Кафедра «Электрическая тяга»

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

 

 

Кафедра «Электрическая тяга»

 

Дисциплина: Электронные аппараты и преобразователи

 

Курсовая работа на тему:

«Расчет однофазного управляемого выпрямителя»

 

 

Выполнил: студент 4-го курса

Новожилов А.А.

Уч. шифр: 09-ЭТц-214

Проверил:

Санкт- Петербург

Год

РАСЧЕТ ОДНОФАЗНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

1. Исходные данные

 

Номинальное напряжение питания выпрямителя U₁ =25 000 B

Частота питающего напряжения f_c =50 Гц

Номинальное выпрямленное напряжение U_dн =950 В

Номинальный ток нагрузки выпрямителя I_dн = 1250 А

Расчетное значение угла управления α_р = 0,733 рад

Относительное значение напряжения КЗ _к =0,14 В

Коэффициент пульсации выпрямленного тока k_п1 =0,21

 

 

Принцип действия выпрямителя и основные расчётные соотношения

Расчет и построение характеристик выпрямителя

2.1) Внешние характеристики выпрямителя.

 

Построим две характеристики: при α = α_р и α = 1,4α_р ( = 0,733 рад). Выражение (7) представляет собой уравнение прямой линии, поэтому для построения каждой характеристики достаточно рассчитать две точки: U_d при I_d = 0 и U_d при I_d = I_dн.

 

 

а) = 0,733 рад

При I_d = 0 ;

.

При I_d = I_dн ;

.

б) = 1,0262 рад

При I_d = 0 ;

.

При I_d = I_dн ;

.

 

 

 

Рис. 3. Внешние характеристики выпрямителя

2.2) Регулировочные характеристики выпрямителя.

 

Эти характеристики представляют собой зависимость выпрямленного напряжения от угла управления α при постоянном значении тока нагрузки. Рассчитываем и строим характеристики при I_d = 0 и I_d = I_dн. Результаты расчета сведем в таблицу 1.

 

При I_d = 0

0,733 рад ;

.

1,466 рад ;

.

2,199 рад ;

.

2,932 рад ;

.

3,665 рад ;

.

 

При I_d = I_dн

0,733 рад ;

.

1,466 рад ;

.

2,199 рад ;

.

2,932 рад ;

.

3,665 рад ;

.

Таблица 1

Расчет регулировочных характеристик

 

, рад	0,733	1,466	2,199	2,932	3,665
Ud при Id = 0, В
Ud при Id = Idн, В				-41

 

 

Рис. 4. Регулировочная характеристики выпрямителя

2.3) Зависимости угла коммутации тиристоров γ₁ и угла сдвига фаз φ от α при I_d = I_dн.

 

Расчеты ведутся для значений α, приведенных в табл. 1.

 

Из выражения (5) получаем

.

При I_d = I_dн

0,733 рад ;

1,466 рад ;

2,199 рад ;

2,932 рад ;

3,665 рад .

 

Из выражения (12) имеем

.

где значения для α рассчитаны выше, а по расчетам (4) 0,45 рад.

0,733 рад ;

1,466 рад ;

2,199 рад ;

2,932 рад ;

3,665 рад .

 

Результаты расчета сведем в таблицу 2.

 

Таблица 2

, рад	0,733	1,466	2,199	2,932	3,665
, рад	0,138	0,099	0,129	0,21	-0,788
, рад	0,514	0,87	1,244	1,631	1,748

 

 

 

Рис. 5. Зависимость угла коммутации тиристоров γ₁ от угла управления α

 

 

Рис. 6. Зависимость угла сдвига фаз φ от угла управления α

Из графиков (рис. 5,6) определим величины γ₁ и φ при угле управления α, равном заданному расчетному значению = 0,733 рад.

γ₁ () = 0,138 рад;

φ () = 0,514 рад.

 

2.4) Зависимость коэффициента мощности χ от угла управления при I_d = I_dн.

 

Расчет и построение производим для значений α, приведенных в табл. 1. Значения угла сдвига фаз φ берем из расчетов выше (табл. 2) для соответствующих значений α.

 

Из выражения (14) имеем

0,733 рад ;

1,466 рад ;

2,199 рад ;

2,932 рад ;

3,665 рад .

 

Результаты расчета сведем в таблицу 3.

 

Таблица 3

, рад	0,524	1,047	1,57	2,093	2,627
χ	0,83	0,78	0,24	-0,22	0,1

 

 

 

 

Рис. 7. Зависимость коэффициента мощности χ от угла управления α

Параметры и стоимость диодов

Тип	Класс	Стоимость, руб.	Uп, В	Iп, А	IДm, А	ΔUВm, В
ДЛ161-200		10,1 10,9 11,7				1,45
ДЛ171-320		14,9 16,3 17,7				1,45

 

Таблица 5

Временные диаграммы

27
7. Система управления выпрямителем

7.1) Структура системы управления и временные диаграммы.

 

Управляющие импульсы на тиристоры вырабатываются системой управления выпрямителем. Структура одного из возможных вариантов выполнения системы и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, приведены на рис. 10.

Напряжение специальной низковольтной обмотки трансформатора выпрямляется неуправляемым двухполупериодным выпрямителем ДПВ и используется для управления генератором пилообразного напряжения ГПН. Выходное напряжение ГПН подается на вход компаратора. На второй вход компаратора поступает управляющее напряжение U_упр, косвенно задающее величину угла управления. Подается оно либо непосредственно с контроллера машиниста, либо от системы автоматического управления.

а)

Рис. 10

В момент, когда линейно возрастающее напряжение u_гпн сравнивается с U_упр, компаратор переключается и запускается формирователь Ф. Длительность выходного сигнала формирователя равна длительности импульса управления тиристором. Этот импульс должен проходить в один полупериод на тиристор VS1, в другой – на VS2.

 

 

Для этого в системе используются два однополупериодных выпрямителя ОПВ и логические элементы И. Высокий уровень напряжения на выходе элемента И будет только тогда, когда и на первом и на втором его входе будет также высокий уровень.

На управляющие элеткроды тиристоров импульсы подаются через выходные усилители ВУ и импульсные трансформаторы ИТ. Эти трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку цепей управления и высоковольтных силовых цепей, а также развязку катодов отдельных тиристоров силовой схемы.

Как следует из рассмотренного, регулирование α и U_d осуществляется путем изменения управляющего напряжения U_упр, причем, чем больше U_упр, тем меньше U_d.

 

7.2) Расчет диапазона изменения управляющего напряжения U_упр.

 

Расчет диапазона изменения управляющего напряжения U_упр, обеспечивающего регулирование угла α от α_н до α_max. При расчете принимается, что напряжение на выходе ГПН возрастает линейно с темпом 1 В/мс.

Выход компаратора соединен с формирователем, в котором формируется управляющий импульс в момент, когда U_упр = U_гпн. С учетом того, что коммутационные процессы сужают интервал регулирования α от α_н до α_max, найдем пределы регулирования U_упр.

Скорость изменения напряжения управления во времени равна .

Тогда при частоте переменного напряжения в контактной сети интервал времени ωt = 2π содержит t = 1/50 Гц = 0,02 с = 20 мс. При этом величина напряжения управления:

. (36)

 

Подставив в (36) α_н (п.1.2) и α_max (п.5.1), получим пределы U_упр.

 

;

.

 

Получили диапазон изменения управляющего напряжения U_упр.

;

.

 

 

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

 

 

Кафедра «Электрическая тяга»

 

Дисциплина: Электронные аппараты и преобразователи

 

Курсовая работа на тему:

«Расчет однофазного управляемого выпрямителя»

 

 

Выполнил: студент 4-го курса

Новожилов А.А.

Уч. шифр: 09-ЭТц-214

Проверил:

Санкт- Петербург

Год