Расчет управляемого выпрямителя и СИФУ

Министерство образования Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра автоматизации производственных процессов

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОСХЕМОТЕХНИКА»

тема: «Расчет управляемого выпрямителя и СИФУ»

Выполнил студент

гр. АПП-98-1 А. Ткаченко

Руководитель доцент С. Сус

2000

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Вариант 2-19

а) силовая схема выпрямителя:

номер рисунка: 1.1.б;

напряжение питания: Uc=127 В;

напряжение на нагрузке: Ucp=80 В;

ток нагрузки: Icp=40 А;

глубина регулирования: Д=10;

б) СИФУ:

номер рисунка: 1.10;

напряжение питания: Uc=220В;

напряжение управления: Uу=0..10В;

в) схема источника питания:

номер рисунка: -;

напряжение питания: -;

выходное напряжение: Eк=20В;

ток нагрузки: Iн=0.2А;

коэффициент стабилизации: Kст=50;

2ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОРАБОТКИ

а) расчет силовой части;

б) моделирование и расчет СИФУ;

в) моделирование части схемы;

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит 21 страницу, 9 иллюстраций, 1 приложение и 2 чертежа - схема управляемого выпрямителя в сборе, функциональная схема с характеристиками, 4 источника.

Цель курсовой работы – расчет управляемого выпрямителя по схеме с нулевым диодом, СИФУ (в данном случае - системы амплитудно-импульсного управления), источника питания, который включен в схему СИФУ.

В курсовом проекте приводится описание схемы управляемого выпрямителя, обоснование выбора элементов, разработана защита устройства от аварийных режимов, при расчете учитывалось колебание величины питающего напряжения, для устранения несинусоидальных сигналов на входе выпрямителя предусмотрен нулевой вентиль.

Разработанный выпрямитель может
использоваться для питания двигателей постоянного тока и управления скоростью их вращения, зарядки аккумуляторов, в сварочных аппаратах, электроаппаратуре.

Схема рассчитанного выпрямителя имеет следующие достоинства: относительная простота, использование одной СИФУ, малое количество элементов, простота в управлении, наладке и сборке. К недостаткам можно отнести большой коэффициент пульсации и в следствие этого необходимость применения в некоторых случаях дополнительно стабилизатора.

Сделан подробный расчет схем выпрямителей, стабилизатора, триггера Шмидта, являющихся элементами СИФУ, что позволяет в случае необходимости модифицировать схему, включив в нее устройства, выполняющие функции указанных, но по некоторым причинам являющиеся более предпочтительными.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Расчет схемы управляемого выпрямителя

1.1 Выбор схемы и расчет основных параметров выпрямителя

1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме

1.3 Выбор элементов управляемого выпрямителя

1.4 Расчет регулировочной характеристики управляемого выпрямителя

1.5 Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению

2. Проектирование СИФУ

2.1 Расчет параметров пусковых импульсов

2.2 Расчет цепи управления тиристорами

2.3 Расчет элементов триггера Шмидта

2.4 Расчет стабилизатора напряжения, выпрямителей

2.4.1 Расчет источника питания

2.4.2 Расчет выпрямителя по схеме с нулевым выводом

2.5 Расчет элементов схемы импульсного усилителя

3. Моделирование выпрямителя

Выводы

Приложение А Перечень элементов управляемого выпрямителя и СИФУ

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее системы преобразования переменного синусоидального напряжения и тока в постоянные практически полностью представлены полупроводниковыми выпрямителями. Очень часто также необходимо регулировать величину полученного постоянного напряжения. Экономически выгодно снабдить выпрямитель системой импульсно-фазового управления в силу относительной ее дешевизны, высокого КПД и компактности.

В данной курсовой работе рассматривался двухполупериодный управляемый выпрямитель. Его назначение – преобразование напряжения, изменяющегося по синусоидальному закону в пульсирующее. Данный выпрямитель состоит из следующих составных частей: трансформатор – для преобразования напряжения питания в требуемое по величине; блок вентилей, изменяющих форму напряжения в требуемую; нулевой диод, устраняющий отрицательные выбросы напряжения на нагрузке.

Используемый выпрямитель построен на управляемых вентилях (тиристорах), для управления которыми используется система аплитудно-фазового управления. Ее задача – подать на управляющие электроды тиристоров прямоугольные импульсы с требуемым сдвигом по фазе относительно самостоятельного включения вентиля.

1. РАСЧЕТ СХЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

1.1 Выбор схемы и расчет основных параметров выпрямителя

В соответствии с заданием принимаем схему выпрямителя с нулевым диодом.

Рисунок 1.1 — Управляемый выпрямитель с нулевым диодом

В начале расчет проводим в неуправляемом режиме, т.е. при . Так как напряжение сети может колебаться в пределах , определим величины выпрямленных напряжений на нагрузке:

,

где выпрямленное напряжение на нагрузке при нормальном напряжении сети;

выпрямленное напряжение при повышенном напряжении сети.

Из [5] определяем:

— максимальное обратное напряжение на тиристорах;

— среднее значение тока тиристора.

Определяем активное сопротивление фазы трансформатора:

,

где

— коэффициент, зависящий от схемы выпрямления

B — магнитная индукция в магнитопроводе

S — число стержней магнитопровода для трансформаторов

Определяем индуктивность рассеяния обмоток трансформатора:

,

где .

Определяем напряжение холостого хода с учетом сопротивления фазы трансформатора и падения напряжения на дросселе :

где — число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения за период сети.

— падение напряжения на тиристорах;

— падение напряжения на дросселях;

.

Напряжение на вторичных обмотках трансформатора .

Действительный ток вторичной обмотки .

Коэффициент трансформации для обмоток «треугольник-треугольник»

Типовая мощность трансформатора:

Определяем угол коммутации:

.

Определяем минимально допустимую индуктивность дросселя фильтра:

.

Внутреннее сопротивление выпрямителя:

.

КПД выпрямителя:

— коэффициент полезного действия трансформатора;

— потери мощности на выпрямительных диодах;

N — число тиристоров в схеме. N=1, поскольку в каждый момент времени работает 1 тиристор.

1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме

Определяем максимальный и минимальный углы регулирования:

Минимальный и максимальный углы проводимости тиристоров:

Минимальное напряжение на нагрузке

Ток в тиристоре

Ток в нагрузке

Максимальный ток через диод

1.3 Выбор элементов управляемого выпрямителя

Тиристоры выбираем по

:

тиристор Т222-20-12 и типовой охладитель М-6А.

Для нулевого вентиля:

- диод ВЛ50 с типовым охладителем М-6А.

1.4 Расчет регулировочной характеристики управляемого выпрямителя

Общая расчетная формула для всего семейства нагрузочных характеристик:

Рисунок 1.2 — Регулировочная характеристика выпрямителя

1.5 Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению

Для защиты тиристоров от перегрузок применяем плавкий быстродействующий предохранитель. Достаточно поставить предохранитель в цепи нагрузки.

Ток плавкой вставки:

Выбираем плавкую вставку ПНБ-5-380/100.

Для ослабления перенапряжения используем - цепочки, которые включаются параллельно тиристору. Такая цепочка совместно с индуктивностями цепи коммутации образует последовательный колебательный контур. Конденсатор ограничивает перенапряжения, а резистор — ток разряда этого конденсатора при отпирании и предотвращает колебания в последовательном контуре. Параметры цепочек определим по следующим соотношениям:

Величина напряжения на конденсаторе ток разряда контура

Rдv1 – динамическое сопротивление открытого тиристора.

Мощность рассеяния на резисторе

По справочнику выбираем конденсаторы C2, С3 – MБM-5.6мкФ-320В, резисторы R2, R3 – ПЭВ-100-100-

Рисунок 1.3 — Схема управляемого выпрямителя с защитой

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИФУ

2.1 Расчет параметров пусковых импульсов

Определяем требуемую длительность импульса управления , исходя из знания угла коммутации , определенного при расчете силовых схем:

Принималось во внимание, что 1 электрический градус примерно равен 56мкс.

Для тиристоров Т222-20-12 определяем токи и напряжения управления:

Напряжение управления:.

2.2 Расчет цепи управления тиристорами