Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

Курсова робота

з курсу: "Електронні системи керування та регулювання"

на тему: "Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча"

Київ 2008

Зміст

Вступ

1. Теоретичні відомості про роботу пристрою

1.1 Силова частина. Трифазна вентильна схема (схема Ларіонова)

1.2 Система керування

2. Розрахунок силової частини

3. Розрахунок системи керування

4. Моделювання перехідного процесу

5. Дослідження стійкості

6. Висновки

7. Література

Додатки

Вступ

Схеми випрямлячів трифазного живлення застосовуються в основному для живлення споживачів середньої й великої потужності. Первинна обмотка трансформаторів таких випрямлячів складається із трьох фаз і з'єднується або в зірку, або в трикутник. Вторинні обмотки трансформатора (їх може бути трохи) також трифазні. За допомогою спеціальних схем з'єднання вторинних обмоток і всього випрямляча можна одержати випрямлення напруга із числом пульсацій за період , кратним шести. Зі збільшенням числа пульсацій у випрямленій напрузі значно скорочуються габаритні розміри електричних фільтрів, що згладжують, або взагалі відпадає необхідність у них.

Випрямлячі трифазного живлення рівномірно навантажують мережа трифазного струму й відрізняються високим коефіцієнтом використання трансформатора.

Схеми випрямлячів трифазного живлення використовуються для живлення статичних навантажень активного й активно-індуктивного характеру, статичних навантажень із проти-ерс., а також динамічних навантажень у вигляді електродвигунів постійного струму. Останній вид навантаження варто розглядати як проти-ерс. з індуктивністю.

Проектування схем вентильних перетворювачів є одним з важливих напрямків у силовий перетворювальної схемотехніці.

Основа проектування сучасних силових перетворювачів - методи розрахунку процесів у силових ланцюгах з вентилями, які по своїй математичній моделі є зручними для аналізу й синтезу перетворювальних схем.

 

1. Теоретичні відомості про роботу пристрою

 

1.1 Силова частина

 

Трифазна вентильна схема (схема Ларіонова).

Вентилі 1,3,5 утворять катодну, а вентилі 2,4,6 - анодну групи (рис.1.1.). З катодної групи струм пропускає той вентиль, до анода якого підводить більша позитивна напруга.

Нумерація вентилів у даній схемі відповідає порядку їхнього вступу в роботу за умови дотримання фазировки трансформатора (рис.1.1.).

Рис.1.1. Схема Ларіонова

У будь-якому проміжку часу повинні бути включені два вентилі – один з катодної, а іншої з анодної групи. Почергова робота різних пар вентилів у схемі приводить до появи на опорі R_d випрямленої напруги, що складає із частин лінійних напруг вторинних обмоток трансформатора (вісь 2 на рис.1.2) [1, 2].

З рис.1.2 (осі 1 і 2) видно, що моменти комутації збігаються з моментами проходження через нуль лінійних напруг (коли рівні дві фазних напруги).

У проміжку ( 0-01) найбільше позитивне значення має напруга u_a , подаване до анода вентиля 1, а найбільше негативне значення – напруга u_b, що підводиться до катода вентиля 6. Отже, у цьому проміжку одночасно включені вентилі 1 і 6. Через вентиль 1 позитивна напруга u_a підводить до нижнього затискача, а через вентиль 6 негативна напруга u_b підводить до верхнього затискача опору R_d. Тому випрямлене напруга u_d = u_a- u_b

 

Рис.1.2. Криві струмів і напруги при α=0.

У точці 01 напруга u_b= u_c , тому з анодної групи включається вентиль 2. Тому що правіше крапки 01 напруга u_c має найбільше негативне значення, вентиль 6 вимикається. У проміжку ( 01-02) одночасно включені вентилі 1 і 2 і випрямлена напруга:

 

u_d = u_a- u_c.

 

Очевидно, що амплітуда випрямленої напруги:

До кожного закритого вентиля прикладене лінійна напруга, тому амплітуда зворотної напруги

Число пульсацій випрямленої напруги m=6.

