Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

«Нижегородский Государственный Технический Университет

им. Р. Е. Алексеева»

Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»

Лабораторная работа № 5

«Исследование трехфазных мостовых тиристорных инверторов»

Выполнил:

Студент группы М22-ПЭ

Елизаров Д.А.

Проверил:

Вихорев Н. Н.

г. Нижний Новгород

2023 г.

Цель работы:

Выполнить расчет и имитационные модели тиристорных контакторов с конденсаторной коммутацией и с коммутирующим LC-контуром, трехфазного мостового инвертора с параллельной, индивидуальной и групповой коммутацией в среде MATLABSimulink, снять временные диаграммы токов и напряжений на нагрузке, вентилях, емкостях и на дросселях.
1. Тиристорный контактор с конденсаторной коммутацией

На рисунке 1 представлена схема тиристорного контактора с конденсаторной коммутацией.



Рисунок 1 – Схема тиристорного контактора с конденсаторной коммутацией

Принцип работы:

1. Подают управляющий импульс на тиристор VSk. Он включается, так как находится под действием прямого напряжения сети, и коммутирующий конденсатор С1 заряжается через сопротивление нагрузки до напряжения питающей сети с полярностью, указанной на рисунке 1. В момент снижения зарядного тока до нуля тиристор VSk выключается.

2. При подаче управляющего импульса на тиристор VS он включается, и на нагрузку подается Uвх. Одновременно начинается процесс перезаряда конденсатора по контуру С1 – VS – L1 – VD1. Перезаряд коммутирующего конденсатора происходит по колебательному закону. Процесс перезаряда заканчивается в момент времени, когда ток колебательного контура достигает нулевого значения. Диод VD1 блокирует дальнейшее протекание процесса перезаряда и в результате на конденсаторе будет напряжение с полярностью, противоположной указанной на рисунке 1. Таким образом, коммутирующий конденсатор оказывается подготовленным к выключению основного тиристора VS.

---

3. Для выключения основного тиристора на коммутирующий тиристор VSk подается управляющий импульс. Включение тиристора VSk приводит к выключению тиристора VS, т.к. к нему оказывается подключенным заряженный конденсатор C1, разрядный ток которого направлен противоположно Id, протекающему через тиристор VS.

После выключения тиристора VS ток начинает протекать через тиристор VSk и конденсатор С1, перезаряжая его. До тех пор, пока напряжение на конденсаторе не изменит свой знак. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигает Uвх и процесс перезаряда прекращается.

4. Наличие дополнительного контура приводит к тому, что в момент включения коммутирующего тиристора VSk, конденсатор С1 будет перезаряжаться не только током Id , но и током в колебательном контуре C1 - VSk - VD3 - L2.
Исходные данные для имитационных моделей:

• 
  Частота: f = 500 Гц;
  
• 
  Напряжение нагрузки: U_d = 100 В;
  
• 
  Ток нагрузки: I_d = 10 A.
  

Выполним необходимые расчеты для имитационной модели трехфазного тиристорного инвертора с отсекающими диодами.

Вычислим сопротивление нагрузки по з.Ома:

Ток дросселя:

Индуктивность дросселя:

t_с = 200 мкс;







Емкость конденсатора:



2. Тиристорный контактор с коммутирующим LC-контуром



Рисунок 2 – Схема тиристорного контактора с коммутирующим LC-контуром



Принцип работы: Для выключения тиристора VS в момент времени подаётся управляющий импульс на тиристор VS

---

k . При включении тиристора VSkначинается колебательный процесс в контуре Ck -VS-VSk -Lk . В целях обеспечения устойчивой коммутации параметры реактивных элементов выбираются так, чтобы амплитудное значение разрядного тока конденсатора

Ik вдвое превышало номинальный ток нагрузки. На интервале коммутации через тиристор VS будет протекать разность токов нагрузки Id и разрядного контура Ik . Когда эти токи станут равными, тиристор VS выключится. Далее ток Ik продолжает возрастать и через диод VD1 будет протекать разность токов Ik и Id . В интервале проводимости диода VD1 к тиристору VS будет приложено обратное напряжение, равное прямому напряжению на диоде VD1. На этом интервале времени тиристор VS восстанавливает запирающие свойства. Когда ток Ik снова станет меньше тока нагрузки, диод VD1 выключится. К этому моменту времени конденсатор перезаряжается.



Рисунок 3 – Имитационная модель тиристорного контактора с конденсаторной коммутацией



Рисунок 4 – Имитационная модель тиристорного контактора с коммутирующим LC-контуром

Рисунок 5 – Временные диаграммы работы тиристорных контакторов

Из рисунка 5 следует, что максимальное напряжение, прикладываемое к вентилям и напряжение на емкости, соответствует напряжению питания.

3. Трехфазный мостовой инвертор напряжения с индивидуальной коммутацией



Рисунок 6 – Принципиальная схема трёхфазного мостового инвертора напряжения с индивидуальной коммутацией

Принцип работы: Для запирания, например, рабочего тиристора В1 отпирается коммутирующий тиристор B7 и под действием разрядного тока конденсатора тиристор B1 запирается. Ток нагрузки переходит на тиристор В7 , а конденсатор перезаряжается по контуру С—В7 —Д7 —L2 —Д1 —С. После того как конденсатор зарядится до напряжения, равного напряжению источника питания (полярность указана на рисунке 6 в скобках), тиристор В7 запирается, а ток нагрузки переходит на обратный диод Д2, что обеспечивает обмен реактивной энергией между фазами С и В. Энергия, запасенная в дросселе L 2 в момент коммутации, возвращается через обратные диоды Д1 и Д2 и источник питания. Поэтому в данном инверторе необходимость в энергопоглотителе отпадает. Диоды Д7 — Д12 предотвращают разряд коммутирующих конденсаторов на нагрузку. После коммутации полярность на конденсаторе (указана на рисунке 6 в скобках) такова, что следующая коммутация не может быть осуществлена. Изменение полярности на конденсаторе происходит таким образом. При очередном отпирании рабочего тиристора В1 образуется контур С—В1 —Д13 —L1. Поскольку активное сопротивление контура мало,

---

происходит колебательный процесс, в результате которого конденсатор перезаряжается (полярность указана без скобок). Напряжение, до которого зарядится конденсатор, зависит от добротности контура и приблизительно равно первоначальному напряжению. Для нормальной работы инвертора требуется предварительная подготовка его к пуску, т. е. вначале следует зарядить коммутирующие конденсаторы.



Рисунок 7 – Имитационная модель трёхфазного мостового инвертора напряжения с индивидуальной коммутацией

Для данного инвертора параметры элементов модели:

• 
  Uпит = 400 В;
  
• 
  Ck = 1 мкФ;
  
• 
  Lk = 8 мГн;
  
• 
  Rd = 120 Ом.
  

t, c


Рисунок 8 – Временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке инвертора при Rd = Rdном


t, c


Рисунок 9 – Временные диаграммы тока и напряжения на коммутирующей цепи инвертора и тиристоре при Rd = Rdном


t, c


Рисунок 10 – Временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке инвертора при Rd = 100Rdном


t, c


Рисунок 11 – Временные диаграммы тока и напряжения на коммутирующей цепи инвертора и тиристоре при Rd = 100Rdном


t, c


Рисунок 12 – Временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке инвертора при Rd = 0.001Rdном

---

t, c


Рисунок 13 – Временные диаграммы тока и напряжения на коммутирующей цепи инвертора и тиристоре при Rd = 0.001Rdном

Из рисунков видно, что увеличение величины нагрузки до режима холостого хода, практически не приводит к изменениям в процессе коммутации вентилей и коммутирующей цепи. При уменьшении величины нагрузки, до приближения к режиму короткого замыкания R = 0.1 Ом, существенного влияния на коммутацию вентилей и коммутирующей цепи не было, но в режиме короткого замыкания, ток через коммутирующий тиристор увеличивается и происходит срыв инвертора.

4. Трехфазный мостовой инвертор напряжения с параллельной коммутацией



Рисунок 14 – Имитационная модель трехфазного мостового инвертора напряжения с параллельной коммутацией


t, c


Рисунок 15 – Временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке инвертора при Rd = Rnom


t, c


Рисунок 16 – Временные диаграммы тока и напряжения на коммутирующей цепи инвертора и тиристоре при Rd = Rdном


t, c


Рисунок 17 – Временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке инвертора при Rd = 10Rnom


t, c


Рисунок 18 – Временные диаграммы тока и напряжения на коммутирующей цепи инвертора и тиристоре при Rd = 10Rdном


t, c

---

Смотрите также файлы

• Содержание теоретическая часть Дерево отказов Дерево событий Заключение показатели риска.docx

• I. Сущность и функции Федерального казначейства 4 Глава Полномочия Федерального казначейства 8.docx

• Тесты по предмету Фармакогнозия.docx

• Административная ответственность и юрисдикция. Тест 1 1.pdf

• Курсовой проект по учебной дисциплине "Электроника" Трансформатор питания малой мощности Принял А. С. Татаренко.rtf