ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Курсовая работа на тему «Проектирование и расчёт преобразовательной установки» Вариант 37

2009 год. Рассчитать преобразовательную установку (выпрямитель), исходя из данных табл.1.1, 1.2, принципиальной схемы преобразователя (рис.1). Предел регулирования U от 0,5 до 1,0 U d ном. Программа работы: Аннотация. Введение. Принцип действия выпрямителя, временные диаграммы напряжений и токов на элементах преобразователя. Расчет и выбор преобразовательного трансформатора. Расчет теплового режима полупроводникового вентиля. Гармонические составляющие выпрямленного напряжения и потребляемого из сети тока. Выбор коммутационных аппаратов и устройств защиты преобразователя. КПД преобразователя и коэффициент мощности. Некоторые пункты в зависимости от варианта, по согласованию с преподавателями, могут быть исключены. Uc, кB Мощн.к.з. сети Sк, МВА Потери в трансф. преобр., кВт Напр. к.з. трансформ. Uк, % Выпрям.напр. Ud, B Ном. ток нагрузки Id, A 6 1,2 3 6 100 600 1.35 0.48 Табл. 1. Рис.1. Принципиальные схемы преобразователей к табл.1.1. 1. АННОТАЦИЯ В данной работе рассмотрена преобразовательная установка на полупроводниковых элементах, обеспечивающая заданные значения напряжения на нагрузке и проходящего через него тока. Приведено описание принципа работы выпрямителя с использованием временных диаграмм токов и напряжений. В курсовой работе приведен расчет типовых элементов схемы и на основе расчетов выбраны элементы преобразовательной установки с учетом рассчитанных токов короткого замыкания на стороне постоянного тока, а также расчет теплового режима полупроводниковых вентилей. В данной работе учтено влияние гармонических составляющих в питающей сети и на стороне постоянного тока, с учетом вышеизложенного выбраны защитно-коммутационная аппаратура и компенсирующие устройства. Рассмотрена система управления полупроводниковыми вентилями и рассчитан КПД преобразователя. В графической части работы приведены: -структурная схема преобразователя. -принципиальная электрическая схема. -временные диаграммы работы выпрямителя. В заключении приведены выводы по результатам расчета. 2. ВВЕДЕНИЕ Большие возможности, открывающиеся в самых различных областях науки и техники, в промышленности, в быту при использовании полупроводниковых преобразователей электроэнергии, определяют возросший интерес к ним со стороны самого широкого круга специалистов. Такие возможности объясняются тем, что эти устройства позволяют преобразовывать электроэнергию без движущихся деталей, с весьма малыми потерями и получать её в виде постоянною и переменного тока «нестандартной частоты», импульсов тока. Одновременно с преобразованием может осуществляться плавное регулирование передаваемой мощности с весьма высоким быстродействием. Усиливающееся влияния в производственных процессах электрохимической технологии, электротермии, развитие линии электропередач большой мощности на постоянном токе, а также все возрастающая степень автоматизации промышленности и бытовой техники увеличивают потребность в электроэнергии, которая характеризуется частотой, отличной от стандартной частоты промышленной сети и во многих случаях регулируемой, иногда с другим числом фаз. при неизменном или регулируемом токе или напряжении. Данная задача успешно решается с помощью современной энергетической электроники, основой которой являются полупроводниковой преобразователи электрической энергии. Принцип работы преобразователя основан на периодическом включении и выключении тех или иных полупроводниковых приборов (вентилей). В соответствии со своим назначением и требуемым законом регулирования преобразователь может иметь различные регулировочные характеристики. Под «регулированием» в этом смысле понимается любое изменение электрической мощности, передаваемой из входной питающей сети в выходную приемную сеть, или любое наперед заданное изменение напряжения U . тока I или частоты f в выходной сети. Цель курсовой работы - приобретение навыков расчета параметров полупроводниковой преобразовательной техники. Выпрямитель - устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Основными элементами выпрямителя являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается протекание тока в цени нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее выпрямленное. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя подключают сглаживающие устройства, а также для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя иногда подключают регулятор и ли стабилизатор. В зависимости от числа фаз напряжения питания различают однофазные и трехфазные выпрямители. Независимо от мощности все выпрямители подразделяют на однотактные (однополупериодные) и двухтактные (двухполупериодные). К однотактным относятся выпрямители, у которых по вторичным обмоткам трансформатора ток проходит в одном направлении за полный период (полупериод или его часть). К двухтактным относятся выпрямители, у которых в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора ток проходит дважды за период в противоположных направлениях. Двухтактные выпрямители называют также мостовыми, в которых ток во вторичной цепи всегда проходит последовательно по двум тиристорам. Выпрямители подразделяют на простые и составные. В составных несколько простых выпрямителей соединяются последовательно или параллельно. Выпрямители могут быть построены на управляемых (тиристоры, симисторы) и неуправляемых (диоды) вентилях. Основными характеристиками, определяющими эксплуатационные свойства выпрямителей, являются: 1. средние значения выпрямленных напряжения Ud и тока Id. 2. внешняя характеристика - зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки: Ud=f(Id); 3. регулировочная характеристика - зависимость выпрямленного напряжения от угла управления α: U_dα=f(α); 4. коэффициент полезного действия η: 5. коэффициент мощности χ; 6. коэффициент пульсаций - отношение амплитуды данной гармонической составляющей выпрямленного напряжения (тока) к среднему значению выпрямленного напряжения (тока) q=U_q/U_d ; За исключением случаев, когда единственно возможным источником питания является сеть однофазного переменного тока, питание постоянным током потребителей средней и большей мощности производится от трехфазных выпрямителей. При выпрямлении трехфазного переменного тока достигается лучшее качество выпрямленного напряжения за счет снижения амплитуды пульсаций. Напряжение трехфазных выпрямителей к тому же легче подвергается сглаживанию, так как частота пульсаций здесь существенно выше, чем в однофазных выпрямителях. Облегчающим фактором в построении выпрямительных установок рассматриваемого диапазона мощностей служит и меньшая загрузка вентилей трехфазных схем по току и напряжению.