Постійна складова випрямленої напруги (середнє значення) обчислюється для інтервалу повторюваності випрямленої напруги, рівного :

 . (1)

де Е₂ – діюче значення фазної напруги вторинних обмоток трансформатора.

Діюче значення струму вторинної обмотки (вісь 6):

 . (2)

Діюче значення струму первинної обмотки:

 . (3)

Максимальне значення струму вентиля:

 . (4)

Середнє значення струму вентиля:

 . (5)

Діюче значення струму вентиля:

. (6)

Нехай кут керування . У трифазній мостовій схемі на керованих вентилях імпульси, що відмикають, надходять із затримкою на кут , щодо нулів лінійних напруг або моментів перетинання синусоїд фазних напруг (рис.1.3).

У результаті затримки моментів комутації тиристорів на кут α середнє значення випрямленої напруги, утвореного з відповідних частин лінійних напруг, знижується доти, поки крива миттєвих значень випрямленої напруги u_d залишається вище нуля, що відповідає діапазону зміни кута керування , випрямлений струм i_d буде безперервним поза залежністю від характеру навантаження. Тому при кутах  середнє значення випрямленої напруги для активного й активно-індуктивного навантаження буде дорівнює

. (7)

При кутах  і активному навантаженні в напрузі u_d і струмі i_d з'являються інтервали з нульовим значенням (рис.1.4.), тобто наступає режим роботи з переривчастим випрямлений струмом.

Середнє значення випрямленої напруги для цього випадку може бути виражене в такий спосіб:

,(8)

де

Рис.1.3. Діаграми струмів і напруг при кутах .

У режимі з переривчастим струмом i_d для забезпечення роботи даної схеми, а також для її первісного запуску на вентилі схеми варто подавати здвоєні імпульси, що відмикають, з  інтервалом або одиночні, але із тривалістю, більшої, ніж . Це пояснюється тим, що для утворення замкнутого ланцюга протікання струму id необхідно забезпечити одночасне включення вентиля анодної групи й вентиля катодної групи.

Рис.1.4. Діаграми напруг при кутах  і

При зміні кута  від 0 до  регулювальна характеристика для активного й активно-індуктивного навантаження описується формулою:

При активно-індуктивному навантаженні й кутах , якщо  або відношення  таке, що забезпечується режим безперервного струму i_d, середнє значення випрямленої напруги також визначається по формулі:

При  середнє значення  стає рівним нулю, виходить, це відповідає рівності площ позитивної й негативної ділянок кривій випрямленої напруги, що свідчить про відсутність у ньому постійної складової (крива 2 на рис.1.5).

Починаючи з кута  при активному навантаженні регулювальна характеристика описується формулою (крива 1 на рис.2.5):

Рис.1.5. Регулювальні характеристики: 1 - при активному навантаженні; 2 - при активно-індуктивному навантаженні.

Заштрихована область на рис.1.5 відповідає сімейству регулювальних характеристик у режимі з переривчастим струмом i_d при різних значеннях .

Приймемо індуктивність L_d настільки великий, що струм навантаження i_d до моменту відмикання наступного вентиля не встигає пройти через нуль. Коли струм через нуль не проходить, він наростає від інтервалу до інтервалу й установлюється протягом ряду періодів (звичайно трьох, чотирьох).

У трифазній мостовій схемі до навантаження R-L підключена напруга:

де , а кут природного включення вентилів при  становить .

Струм через навантаження визначається диференціальним рівнянням

 (9)

Загальний інтеграл рішення рівняння (9)

 (10)

де - кут навантаження; - постійна часу ланцюга навантаження; – постійна інтегрування, обумовлене в кожному конкретному випадку з початкових умов.

Для визначення струму в будь-якому інтервалі часу зручно скористатися різницевими рівняннями.

У загальному випадку до навантаження R-L може бути підключена напруга із противо ЕДС

де E₀ – противо-ерс, наприклад, акумуляторна батарея або якір двигуна постійного струму. При впливі противо-едс можна одержати режим переривчастих струмів, де рівняння (9) і (10) недійсні.