Материал: Расчет_ТрусоваЕС_7408_20.05.2020

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра САУ

Курсовая РАБОТА

по дисциплине «Силовая электроника»

Тема: Расчет статистического преобразователя

Вариант 22

Санкт-Петербург

2020

ЗАДАНИЕ на курсовую работу

Студентка: Трусова Е.С.

Группа: 7408

Тема курсовой работы: Расчет статистического преобразователя

Исходные данные:

Задание на курсовой проект:

Спроектировать регулируемый преобразователь (СП) переменного тока в постоянный, нагрузкой которого может быть либо обмотка возбуждения синхронного генератора, либо машина постоянного тока, работающая как в двигательном, так и в генераторном режиме; разработать виртуальную установку для исследований заданного СП, оценить влияние СП на сеть автономного объекта (спектральный состав потребляемого тока, коэффициент искажения напряжения сети).

Содержание пояснительной записки:

«Аннотация», «Введение», «Общие сведения», «Первичный анализ схемы УВ», «Выбор управляющих элементов», «Энергетические показатели и внешняя характеристика», «Описание виртуальной модели исследуемого преобразователя», «Заключение», «Список используемых источников»

Дата выдачи задания: 12.03.2020

Дата сдачи:

Дата защиты:

Аннотация

В данном курсовом проекте представлен расчет и выбор полупроводниковых элементов, элементов питания, произведено моделирование процессов исследуемых регулируемых преобразователей, с использованием известных пакетов прикладных программ, предложениям по организации системы управления проектируемого преобразователя.

SUMMARY

This course work presents the calculation and selection of semiconductor elements, power cells, modeling of the processes of the studied adjustable converters, using well-known application software packages, proposals for the organization of the control system of the designed converter.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. Общие сведения 7

2. Первичный анализ схемы УВ 10

2.1. Расчет средних значений выпрямленного напряжения, тока и мощности 10

2.2. Построение временных диаграмм, иллюстрирующих работу заданного управляемого выпрямителя 11

2.3. Вывод регулировочной характеристики 12

2.4. Расчет углов управления преобразователя 13

3. ВЫБОР УПРАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ 14

3.1. Выбор полупроводниковых приборов (вентилей) 14

3.2. Выбор питающего трансформатора 15

4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 18

4.1. Расчет энергетических показателей выпрямителя 18

4.2. Внешняя характеристика преобразователя 25

5. ОПИСАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДУЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 28

6. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ 33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35

список использованных источников 37

Введение

Современные транспортные системы электроснабжения (судов, автомобилей, железнодорожных или воздушных транспортных средств, робототехнических систем) характеризуются наличием значительного числа потребителей, включая электромеханические, электрогидравлические и электронные устройства, требующих питания постоянным током с регулируемым уровнем напряжения или переменным током с регулируемыми напряжением и частотой.

В связи с этим возникает необходимость в устройствах, способных осуществлять преобразование мощных потоков электрической энергии, вырабатываемой электроэнергетической установкой или поступающей из единой сети, из одного вида в другой. Вопросами, связанными с созданием подобных устройств, занимается область науки и техники, называемая преобразовательной техникой. Распространено и другое название – силовая и энергетическая электроника.

Устройства, связывающие две или более систем с отличными друг от друга параметрами, а также позволяющие изменять эти параметры по определенному алгоритму (закону), обеспечивая при этом обмен энергией между связанными системами, называются статическими преобразователями (СП) или преобразовательными устройствами.

В зависимости от вида преобразования электрической энергии СП подразделяются на следующие:

• выпрямители, предназначенные для преобразования переменного тока

в постоянный;

• инверторы, предназначенные для преобразования постоянного тока в переменный;

• преобразователи частоты, предназначенные для преобразования

• переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты;

• преобразователи числа фаз, предназначенные для преобразования

• переменного тока трехфазной сети в переменный ток однофазной или многофазной сети;

• преобразователи – регуляторы постоянного напряжения,

• предназначенные для преобразования постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения.

Среди, СП используемых на автономных объектах, наибольшее применение нашли управляемые выпрямители (УВ) и инверторы, а также преобразователи частоты.

В курсовом проекте ведется расчет и проектирование трехфазного мостового управляемого выпрямителя, работающего на «чисто-индуктивную» нагрузку.

1. Общие сведения

Рис.1 Схема ТМУВ

Для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный на судах широко используются силовые управляемые выпрямители, представляющие собой электрические агрегаты, основными элементами которых являются:

- трансформатор TV, с помощью которого производятся электрическая развязка цепей преобразователя, преобразование числа фаз электрической системы, питающей преобразователь;

- блок полупроводниковых элементов VSD;

- выходной фильтр Ф, предназначенный для сглаживания пульсаций

выпрямленного напряжения.

Рис.2 Структурная схема управляемого выпрямителя

В качестве полупроводниковых элементов в блоке VSD чаще всего

используются тиристоры, с помощью которых осуществляется

регулирование входного напряжения.

Рассмотрение УВ с углом управления α=0 соответствует анализу

работы неуправляемого выпрямителя, в котором в качестве

полупроводниковых элементов используются диоды. Анализ работы

любого выпрямителя (управляемого и нет) заключается, в первую очередь,

в построении временных диаграмм, иллюстрирующих процессы изменения параметров всех элементов схемы, как правило, за полтора периода

питающего напряжения, построенных для нескольких углов управления,

один из которых обязательно равен нулю. Угол управления отсчитывается

для однофазных схем – от точки пересечения эпюры питающего напряжения временной оси; для многофазных схем – от точки пересечения фазных или линейных напряжений.

Основными показателями, определяющими эксплуатационные характеристики выпрямителей, являются :

1. Средние значения выпрямленных напряжения и тока U_d, I_d.

2. Регулировочная характеристика -зависимость изменения среднего

значения выпрямленного напряжения (U_dα ) от угла управления (α)

U_dα = f(U_2ф ,α).

3. Внешняя характеристика –зависимость изменения среднего значения

выпрямленного напряжения от тока нагрузки, углов управления (α) и

коммутации (γ) U_dαγ = f(I_d, α, γ).

4. Коэффициент пульсации k_п -отношение амплитуды соответствующей

высшей гармоники (ν- номер гармоники) выпрямленного напряжения к

среднему значению выпрямленного напряжения k_п(ν) = U_(ν)max/ U_d.

5. Частота пульсаций выпрямленного напряжения за период m.

6. Коэффициент искажения тока первичной обмотки

, где - действующее значение ν-ой гармоники потребляемого тока, - действующее значение потребляемого тока сети.

7. Коэффициент искажения кривой напряжения сети

,где - фазное напряжение сети.

8. Коэффициент полезного действия статического преобразователя

, где , - активная составляющая мощности потерь.

9. Степень завышения мощности питающего трансформатора, k_тр =P_d / S_тр, где S_тр- полная расчетная мощность трансформатора при работе в номинальном режиме; S_тр = (S₁ + S₂ )/2 , S₁, S₂- расчетные мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора.

10. Коэффициент мощности статического преобразователя,

λ = P_d/S_тр = K_Icosφ₍₁₎, где φ₍₁₎- угол фазового сдвига между питающим напряжением и основной (первой) гармоникой потребляемого СП тока.

11. Коэффициент использования тиристора по напряжению k_Uvs=U_RUSmax/U_d0, где U_RUSmax – максимальное обратное напряжение на

тиристоре.

12. Коэффициент использования тиристора по току: k_Ivs=I_vs/I_d0 где I_VS –

действующее значение тока тиристора.

Основной особенностью работы УВ средней и большой мощности является возрастающее влияние на режим работы схемы индуктивных сопротивлений, создаваемых потоками рассеяния обмоток трансформатора, а также ослабление влияния на режим работы УВ активных сопротивлений вследствие их относительной малости.

2. Первичный анализ схемы УВ

2.1. Расчет средних значений выпрямленного напряжения, тока и мощности

1. По заданному номинальному напряжению нагрузки и диапазону его изменения определяем U_dmax; U_dmin:

2. По заданной индуктивности определим индуктивное и активное сопротивления:

3. По закону Ома определим номинальный ток нагрузки, а также максимальный и минимальный:

4. Определим среднее значение мощности, выделяемой на нагрузке:

2.2. Построение временных диаграмм, иллюстрирующих работу заданного управляемого выпрямителя

Так как X_н>>R_н считаем нагрузку «чисто-индуктивной». На рисунке 3 представлены временный диаграммы ТМУВ при работе на «чисто-индуктивную» нагрузку.

Рис.3 Временные диаграммы ТМУВ

2.3. Вывод регулировочной характеристики

Выведем аналитическую зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла управления: