Наличие реальных элементов приводит к появлению при нагрузке выпрямителя потерь напряжения внутри выпрямителя 
, что требует завышения напряжения холостого хода выпрямителя, которое в соответствии с обобщенным уравнением внешней характеристики (3.1.14) равно (при минимальном напряжении сети)
Внутри выпрямителя теряется напряжение :
.
Тогда соответствующее ему действующее значение напряжения трансформатора при минимальном напряжений сети
.
и коэффициент трансформации
.
Отсюда видно, что теперь бестрансформаторный вариант выпрямителя обеспечит возможность сохранения напряжения на нагрузке при снижении напряжения сети только на 7 %, что соответствует снижению напряжения в пределах нормы (±5 %) по ГОСТ 13109-97 [44]. При максимально допустимом снижении напряжения в сети на 10 % напряжение на нагрузке снизится от номинального в этом случае приблизительно на 3 %. Это «плата» за экономию на входном трансформаторе, если его не использовать.
Типовая мощность трансформатора останется прежней, если не учитывать влияние коммутации на нее. Для оценки этого влияния по (3.1.7) найдем сначала угол коммутации 
для случая максимального напряжения в сети:
.
Типовая мощность трансформатора с учетом поправок на коммутацию в соответствии с (3.9.4) изменяется мало и может не учитываться.
Теперь можно определить параметры вентилей по обратному напряжению, которое может достигать при максимальном напряжении сети следующего значения:
.
С учетом возможных импульсных перенапряжений внутри выпрямителя и в сети выбирают вентиль с коэффициентом запаса по напряжению 1,5...2. В итоге это будет вентиль Т9-100 не ниже 10-го класса. Класс вентиля, умноженный на 100, определяет максимально допустимое прямое и обратное напряжения на нем.
Уменьшение КТ приведет к корректировке максимального значения угла регулирования 
:
, 
.
Шестая гармоника выпрямленного напряжения теперь должна определяться с учетом появившегося угла коммутации [8] и будет вместо 102 В равна
.
Пропорционально на 30 % увеличится и индуктивность сглаживающего реактора Ld.
Осталось проверить ограничение задания на входной коэффициент мощности. Для этого необходимо знать активную мощность на входе выпрямителя с учетом ее потерь внутри выпрямителя. Потери мощности в трансформаторе будут равны
Потери активной мощности в вентилях
Потери активной мощности в сглаживающем реакторе
Общие потери мощности внутри выпрямителя
Тогда входной коэффициент мощности выпрямителя при номинальном значении напряжения сети будет равен
,
а при максимальном напряжении сети
,
т. е. выше, чем заданное ограничение.
При номинальном напряжении сети КПД выпрямителя определяется по формуле
.
Таким образом, спроектированный выпрямитель удовлетворяет всем требованиям задания. Теперь осталось проверить, удовлетворяет ли выпрямитель требованиям ГОСТ 13109-97 по вносимому искажению напряжения сети в узле присоединения. По соотношению (3.12.7) определяется коэффициент гармоник напряжения узла сети, обусловленный несинусоидальностью входного тока выпрямителя. Дифференциальный коэффициент гармоник первого порядка входного тока выпрямителя при 
(при 
) по (3.9.8) равен
,
так как
.
Тогда коэффициент гармоник напряжения сети, в ГОСТ 13109-97 называемый коэффициентом несинусоидальности, будет равен
,
что допустимо по этому стандарту.
По найденным параметрам элементов схемы можно оценить массогабаритные показатели спроектированного выпрямителя по удельным показателям массы и габаритов элементов.
Аналогично рассчитывается и выпрямитель обмотки возбуждения электрического двигателя.
Приложение А
Задание на курсовой проект “Проектирование двухзвенного преобразователя частоты”
| № вар. | мощ-ность, кВт | fвых, Гц | Uф н, В | Cosfн | r’, Ом | х', Ом | алгоритм управления инвертором |
| 1. | 0,75 | 0,02 | 0,06 | векторная ШИМ | |||
| 2. | 0,76 | 0,03 | 0,07 | ШИР КД9(1) | |||
| 3. | 0,77 | 0,04 | 0,08 | векторная ШИМ | |||
| 4. | 0,78 | 0,05 | 0,02 | ШИР КД9(2) | |||
| 5. | 0,79 | 0,06 | 0,03 | векторная ШИМ | |||
| 6. | 0,8 | 0,07 | 0,04 | ШИР КД9(3) | |||
| 7. | 0,81 | 0,08 | 0,05 | векторная ШИМ | |||
| 8. | 0,82 | 0,02 | 0,06 | ШИР КД9(4) | |||
| 9. | 0,75 | 0,03 | 0,07 | векторная ШИМ | |||
| 10. | 0,76 | 0,04 | 0,08 | ШИР КД9(5) | |||
| 11. | 0,77 | 0,05 | 0,02 | векторная ШИМ | |||
| 12. | 0,78 | 0,06 | 0,03 | ШИР КД9(6) | |||
| 13. | 0,79 | 0,07 | 0,04 | векторная ШИМ | |||
| 14. | 0,8 | 0,08 | 0,05 | векторная ШИМ | |||
| 15. | 0,81 | 0,02 | 0,06 | векторная ШИМ |
Задание:
Спроектировать двухзвенный преобразователь частоты для обеспечения пуска и длительной работы двигателя, с параметрами заданными в таблице А1 с номинальным напряжением при номинальной скорости вращения.
Для этого требуется:
Ø разработать структурную схему ДПЧ,
Ø разработать алгоритм управления ключами инвертора,
Ø рассчитать параметры элементов инвертора,
Ø определить параметры элементов выпрямителя,
Ø определить параметры фильтра,
Ø определить параметры сетевого трансформатора,
Ø выбрать элементы защиты и коммутационную аппаратуру,
Ø построить кривые тока и напряжения на выходе инвертора,
Ø построить импульсы управления преобразователем.
Приложение Б
Задание на курсовой проект “Проектирование управляемого выпрямителя”
Исходные данные для проектирования
| № | Тип двигателя | Мощ- ность, кВт | Напря- жение, В | Допусти-мые пульсации тока якоря Idн, % | Допусти- мый коэффици- ент мощности не ниже | Коэффициент мощности короткого замыкания сети в узле присоединения преобразователя |
| П-11У4 | 0,3 | 0,8 | ||||
| П-12У4 | 0,45 | 0,85 | ||||
| П-21У4 | 0,2 | 0,9 | ||||
| П-22У4 | 0,95 | |||||
| П31У4 | 1,5 | 0,8 | ||||
| П-32У4 | 2,2 | 0,85 | ||||
| П-41У4 | 4,2 | 0,9 | ||||
| П-42У4 | 1,4 | 0,95 | ||||
| П-51У4 | 0,8 | |||||
| П-52У4 | 4,5 | 0,85 | ||||
| П-61У4 | 0,9 | |||||
| П-62У4 | 0,95 | |||||
| П-71У4 | 0,8 | |||||
| П-72У4 | 0,85 | |||||
| П-72У4 | 0,9 |
Задание:
Спроектировать выпрямитель для обеспечения пуска двигателя постоянного тока типа П с током не более номинального тока якоря и обеспечить длительную работу с номинальным моментом (током) при номинальной скорости вращения с постоянным потоком возбуждения.
Для этого требуется:
Ø определить параметры сетевого трансформатора,
Ø определить параметры вентилей выпрямителей якорной цепи и обмотки возбуждения,
Ø определить параметры фильтра (сглаживающих реакторов выпрямителя),
Ø выбрать элементы защиты и коммутационную аппаратуру,
Ø построить кривые тока и напряжения на выходе выпрямителя,
Ø построить импульсы управления преобразователем.
Содержание пояснительной записки
Пояснительная записка к курсовому проекту должна содержать:
1 титульный лист,
2 задание, подписанное исполнителем, руководителем и заведующим кафедрой,
3 содержание ПЗ,
4 обязательные разделы (смотри выше)
5 графический материал – принципиальную электрическую схему преобразователя и временные диаграммы его работы (выходные напряжения и коммутационные функции ключей) на формате А2 или А3.
Литература
1 Основы силовой электроники / Рама Редди С.; пер. с англ. В. В. Масалова, под ред. Д. П. Приходько. - М.: Техносфера, 2006. - 288 с.
2 Транзисторная преобразовательная техника / В. И. Мелешин. - М.: Техносфера, 2006. - 632 с.
3 урсу Основы преобразовательной техники. Новоуральск, НГТИ, 2004. – 163с.
4 Г.С. Зиновьев. Основы силовой электроники. Учебное пособие. Новосибирск, Издательство НГТУ, 2003. – 664с.
5 Преобразователи напряжения / М. А. Шустов. - М.: Альтекс-А, 2002. - 186 с.: ил. - Библиогр.: с. 172-184. - ISBN 5-94271-006-6: 75-00.
6 Силовая электроника: от простого к сложному / Б. Ю. Семенов. - М.: СОЛОН-Р, 2005. - 416 с.
7 Р.Т. Шрейнер. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. – Екатеринбург. УРО РАН, 2000. 654с.
8 В.С. Руденко, В.И. Сенько. Преобразовательная техника. Учебник. Киев, Вища школа, 1983. – 41с.
9 В.С. Руденко, В.И. Сенько. Основы преобразовательной техники. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1980. – 424с.
10 Полупроводниковые выпрямители/ Беркович Е.И., Ковалев В.Н. и др. Под редакцией Ф.И. Ковалева. М.: Энергия, 1978 – 448с.
11 Энергетическая электроника. Справочное пособие. Под редакцией В.А. Лабунцова. М.: Энергоатомиздат, 1987 – 464с.
12 Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. / А. Я. Бернштейн, Ю. М. Гусяцкий, А. В. Кудрявцев, Р. С. Сарбатов. Под ред. Р. С. Сарбатова. – М.: Энергия, 1980, - 328 с.
13 Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, - 376 с.
14 Чванов В. А., Розанов Ю. К. Силовая преобразовательная техника. Автономные инверторы со стабилизированными параметрами. Итоги науки и техники. Том 3. Москва. 1984, - 456 с.
УДК 621.3
И - 20
Составитель: старший преподаватель кафедры “Промышленная электроники”
Иванова Наталия Владимировна
Рецензент Надыкто Дмитрий Викторович
Проектирование полупроводникового преобразователя.Методические указания к курсовому проектированию по курсу “Энергетическая электроника” для студентов специальности 210106 “Промышленная электроника” очной формы обучения
- Новоуральск: НГТИ, 2006. – 48 c.
Сдано в печать Формат А5 Бумага писчая
Печать плоская Уч. изд. л 3,5 Тираж 50 экз.
Заказ Издательство НГТИ. Лицензия РФ ИД №00751 г. Новоуральск, ул. Ленина, 85.
 |
