Файл: Расчет электропитающих устройств по дисциплине Силовая электроника.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Омский государственный технический университет
Кафедра «Электрическая техника»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

на тему: «Расчет электропитающих устройств»

по дисциплине: Силовая электроника

Вариант 12

Выполнил: ст.гр.Э-195
Романцова Софья __________________ Проверил:

Федянин В.В

__________________

Омск 2021г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ 4
1. Выбор рациональной схемы выпрямителя 4
2. Расчет качественных показателей выпрямителя 5
РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА АКТИВНО-ИНДУКТИВНУЮ НАГРУЗКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 7
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА ЕМКОСТНОЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ 10

Приложение А 13

Приложение Б 14

Приложение В 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17

Введение

Энергия, содержащаяся в природных источниках (каменный уголь, вода и т.п.) является первичной, а устройства, преобразующие её в энергию электриче- скую, называются источниками первичного электропитания (ИПЭ). Непосред- ственное использование ИПЭ затруднено тем, что их выходное напряжение в большинстве случаев стандартное переменное. Между тем почти половина электроэнергии потребляемой в нашей стране потребляется в виде постоянного напряжения различных значений или тока нестандартной частоты. Потребите- лями могут служить: электропривод (активно-индуктивная нагрузка), лампы, нагревательные устройства (активная нагрузка), сварочные аппараты, техноло- гические установки (активно-емкостная нагрузка) и т.д.

Питание подобных потребителей осуществляется от источников вторич- ного электропитания (ИВЭ). ИВЭ – это устройства, предназначенные для пре- образования электроэнергии ИПЭ до вида и качества, обеспечивающих нор- мальное функционирование питаемых им потребителей. В состав ИВЭ, в соот- ветствии с рисунком, кроме самого устройства ИВЭ могут входить дополни- тельные устройства.

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема ИВЭ
В данной работе подлежит разработке и расчёту полная принципиальная схема.

1. Расчет выпрямителя на активную промышленную нагрузку

Рассчитать неуправляемый выпрямитель с активной нагрузкой (без потери напряжения в фазах выпрямителя), если известны среднее значение выпрямлен- ного напряжения и тока: U₀ = 60 В, I₀ = 100 А.

Требуется:

Определить рациональный тип схемы выпрямителя. Вычертить прин- ципиальную и эквивалентную схемы этого выпрямителя.
Вычислить частоту f_П(1) и коэффициент пульсаций k_П(1) выпрямленного напряжения u₀ по основной гармонике; величину сопротивления R₀ нагрузки и её мощность P₀, среднее I_пр.v и эффективное I_эфф.v значения прямого тока венти- ля, действующие значения фазных ЭДС E₂ и тока I₂ вентильных обмоток транс- форматора.
Вычертить, соблюдая масштаб по оси ординат и по оси абсцисс при ωt от (-π/2) до (5π/2), кривые мгновенных значений: фазных ЭДС e₂, вы- прямленного напряжения u₀ (отметить уровень U₀) и обратного напряжения u_обр.v на вентиле (отметить уровень U_max.v), а также тока i₂ вентильной обмотки трансформатора (отметить уровень I₂) и прямого тока i_пр.v вентиля (отметить уровни I_пр.v и I_эфф.v).

Выбор рациональной схемы выпрямителя

Для определения типа схемы выпрямителя рассчитаем мощность, потреб- ляемую в нагрузке:

P₀

U₀I₀

 60100  6000 Вт

(1.1)

Поскольку мощность нагрузки больше 5 кВт, а выпрямленное напряже- ние меньше 300 В, наиболее рациональным типом выпрямителя будем считать трехфазную нулевую схему (если выпрямленное напряжение больше 300 В, то- гда трехфазная мостовая), принципиальная схема которого изображена на ри- сунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема трехфазного выпрямителя

Принимаем допущение, что в фазах нет потерь, пороговое напряжение, динамическое сопротивление прямой ветви ВАХ диода, а также индуктивность рассеяния и активное сопротивление обмоток трансформатора равны нулю: U_пор.v = 0, R_g.v = 0, L_s = 0, R_T + p R_g.v. Тогда эквивалентная схема примет вид в со- ответствии с рисунком 1.2:
Рисунок 1.2 – Эквивалентная схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом с учетом допущений

Расчет качественных показателей выпрямителя

Вычисляем частоту пульсаций f_П1 по формуле:

^fП1

 m₂pf₁

 350  150 Гц

(1.2)

где m₂=3– число фаз вторичной обмотки преобразовательного трансформатора; p=1 – тактность выпрямителя;

f₁ – частота питающей сети.

Вычисляем коэффициент пульсаций

k_П1 по формуле:

k_П1

2

_m₂p_² 1

_2

3² 1

 0.25
(1.3)

Вычисляем величину сопротивления R₀ нагрузки по закону Ома:

U₀

I
R₀

0

_60

100
 0.6 Ом
(1.4)

Вычисляем среднее значение прямого тока I_ср.v вентиля по формуле:

^Iср.v ^

I₀

pm₂

_100

3
 33.33 A
(1.5)

Вычисляем эффективное значение прямого тока вентиля I_эфф.v по формуле:

^Iэфф.v

^^kф.v^^Iср.v

 1.7633.33  58.66 А

(1.6)

Вычисляем действующее значение фазных ЭДС E₂ и тока I₂ по формулам:

E₂

0.855U₀

 0.85560  51.3 В

(1.7)

I₂

0.58I₀

 0.58100  58 А

(1.8)

Вычисляем максимальное обратное напряжение на вентиле по формуле:

^Umax.v

 2.09U₀

 2.0960  125.4 В

(1.9)

Графики зависимостей e₂(wt), u₀(wt), i₂(wt), i_VD1(wt) приведены в приложе- нии А.

2. Расчет выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку электрических аппаратов

Схема выпрямителя (без потерь напряжения в фазах выпрямителя), значе- ние фазных ЭДС E₂ и величина активного сопротивления R₀ нагрузки сохрани- лись такими же, как и в пункте 1.2. Индуктивное сопротивление нагрузки X_L=m₂·p·ω·L₀ на частоте m₂·p·ω = m₂·p·2π·f₁ пульсаций основной гармоники в n = 3 раза больше

величины сопротивления R₀.

Требуется:

Вычертить эквивалентную схему выпрямителя без потерь в фазах вы- прямителя с активно-индуктивной нагрузкой.
Вычислить среднее значение напряжения U₀ и тока I₀ нагрузки, коэф- фициент пульсаций k_П(1) на нагрузке, среднее I_ср.v и эффективное I_эфф.v значения прямого тока вентиля, действующее значение I₂ тока i₂ вентильной обмотки преобразовательного трансформатора.
Для значений фазового угла ωt от (-π/2) до (π/2) вычислить (для девяти значений ωt) вынужденную и свободную составляющие тока и полный ток i₀, а также мгновенное значение напряжения u₀ на нагрузке R₀.
Вычертить (соблюдая масштаб, принятый в задании №1) кривые мгно- венных значений фазных ЭДС e₂, выпрямленного напряжения u₀ (отметить уро- вень U₀), токов i₀ , i_0,в , i_0,св (отметить уровень I₀), тока i₂ вентильной обмотки (отметить уровень I₂).

Рисунок 2.1 – Эквивалентная схема трехфазного выпрямителя с нулевым выво- дом при активно-индуктивной нагрузке

Расчет качественных показателей выпрямителя

Вычисляем индуктивность L₀, учитывая, что индуктивное сопротивление нагрузки X_L, которое в n раза больше величины сопротивления R₀ , по формуле:

nR₀

30.6

L₀

m₂pω

^3314.159

 0.00191 Гн

(2.1)

где ω – круговая частота, ω = 2π·f₁, с^-1.
Так как среднее значение ЭДС e_L индуктивности L₀ за период равно нулю, то среднее значение напряжения на выходе фильтра и нагрузке практически одинаковы, т.е. U₀ = U₀^/.

Вычисляем коэффициент пульсаций k_П1 на нагрузке R₀ по формуле: