Курсовой проект - Проектирование преобразователя частоты на основании инвертора тока. Вариант 22
Подождите немного. Документ загружается.
Таблиця 2
Пара-
метри
Випрямляч Інвертор Регулятор Фільтр Ком
конд
Вих.
тр-р
Разом
Диод Тир Тирист. Тир Реа
кт.
Варіант №1
S, кВА 30 60 2 11,96 9,2 113,16
Кст., кг/
кВА
0,01 0,01 10 0,2 2
G, кг 0,3 0,6 20 2,4 18,4 41,7
Кс,руб/
кВА
0,2 0,2 5 1 1
С, руб 6 12 10 11,96 9,2 49,16
Варіант №2
S, кВА 30 72 72 47,6 1,6 9,34 9,2 241,74
Кст., кг/
кВА
0,01 0,01 0,01 10 10 0,2 2
G, кг 0,3 0,72 0,72 476 16 1,87 18,4 514,01
Кс,руб/
кВА
0,2 0,2 0,2 5 5 1 1
С, руб 6 14,4 14,4 238 8 9,34 9,2 299,34
Вибір варіанту залежить від критерію оптимізації.Так як варіант №1 має меншу
масу і вартість беремо його до реалізації.
23
4 РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ ВИПРЯМЛЯЧА
По вище проведеним розрахункам вибираемо вентиль. По даним підходить
тиристор ТБ-171-160.
Перевіряємо вентилі випрямляча по тепловому режиму:
..допмаксПТосст
Рr
,
де
ст
– температура напівпроводникової структури в стаціонарному режимі, °С;
ос
– температура навколишнього середовища, 40оС;
Т
r
– тепловий опір приладу та охолоджувача для вибраних умов охолодження,
оС/Вт;
П
Р
– потужність втрат у вентилі, Вт;
..допмакс
– максимально допустима температура напівпроводникової структури
вибраного вентиля, °С. Для данного тиристора
С
допмакс
0
..
125
.
Потужність втрат у приладі
),(78,0)
35,1
1075,1
1521(1535,1)1(
3
0
2
0
Вт
U
R
IKIUР
д
aфaВ
де U0 – порогова напруга вентиля; U0 =1,35 В
Iа – среднее значение анодного тока вентиля; Iа =15 А
Кф – коэффициент формы анодного тока вентиля;
2
Rд – диференціальний опір вентиля. Rд =
3
1075,1
Тепловий опір вентиля і охолоджувача для вибраних умов охолодженя:
r т = r1 + r2 + r3,
де r1 – тепловий опір перехід-корпус приладу, r1 =0,12 С/Вт;
r2 –тепловий опір корпус приладу – контактна поверхня охолоджувача,
r2 = 0,05С/Вт;
r3 – тепловий опір охолоджувач – навколишнє середовище, r3 =0,63 С/Вт.
Загальне тепловий опір:
rт = 0,12+0,05+0,63=0,8 (C/Вт).
24
Температура структури в стаціонарному режимі:
ст = 40 + 0,8 · 0,78 = 40,60°C < 125C.
Порівнюючи розраховану і узяту з довідника температуру робимо висновок,
що тепловий режим нам підходить.
Перевіряємо вентилі по захиному показнику. Так як випрямляч не має
трансформатора на його вході,досить виконати розрахунки вхідних реакторів, які
потрібні для обмеження аварійного струму.
Приймаємо, що Ra/Xa = 0,2, тоді ударний коефіцієнт Куд = 1,35. Для
вибраного тиристора по довіднику визначаємо допустимий ударний струм Iуд.доп.
=4,5кА. Знаходимо базисний струм:
).(106,2
35,1
4500
8,08,0
3
А
К
I
I
уд
уддоп
б
Гранична діюча напруга на вході випрямляча:
).(5,1261,1115
2
ВE
пред
Індуктивна складова опору КЗ:
).(068,0
106,2
5,1262
1
2
3
2
Ом
I
E
кX
б
пред
a
Індуктивність струмообмежуючого реактора:
).(1027,0
40014,32
068,0
314
3
Гн
X
L
a
а
Для однофазних схем к =1, оскільки в контурі КЗ реактор один.
Проводимо розрахунок захисних ланцюгів. Для Розрахунку захисних
ланцюгів необхідно знайти амплітуду звоотнього струму вентиля, що
захищаеться, і індуктивність контуру комутації, яка визначається реактивній
складовій опору КЗ:
).(1027,0
40014,32
068,0
3
Гн
X
L
c
a
к
де Lк – індуктивність комутаційного контуру, Гн;
Xa – реактивний опір КЗ, Ом;
с – кругова частота мережі живлення, рад/с.
25
Амплітуда зворотнього струму вентиля залежить від величини
накопиченого заряду і швидкості зменшення анодного струму:
)./(7,0
1027,0
5,1262
2
3
2
сА
L
Е
dt
di
к
де
dt
di
– швидкість зміни анодного струму, А/с;
2
2 Е
– амплітуда, комутуючої ЄРС, В;
Lк – індуктивність комутуючого контуру, Гн.
Для знайденого значення швидкості зміни анодного струму по залежностях
визначаємо величини заряду і часу зворотного відновлення.
Заряд зворотного відновлення:
).(105
6
КлQ
rr
Час зворотного відновлення:
).(109
6
сt
rr
Амплітуда зворотного струму вентиля рівна:
).(5,0
109
105
6
6
max
А
t
Q
I
rr
rr
b
Величина резистора захисного ланцюжка:
).(2,354
5,0
1,12115
max
max
Ом
I
E
R
b
k
д
Визначаємо ємність конденсатора:
).(21
2,354
1027,0
2
3
2
нФ
L
C
k
д
Вибираємо значення: Rд=360 Ом, Сд =22 нФ.
Потужність резистора:
).(28,0400
2
5,01027,0
2
1,121151021
2
22
2
23
2
9
2
max
2
max
ВтP
f
ILUC
P
R
bаbд
R
Таким чином, обираємо наступні елементи:
1.Резистор — C2-23-0,5-360Ом
10% ОЖО.467.081ТУ
2.Конденсатор — K78-2200пФх2000В
10% ОЖО.461.112 ТУ
26
5 РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ ІНВЕРТОРА
За вище розрахованими даними підходить тиристор ТБ320.
Перевіряємо вентилі в інверторі по тепловому режиму:
допвосс
Pr
тт
Потужність втрат в приладі складається в даному випадку з двох складових
– основних втрат від протікання прямого струму P0 і комутаційних втрат Pк:
кв
PPP
0
Визначимо основні втрати у вентилі:
)1(
0
2
00
U
R
IKIUP
д
aфa
.
Для вибраного вентиля вказані вище параметри рівні:
U0 = 1,4 В, Ia = 4,18 А, Rd=1,3 мОм
Тоді:
).(045,0)
4,1
103,1
18,421(18,44,1
3
ВтP
o
Розрахунок комутаційних втрат можна виконати по наступному
співвідношенню:
)(08,31
0004,0
10)505(
18,416,108
2
1
2
1
6
max
Вт
T
tt
IEР
выклвкл
aррасkК
Повна потужність втрат у вентилі рівна:
).(125,3108,31045,0
0
ВтPPP
кв
Тепловий опір вентиля і охолоджувача для вибраних умов охолоджування
визначається таким чином:
rт = r1 + r2 + r3
Тепловий опір охолоджувач-навколишнє середовище, знаходимо з графіка
залежності теплового опору від часу. При цьому вважаємо, що час рівний t = 1000
с, швидкість обдування приймаємо v = 6 м/с.
Загальний тепловий опір рівний:
rт =0,05+0,025+0,17 =0,245 (/Вт).
27
Тоді температура структури в стаціонарному режимі:
ст = 40 + 0,245 · 31,125 = 47,6 C < 110 C.
Максимально допустима температура структури приведена в довіднику і
складає Qдоп = 110 °С. Таким чином, порівнюючи розраховану і узяту з довідника
температуру приходимо до висновку, що тепловий режим вентиля не
порушується.
При порушенні комутації в інверторі формується контур КЗ, який
складається з випрямляча, згладжувального реактору та одної з вертикалей
інвертора (якщо інвертор виконаний за мостовою схемою).
Оскільки в цьому випадку відносно велика індуктивність згладжувального
реактора обмежує швидкість наростання струму КЗ, то система захисту
випрямляча відключає аварійний струм раніше, ніж він досягає небезпечної
величини. Тому перевіряти тиристори інвертора по захисному показнику не
потрібно.
Для розрахунку захисних ланцюгів треба знайти деякі параметри вихідного
трансформатора. Індуктивний опір фази вихідного трансформатора рівний:
).(15,1
100
5
20
460
100
2
2
Ом
U
I
E
Z
к
н
н
a
Активний опір обмоток трансформатора (потужність втрат короткого
замикання вибирається за довідковими даними для трансформатора сумісної
потужності). В даному випадку потужність трансформатора~10кВт, втрати КЗ ~
280 Вт.
).(7,0
4001
280
2
22
Ом
Im
P
R
н
к
a
Тоді індуктивний опір рівний:
).(9,049,03225,1
22
ОмRZX
aaa
Значення індуктивності:
).(103,57
250028,6
9,0
4002
6
Гн
X
L
a
a
28
Розрахуємо захисні ланцюжки для тиристорів інвертора:
Швидкість наростання зворотного струму тиристора:
)./(107,7
103,57
18,4902
2
2
6
6
2
сА
L
E
dt
di
a
Для знайденого значення швидкості зміни анодного струму по залежностях
визначаємо величини заряду і часу зворотнього відновлення.
Заряд зворотнього відновлення:
).(10200
6
КлQ
rr
Час зворотного відновлення:
).(105,9
6
сt
rr
Тоді амплітуда зворотного струму вентиля рівна:
).(05,21
105,9
10200
6
6
max
А
t
Q
I
rr
rr
b
Розраховуємо опір резистора:
).(3,23
05,21
1,123,318
max
max
Ом
I
E
R
b
k
д
Визначаємо місткість конденсатора:
).(1011,0
3,23
103,57
6
2
6
2
Ф
L
C
k
д
Вибираємо значення Rд = 24 Ом.
Вибираємо значення ємності Сд =0,15 мкФ.
Потужність резистора:
).(4,402500
2
05,21103,57
2
1,1771011,0
2
22
2
2626
2
max
2
max
Втf
ILEC
P
bаkд
R
Таким чином, обираємо елементи:
1.Резистор – C5-35В-50Вт-39Ом ОЖО.467.081ТУ
2. Конденсатор –K78-2 0,15 мкФх1000В
10% ОЖО.461.112 ТУ
29
6 РОЗРАХУНОК КОМУТУЮЧОГО КОНДЕНСАТОРА
Проводимо розрахунок комутуючих конденсаторів по наступній формулі:
).(105,7
3,31825002
6,37
6
22
Ф
U
I
C
c
к
Конденсатор – ПСК – 0,7– 20 ГОСТ 15543-70
30
ВИСНОВКИ
В даному курсовому проекті спроектовано джерело вторинного
електроживлення підвищеної частоти. Розраховані параметри й обрані відповідні
елементи силового блоку.
Розглянуто два способи стабілізації вихідної напруги. За допомогою методу
вагових коефіцієнтів за попередніми розрахунками, занесеними в таблицю,
порівняно варіанти по масогабаритним та економічним показникам.
В результаті порівняння був обраний варіант з амплітудим регулюванням.
Для створення схеми електричної принципової перетворювача частоти й
складального креслення силового блоку був використаний програмний пакет
креслярсько-конструкторський редактор КОМПАС-3D V10.
31
ЛІТЕРАТУРА
1. Преобразовательная техника. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. –
2-е изд. – Киев: Вища школа. Главное издательство, 1983. – 431с.
2.Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992.
– 296 с.
3. Семенов В.В. Автономные преобразователи. Конспект лекций. Часть 2. –
Запорожье: изд-во ЗГИА, 2005. – 60 с.
4. Автономні перетворювачі. Методичні вказівки до курсового
проектування для студентів ЗДІА спеціальності 7.09080 03 “Електронні системи” /
Укл.: Семенов В. В., Таранец А. В. – Запоріжжя, 2006. – 38 с.
5. Методические указания к курсовому проекту по курсу «Автономные
преобразователи» / Сост. Семенов В.В., Воронин А.Г., Кобелев Ф.С. – Запорожье:
ЗИИ, 1988. – 16 с.
6. Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы:
Справочник / Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г, Недошивин Р.П. – 2-е изд., перераб. и
доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.
32