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 ит.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 вбольшинствеслучаевстандартноепеременное.Междутемпочтиполовинаэлектроэнергии потребляемой в нашей стране потребляется в виде постоянногонапряжения различных значений или тока нестандартной частоты. Потребите-лями могут служить: электропривод (активно-индуктивная нагрузка), лампы,нагревательные устройства (активная нагрузка), сварочные аппараты, техноло-гическиеустановки(активно-емкостнаянагрузка)ит.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-тельныеустройства.Рисунок1–ОбобщеннаяструктурнаясхемаИВЭВданнойработеподлежитразработкеирасчётуполнаяпринципиальнаясхема.

1. Расчет выпрямителя на активную промышленную нагрузку

Рассчитатьнеуправляемыйвыпрямительсактивнойнагрузкой(безпотеринапряжения в фазах выпрямителя), если известны среднее значение выпрямлен-ногонапряженияитока:U₀=60В,I₀ =100А.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-ляемуювнагрузке:

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.

Рисунок1.1–ПринципиальнаясхематрехфазноговыпрямителяПринимаем допущение, что в фазах нет потерь, пороговое напряжение,динамическое сопротивление прямой ветви ВАХ диода, а также индуктивностьрассеянияиактивноесопротивлениеобмотоктрансформатораравнынулю:U_пор.v=0,R_g.v=0,L_s=0,R_T+pR_g.v. Тогдаэквивалентнаясхемаприметвид всо-ответствиисрисунком1.2:Рисунок1.2–Эквивалентнаясхематрехфазноговыпрямителяснулевымвыводомсучетомдопущений

Расчет качественных показателей выпрямителя

Вычисляемчастотупульсацийf_П1поформуле:

^fП1

 m₂pf₁

 350  150 Гц

(1.2)

гдеm₂=3–числофазвторичнойобмоткипреобразовательноготрансформатора;p=1–тактностьвыпрямителя;f₁–частотапитающейсети.Вычисляемкоэффициентпульсаций

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

IR₀

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-лисьтакимиже,какивпункте1.2.ИндуктивноесопротивлениенагрузкиX_L=m₂·p·ω·L₀начастотеm₂·p·ω=m₂·p·2π·f₁пульсацийосновнойгармоникивn=3разабольше

величинысопротивленияR₀.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).

Рисунок2.1–Эквивалентнаясхематрехфазноговыпрямителяснулевымвыво-домприактивно-индуктивнойнагрузке

Расчет качественных показателей выпрямителя

ВычисляеминдуктивностьL₀,учитывая,чтоиндуктивноесопротивлениенагрузкиX_L,котороевnразабольшевеличинысопротивленияR₀,поформуле:

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: