних шинах перетворювача ланцюги.

Визначаiмо параметри ланцюгiв за наступними спiввiдношеннями:

де ВатАУ величина струму холостого ходу вторинноi обмотки трансформатора, складаi 5% вiд дiючого струму вторинноi обмотки трансформатора;

ВатАУ коефiцiiнт запасу вiд перевантажень на тиристорi,

З джерела [2] за обчисленими значеннями обираiмо конденсатори C1-C3 типу СГМ-4-500 В-0.62 мкФВ±10%, резистори R1-R3 типу ПЭВ-10-50 ОмВ±5%.

Для послаблення перевантажень тиристорiв у момент комутацii використовуiмо ланцюги, що вмикаються паралельно тиристорам. Такий ланцюг разом з iндуктивнiстю навантаження утворюi послiдовний коливальний контур. В ньому конденсатор обмежуi комутацiйнi перевантаження, а резистор обмежуi струм розряду цього кондесатора при вiдмиканнi та запобiгаi коливанням у послiдовному контурi.

Параметри ланцюгiв визначаiмо за наступними спiввiдношеннями:

Де ВатАУ iндуктивнiсть розсiювання обмоток трансформатора;

ВатАУ дiюча напруга вторинноi обмотки трансформатора;

ВатАУ критична швидкiсть наростання напруги на тиристорi;

де ВатАУ динамiчний опiр вiдкритого тиристора.

З джерела [2] за обчисленими значеннями обираiмо конденсатори C4-C9 типу МБГО-0,0025 мкФВ±10% на 127 (В), резистори R4-R9 типу ПЭВ-20-620 ОмВ±10%.

Рисунок 1.4 тАУ Схема захисту вентильних блокiв перетворювача вiд перевантажень за струмом та напругою

2 ПРОЕКТУВАННЯ
СИСТЕМИ РЖМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО КЕРУВАННЯ

2.1 Розрахунок параметрiв пускових iмпульсiв

Визначаiмо потрiбну тривалiсть iмпульсу керування . У попередньому розрахунку був визначений кут комутацii вентилiв . Тривалiсть iмпульсу керування обираiмо з умови . Переведемо тривалiсть iмпульсу в секунди (=56мкс): .

Сигнал подаiться на тиристор через , тому перiод повторення iмпульсiв визначаiться як

Для тиристора Т151-100-13 струм та напругу керування:

2.2 Розрахунок параметрiв
елементiв кола керування тиристорами

Схема пiдключення ланцюга керування маi такий вигляд (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 тАФ Схема пiдключення ланцюга керування тиристорами

В якостi розвтАЩязки застосований дiодно-оптотиристорний модуль VE1. Виконаiмо розрахунок елементiв ланцюга керування тиристорами.

Шунтуючий дiод VD3, для надiйного закриття тиристора обираiмо за умови: Uобр.доп>Uxx=324,24 (B);

Приймаiмо дiод типу ВЛ100.

Через оптотиристор оптрону проходить струм керування силового тиристора =300 (мА). Тодi величину опору обмежуючого резистора R10 знаходимо за такоi умови:

де Uy тАУ Напруга вiдкритого тиристора, Uy = 4 (В).

Визначаiмо потужнiсть розсiювання на резисторi R10, за умови iмпульсного характеру керування:

Приймаiмо до установки резистор ТВО-2-100 ОмВ±20%.

З джерела [1] обираiмо стандартний дiодно-оптотиристорний модуль. Вибiр провозимо за ВатАУ середньому значенню струму через оптотиристор:

Приймаiмо до установки модуль МДТО80-12 з параметрами:

Рисунок 2.2 тАФ Схема ланцюга керування тиристорами

Крiзь свiтодiод оптрона проходить струм керування . Величина опору обмежуючого резистора R8 значодимо з умови, що коефiцiiнт трансформацii TV2 приймаiмо , i максимальну напругу на вториннiй обмотцi TV2 буде дорiвнювати U2 =Eк/5= 30/5=6 (В).

де Uy тАУ спадання напруги на свтодiодi оптрону.

Визначаiмо потужнiсть розсiювання на риезисторi R8:

Приймаiмо до установки резистор типу ОМЛТ-0,125-47В±1%.

Внутрiшнiй опiр керування оптотиристора:

Тодi повний опiр навантаження ланцюга керування тиристорами:

Rн = Ry + R8 = 47+31,25 = 78,25 (Ом).

Для захисту свiтодiоду оптрона вiд перенапруг, якi виникають на обмотках трансформатора TV2 при зняттi импульсу керування, обмотка TV2 шунтуiться дiодом VD8. Дiод обираiмо з умови Uобр > 2Eк =60 (B); Iпр = Iм = Iy = 0,08 (А), де Iм тАУ струм намагнiчення трансформатора TV2.

Обираiмо до установки дiод КД109Б з наступними параметрами:

Uобр = 100 (В), Iпр = 0,3 (А).

2.3 Розрахунок параметрiв елементiв блокiнг-генератора

Схема блокiнг-генератора представлена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 тАФ Схема блокiнг-генератора

Максимальний струм в ланцюгу колектора VT2 (струм первинноi обмотки Wk) визначимо як .

Допустиму напругу на колекторi визначимо як:

Визначимо iмпульсну потужнiсть колекторного ланцюга:

Визначимо середню потужнiсть вихiдного каскаду:

З довiдника за даними Uкэ.доп, Im, Pn обираiмо транзистор КТ601М з наступними параметрами:

- максимальна напруга колектор-емiтер Uкэ.max = 100 (B);

- максимальний струм колектора Iк.max = 0,03 (А);

- максимальна розсiювана потужнiсть Pк.max = 0,5 (Вт).

З довiдника [3] беремо вхiднi та вихiднi характеристикии (малюнок 2.4) та бужуiмо характеристики навантаження за постiйним та змiнним струмом.

Рисунок 2.4 тАФ Вхiднi та вихiднi характеристики транзистора КТ601М (КТ601А)

Визначимо приведений опiр в ланцюгу колектора:

Визначимо струм короткого замикання .

Визначимо напругу холостого ходуВаВаВаВаВа .

Будуiмо лiнiю навантаження за постiйним струмом. В момент перетину Iб = 50 (мкА) (струм вiдсiчки) з лiнiiю навантаження отримаiмо робочу точку А. В результатi графiчних будувань знаходимо: струм спокою Iкo = 5 (мА) и Uкo = 20 (В).

Визначаiмо струм короткого замикання за змiнним струмом :

де Ва- коефiцiiнт робочоi точки при збiльшеннi температури .

З точки Ва= 23,3 (мА) крiзь точку А проводимо пряму навантаження за змiнним струмом. Графiчно знаходимо максимальний струм бази Iб.макс = 250 (мкА).

Визначаiмо величину опору змiнному струму:

З графiчних побудов знаходимо:

Uкн = 2,5 (B); Iкн = IтАЭк = 23,3 (мА);Uб0 = 1,35 (В); Uб.макс = 2,85 (В).

Тодi ; .

Коефiцiiнт пiдсилення каскада .

Задаючись спаданням напруги на резисторi R6 яке дорiвнюi (0,15тАж0,2)Eк визначимо величину резистора:

Допустима потужнiсть розсiювання на R6:

Приймаiмо до установки резистор типу ОМЛТтАУ0,125тАУ1 кОмВ±10%.

Визначимо опiр дiльникiв ланцюга бази.

Звичайно приймають

Тодi

Визначимо потужнiсть розсiювання на резисторах R7 ,R9:

Приймаiмо резистор R7 типу КИМтАУ0,05тАУ2,4 кОмВ±10%; резистор R9 типу КИМтАУ0,05тАУ6,8 кОмВ±10%.

РДмнiсть конденсатора С5 визначимо з умови найменших вiдхилень:

Приймаiмо до установки конденсатор типу К76-П1-63 В-3,3 мкФ.

Визначаiмо опiр ланцюга стабiлiзацii:

Вхiдний опiр блокiнг-генератора

Розрахунок iмпульсного трансформатора поснемо з вибору коефiцiiнта трансформацii Ваякий розраховуiться як: .

Приймаiмо n0 = 2.

РДмнiсть конденсатора С4 визначимо з умови найменший вiдхилень:

приймемо конденсатор з iмнiсть в 10 разiв бiльше нiж ми розрахували. Обираiмо конденсатор типу К50-7-50В-56 мкФВ±20%.

Визначимо iндуктивнiсть колекторноi обмотки iмпульсного трансформатора:

де ВатАУ коефiцiiнт передачi за струмом транзистора VT2 16.

Обираiмо тороiдальний сердечник з фериту марки 100НН1 10х6.0х2.0,

Тодi магнiтна проникливiсть:

де ВатАУ початкова проникливiсть ферiту марки 100НН1, =100;

ВатАУ магнiтна стала феритiв, ;

ВатАУ середня довжина магнiтноi лiнii, = 34,84 мм;

S тАУ поперечний перерiз, S = 23,06 мм2.

Знаходимо кiлькiсть виткiв колекторноi та вхiдноi обмоток трансформатора:

. Приймаiмо .

Дiод VD7 обираiмо по .

Приймаiмо до установки дiод типу КД102Б.

2.4 Розрахунок елементiв генератора пилкоподiбноi
напруги

тиристор струм напруга генератор

Рисунок 2.5 тАФ Схема блокiнг-генератора

Для того, щоб блокiнг-генератор (далi тАУ ГПН) (рисунок 2.5) працював, необхiдно, щоб час вiдкритого стану транзистора було набагато менше часу закритого стану, але достатнiм для розрядки конденсатора С3. Для цього попередимо включення у вхiдний ланцюг ГПН схеми (рисунок 2.6), яка складаiться з дiльникового ланцюга, дiоду та дiльникового конденсатора. Така схема включення дозволяi знизити напругу на базi VT1 на половину амплiтуди пульсуючого сигналу, що дозволить транзистору бути вiдкритим приблизно . Приймемо час вiдкритого стану , а час закритого стану.

Сконструюiмо ГПН на транзисторi типу ГТ403Ж з параметрами

де ВатАУ напруга насичення мiж колектором та iмитером.

Напруга на конденсаторi С3 змiнюiться за законом

де Тз тАУ постiйна часу заряду конденсатора,

де Un максимальна напруга на виходi ГПН.

Для его знахождення спочатку оберемо дiод VD6:

Обираiмо до установки дiод типу КД202М з параметрами:

Так як. Uy=0тАж8 (B), Un розраховуiться як

Приймемо Un=9 (B), тодi:

Приймемо максимальний робочий струм

де KI тАУ запас стiйкостi за струмом.

Знаходимо опiр резистора R5 :

Т.я. напруга змiнюiться майже лiнiйно, то потужнiсть розсiювання на резисторi R5:

Приймаiмо до установки резистор типу С5-35 В-7.5-62 Ом.

Пiдставивши цi данi в формулу, знаходимо iмнiсть конденсатора С3:

Приймаiмо до установки конденсатор типу К50-7-50 В-380 мкФ.

Розрахуiмо максимальний струм вiдкритого транзистора:

Обираiмо струм дiльника

де =20 для транзистора типу ГТ403Ж за частот, близьких до 50 (Гц).

За довiдником, визначивши, що при

визначають як .

Визначаiмо параметри опорiв R4 та R3:

Обираiмо резистори типiв: R4 С2-11-0.25-3.6В±1%, R3 ПЭВ-10-120В±5%.

Дiод VD7 обираiмо за .

Обираiмо дiод типу КД102Б.

2.5 Розрахунок вхiдного кола генератора пилкоподiбноi
напруги

Вхiдний ланцюг ГПН поданий на рисунку 2.6.

Рисунок 2.6 тАУ Вхiдний ланцюг ГПН

РДмнiсть конденсатора С2 визначимо з умови найменших вiдхилень:

Напруга на С2: .

Приймаiмо конденсатор типу К50-16-1000 мкФ.

Задамося опором . Приймемо .

Потужнiсть на резисторi R2 .

Приймаiмо резистор ОМЛТтАУ0,125тАУ100 ОмВ±10%.

РДмнiсть конденсатора С1 визначимо з умови найменших вiдхилень:

Наруга на С1: ,

де -кут вiдкритого стану транзистора.

Приймаiмо до встановлення конденсатор типу К52-1-3 В-22 мкФ.

Визначимо параметри опору R1, прийнявши , знаходимо:

де Ва- максимальний струм навантаження, розраховуiмо за формулою:

Потужнiсть на резисторi R1:

Обираiмо резистор типу ОМЛТтАУ0,125тАУ36 ОмВ±5%.

Обираiмо дiод VD5 за параметрами:

Приймаiмо до встановлення дiод типу КД102Б.

2.6 Розрахунок елементiв блока синхронiзацii

Рисунок 2.7 тАУ Блок синхронiзацii

Для однофазноi мостовоi схеми випрямлення знаходимо:

Вiд вiдносно малоi потужностi споживання (84 мВт) розрахунок трансформатора не виконуiмо. Вторинна обмотка трансформатора може розполагатися на силовом трансформаторi.

Параметри дiодiв VD1-VD4: