82041

Тиристорні перетворювачі

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Система імпульснофазового управління в свою чергу складається із вузла що перетворює напругу управління в послідовність імпульсів визначеної тривалості форми моменти яких залежать від напруги управління; вузла підсилення імпульсів що формує імпульси з визначеними електричними параметрами.

Украинкский

2015-02-24

297.5 KB

15 чел.

Курсова  робота

Тиристорні перетворювачі


Зміст

Вступ

  1.  Принцип дії тиристора.
  2.  Аналіз тиристорних перетворювачів.
  3.  Розробка принципової схеми.
  4.  Розрахунок силового кола.
  5.  Розробка схеми керування тиристором.
  6.  Вибір тиристорів.
  7.  Розрахунок індуктивності згладжуючого реактора.

Висновки.

Список літератури.


Вступ

У зв’язку із ростом вимог до якості продукції, що випускається та необхідністю підвищення продуктивності агрегатів все більше розповсюдження отримують регульовані електроприводи різних виробничих механізмів. Не дивлячись на великі досягнення у створенні регульованих електроприводів змінного струму, основним видом таких електроприводів залишається електропривід змінного струму, а в якості пристрою керованого перетворювача енергії змінного струму в енергію постійного струму виключно застосовують тиристорні перетворювачі.

В тиристорному електроприводі можна виділити силову частину та систему управління. Силова частина складається із вузлів, котрі розраховані на протікання в них повного струму, навантаження. До них відносяться автоматичні вимикачі постійного та змінного струму, трансформатор живлення або анодний реактор, електродвигун, силові тиристори, число та схема з’єднань яких визначається номінальними даними та режимом роботи електроприводу, лінійний контактор, коло динамічного гальмування, вимірювальні шунти та ін.

Система управління регулює потік енергії від мережі змінного струму до електродвигуна; назад шляхом формування в визначені моменти часу відкриваючих імпульсів, котрі подаються на керуючі переходи тиристорів, а також впливом на комутаційні апарати силової частини електроприводу. Призначення системи управління – забезпечити зміну по заданому оператором або системою управління більш високого рівня ієрархії закону основної регульованої координати електроприводу, регулювання або обмеження проміжних координат. А також захист установки в аварійних режимах.

Таким чином, система управління електроприводом включає в себе систему імпульсно-фазового управління (СІФУ), що формує послідовність відпираючих імпульсів з потрібними електричними параметрами, моменти появи яких визначаються вхідною напругою управління, а також деякими додатковими сигналами управління, систему регульованих координат електроприводу, котра  на основі інформації про потрібне значення основної регульованої координати та деякої додаткової інформації виробляє напругу управління СІФУ таким чином, щоб забезпечити відповідність основної регульованої координати заданому значенню деяким оптимальним (або раціональним) чином при допустимих значеннях проміжних координат; систему захистів та оперативного управління електроприводом.

Система імпульсно-фазового управління в свою чергу, складається із вузла, що перетворює напругу управління в послідовність імпульсів визначеної тривалості форми, моменти яких залежать від напруги управління; вузла підсилення імпульсів, що формує імпульси з визначеними електричними параметрами.


1. Принцип дії тиристора

Тиристор – чотирьохшаровий напівпровідниковий прилад, що має два стійкі стани: стан низької провідності (тиристор закритий) та стан високої провідності (тиристор відкритий).

Переведення тиристора із закритого стану у відкритий в електричному колі здійснюється зовнішньою дією на прилад. В тріодних тиристорах, які є найбільш вживаними, управління станом приладу здійснюється в колі третього - керуючого електроду.

Тиристор являє собою чотирьохшарову структуру типу р-п-р-п з трьома переходами (рис.1), в якому р-шар виконує функцію аноду, а n-шар – катоду.

Керуючий електрод зв’язаний із р-шаром структури.

Рис.1.1. Напівпровідникова структура тиристора.


 На рис. 2 показана схема включення тиристора.

Рис. 1.2. Структурна схема тріодного тиристора.

 

Напруга живлення подається на тиристор таким чином, що П1 та П3 відкриті, а перехід П2 – закритий. Опір відкритих переходів малий, тому майже вся напруга живлення Uпр прикладена до закритого переходу П2, який має великий опір. Звідси струм через тиристор дуже малий. При підвищенні напруги Uпр струм тиристора збільшується до деякого критичного значення, яке рівне напрузі переключення Uпер. Після цього починається лавиноподібне збільшення струму через тиристор.

Для зменшення напруги переключення на керуючий електрод подають напругу і струм керування Іу дозволяє тиристору переключитися при меншій напрузі.

Вольт–амперна характеристика показана для різних струмів керування, причому Іу2 * Іу1. (рис. 3)

Рис. 1.3- Вольт-амперна характеристика тиристора.


2. Аналіз тиристорних перетворювачів для електроприводу постійного струму

Основним елементом перетворювачів є комутаційні пристрої, які періодично переривають струм, або змінюють його напрям. Основним елементом комутаційного пристрою є тиристор.

Вентильні перетворювачі на тиристорах (ТП) зараз стали основним видом перетворювачів для системи перетворювач-двигун постійного струму. Нереверсивні перетворювачі найчастіше виконують за трьохфазною мостовою схемою із дроселем згладжування. Для реверсивних перетворювачів застосовують два комплекси тиристорів.

Нереверсивні ТП і ТП по зустрічно паралельній схемі виконують також в безтрансформаторній схемі. Ці схеми також можна використати і для живлення обмоток збудження електричних машин.

При невеликих потужностях найчастіше використовують однофазні схеми. Властивість тиристора надійно блокувати прикладену напругу, а при поданні керуючого імпульсу, позитивній напрузі на аноді і в замкнутому колі навантаження переходить в провідний стан, а також малий внутрішній опір у відкритому стані визначити його використання в силових установках з великими струмами та напругами. В свою чергу, неможливість закривання тиристора сигналом управління визначило його широке використання в схемах, де виключення досягається прикладанням від’ємної напруги до аноду тиристора. Природно, що такі умови без всяких додаткових витрат існують в схемах, де живлення навантаження здійснюють через тиристор від знакозмінного джерела енергії. Прикладом такої схеми може бути однофазна, однопівперіодична схема нереверсивного тиристорного перетворювача, показана на рис. 4.

Із рис. 4 видно, що єдиним способом регулювання потоку енергії через навантаження в такій схемі при незмінних параметрах встановлених агрегатів є зміна моменту подачі керуючої напруги Uk (t) по відношенню до фази напруги живлення. Будемо рахувати, що індуктивний опір, обумовлений розсіюванням магнітного потоку узгоджувального трансформатора Т, нескінчено малий в порівнянні з активним опором навантаження Rн, а час включення та виключення тиристора нескінчено малий в порівнянні з тривалістю його відкритого стану .


Рис.2.2. Схема перетворювача

а) схема електрична

б) діаграма напруг та струмів
тоді відраховуючи кут включення тиристора  від моменту ??? переходу напруги живлення через нуль, для миттєвої напруги на навантаженні можна записати.

 (1)

де кутова частота мережі живлення

    tбіжучий час, що відраховується від моменту включення тиристора;

    спад напруги на відкритому тиристорі.

Із (1) видно, що міняючи момент подачі сигналу керування Uk відносно позитивної фази на тиристорі, тобто фазу подавання імпульсу керування, можна міняти прикладену до навантаження напругу.

Ці міркування з врахуванням достатності керування не постійним сигналом, а імпульсом необхідної тривалості та потужності і лежать в основі назви – імпульсно-фазове управління.

Нехтуючи спадом напруги на відкритому тиристорі як малим в порівнянні з падінням напруги на навантаження записуємо вираз для середньої напруги на навантаженні:

Із (2) випливає, що регулювання середнього значення напруги від 0 до максимального необхідно щоб кут 2 мінявся від 0 до .

Таким чином, звідси можна сформулювати наступні вимоги до засобів керування. Генерація керуючих імпульсів для такої схеми повинна здійснюватись в діапазоні тривалістю 180, початковою точкою відліку якого є перехід анодної напруги через нуль t0. Очевидно, що для отримання точки відліку на кожному періоді мережі живлення необхідні пристрої синхронізації системи управління з мережею, яка живить перетворювач.

Виходячи із вищесказаного можна представити загальну структурну схему системи імпульсного фазового управління (СІФУ) для простого перетворювача, як на рис. 5.


Рис.2.2 Структурна схема однофазної СІФУ

ПС – пристрій синхронізації

ПФЗ – пристрій фазозміщення.

ПЗ – пристрій запуску

ПЖСІФУ – пристрій живлення СІФУ

СЧП – силова частина перетворювача

Але однотактні перетворювачі використовують рідко. Екологічно більш вигідне багатоактне перетворення енергії. В цьому випадку (Рис. 6) в системі повинно бути організовано m-каналів СІФУ.

В цих СІФУ фазу керуючого імпульсу відраховують від певної точки кривої напруги живлення. Такі системи називають синхронними, тобто керуючі імпульси для кожного каналу надають синхронно із періодом напруги живлення.

Синхронні СІФУ здійснюють такі перетворення:

Рис.2.3. Структурна схема багатофазової СІФУ

ПС – пристрій синхронізації

ПГР – пристрій гальванічної розв’язки

СЧП – силова частина перетворювача

де W0tкут включення іншого тиристора, який відраховують від початку позитивної півхвилі напруги на першому тиристорі

кут синхронізації;

ni – номер тиристора силової схеми, що співпадає з номером каналу генерації керуючого імпульсу;

кут включення тиристора, відрахований від точки синхронізації для кожного каналу СІФУ. Цей кут ще називають кутом відкривання або кутом управління.

Необхідний кут включення в пристрої фазозміщення може бути реалізованим або найбільш розповсюдженим “вертикальним” способом, який широко застосовували на ранніх стадіях розвитку статичних перетворювачів струму.

Вертикальний спосіб управління полягає в тому, що зміну фази імпульсу управління забезпечують зміною напруги управління відносно деякої опорної напруги і генерація імпульсу управління відбувається при рівності опорної і керуючої напруг.

При горизонтальному способі управління зміщується синусоїдна напруга синхронізації Uc1 відносно анодної напруги на даної фази і за рахунок цього міняється момент генерації імпульсу керування КІ.

Для вертикального способу фазозміщення найбільш широко використовують два види опорних напруг: лінійну зміну в часі та синусоїдну.


3. Розробка принципової схеми

Виходячи із вищенаведеного аналізу і врахувавши умови завдання, вибираємо схему трьохфазного тиристорного перетворювача, принципову схему якого показано на рис. 7.

Рис.3.1. Схема тиристорного перетворювача для двигуна постійного струму.

Даний тиристорний перетворювач працює на двигун постійного струму потужністю 42 кВт і забезпечує регулювання швидкості обертання в діапазоні Д = 40 : 1. Оскільки схема живиться змінною напругою, то використовуємо трьохфазну схему випрямлення з нульовим виводом. Для цього вибираємо трансформатор із з’єднанням обмоток  (зірка з нульовим виводом) і до нульового виводу під’єднуємо навантаження.

Для забезпечення заданого значення пульсацій струму навантаження послідовно із обмоткою якоря двигуна під’єднаний згладжуючий дросель.

Щоб забезпечити регулювання величини напруги на вході тиристорного перетворювача, необхідно змінювати кут відкривання силових тиристорів. В кожному випадку зміна кута відкривання здійснює схема імпульсно-фазового управління.

Після вибору схеми перетворювача проводимо електричний розрахунок його елементів.


4. Розрахунок силового кола

Напруга умовно холостого ходу тиристорного перетворювача визначається так:

де середнє значення випрямленої напруги на якорі електродвигуна;

спад напруги на активному опорі згладжую чого дроселя;

можлива зміна напруги на виході тиристорного перетворювача, викликана коливанням напруги в колі живлення змінного струму;

 середнє значення падіння напруги на тиристорах.

При попередньому розрахунку доданків рівняння будемо керуватися наступними:

  1.  Максимальне середнє значення випрямленої напруги необхідно вибрати рівним номінальній напрузі електродвигуна

2. З метою збільшення жорсткості механічної характеристики електродвигуна при його роботі від тиристорного перетворення згладжуючий дросель повинен мати мінімальні втрати, а звідси і мінімальний активний опір. Для більшості систем

Приймаємо

3. Середнє значення падіння напруги на тиристорах:

де - напруга спрямлення ВАХ, знятої на постійному струмі;

- динамічний опір тиристора;

- номінальний струм електродвигуна.

можна визначити по таких формулах:

де

Тоді

Оскільки отримане значення  порівняно мале, то в подальших розрахунках його можна не враховувати.

Напруга на вході перетворювача при умовному холостому ході і  без врахування можливих коливань напруги живлення  повинна бути

а з врахуванням цих коливань

З іншого боку, середнє значення випрямленої напруги рівне

де  = діюче значення фазної напруги.

Ця напруга більша від максимально необхідної, тому зайву величину напруги компенсуємо введенням початкового кута  регулюванням перетворювача.


5. Розробка схеми керування тиристором

Силова схема перетворювача виконана на тиристорах і працює при температурі від 0 до 50С. Тривалість керуючого імпульсу не більше tц = 20мкс. Для таких умов можна застосувати імпульсну схему, зібрану на одному транзисторі VT1 та імпульсному трансформаторі Т з захисним запобіжником F (схема приведена на листі графічної частини). Згідно довідкових даних Iус,=0,3А =3В при температурі 25С, а опір керуючого переходу тиристора

Тоді приведений опір генератора

де D – дисперсія відхилень номінальних значень опору резисторів у відносних одиницях;

- температурний коефіцієнт резистора;

t робоча температура.

Для більшості сучасних резисторів звичайного виконання

D = 0,01;  = 0,001С-1

Тоді

Вибираємо R2 = 10 Ом типу МЛТ

Оскільки в схемі застосовані операційні підсилювачі для живлення яких використовується двополярна напруга 15В, то використаємо нестабілізовану напругу 20В для живлення вихідного каскаду системи імпульсивного управління (СІФУ).

Приймаючи напругу живлення рівною 20В, визначаємо коефіцієнт трансформації імпульсного трансформатора

де  - мінімальна напруга холостого ходу генератора імпульсів, яка визначається з рівняння

,

- коливання напруги в мережі живлення;

- мінімальна напруга холостого ходу.

Приймаємо коливання в мережі живлення 10%, тоді:

Опір резистора R рівний

Вибираємо R = 100 Ом типу МЛТ.


6. Вибір тиристорів

Максимальна зворотна напруга на вентилі

Середнє значення струму через тиристор при номінальному моменті електродвигуна визначається  по формулі:

При пуску тиристор повинен витримати струм

Вибираємо тиристор типу Т15-125 восьмого класу (напруга не нижча 200В)

Даний тиристор має такі параметри:

  •  максимально допустимий середній струм у відкритому стані при
    f = 50 Гц, ;
  •  максимально допустимий діючий струм у відкритому стані при
    f = 50 Гц, ;
  •  ударний неповторний струм у відкритому стані при f = 50 Гц, ;
  •  пряме падіння напруги не більше ;
  •  динамічний опір при Тп = 125С не більше R = 1,5мОм;
  •  невідпираючий постійний струм управління І = 3мА;
  •  відпираючий постійний струм управління при Uзс = 12В, не більше
    І = 0,3А;
  •  струм утримання І = 0,3А;
  •  мінімально допустимий прямий імпульсний струм управління І = 2А;
  •  максимально допустимий прямий імпульсний струм управління
    І = 24А;
  •  температура корпусу від –50 до +125С;
  •  відпираюча постійна напруга управління при Uзс = 12В, не більше
    V = 3В.

Допустимі величини втрат в тиристорі при умові його роботи в класифікаційній схемі

де  = 1,57 – коефіцієнт форми струму для класифікаційної схеми випрямлення.

- середнє значення струму через тиристор;

Voнапруга випрямлення.

Так, як в довідниках ВАХ тиристорів не приводять то напругу Uo можна орієнтовно визначити із співвідношення:

Величина втрат на тиристорі

При такій розсіюваній потужності на тиристорі монтуємо його на радіаторі і застосовуємо примусове повітряне охолодження з швидкістю .


7. Розрахунок індуктивності згладжуючого реактора

Необхідна індуктивність згладжуючого дроселя

де  – відносна величина ефективного значення першої гармоніки випрямленої напруги;

Ія – допустимі пульсації якоря електродвигуна;

I – струм навантаження перетворювача.

Індуктивність якоря двигуна визначається за рівнянням

Величину ln визначаємо із графіку. Для кута регулювання еп. град ln. = 0,52.

Тоді індуктивність згладжувального дроселя рівна

Вибираємо згладжувальний дросель з такими параметрами Lзд=20мГн, Uзд. = 0,002.

Характеристика регулювання перетворювача при умові холостого ходу може бути побудована за рівнянням

Залежність напруги на якорі електродвигуна від функції кута регулювання перетворювача при незмінному моменті на валі двигуна можна визначити за допомогою рівняння:

де  – сумарний активний опір якірного кола системи ТП-9.

Початковий кут регулювання можна визначити із рівняння:

Де  – опір згладжуючого дроселя;

– опір згладжуючого дроселя;

-опір обмотки якоря двигуна;

– динамічний опір тиристорів

= 0,002+ 0,0015+ 0,004 = 0,008 Ом

Тоді


Висновки

В даній курсовій роботі я засвоїв тиристорний перетворювач, а також розробив принципову схему, схему керування тиристором, виконав на листі R1 друковану плату та монтажну схему, зробив розрахунок силового кола, також розрахунок індуктивності згладжуючого реактора.


Список літератури

1. Б.С.Гершунский. Основи електроніки і мікроелектроніки. - К.: Вища школа, 1997.

2. Б.С.Гершунский. Справочник по основам электронной техники. – К.: Вища школа, 1978.

3. В.Г.Герасимов. Основы промышленной электроники. – М.: Высшая школа, 1986.

4. Б.С. Гершунский. Справочник по расчету электронных схем. – К.: Вища школа, 1983.


Позначення

Найменування

Кільк - ість

Примітка

R2R2R3R

Резистор МЛТ-0,125-43 кОм

4

R5R6R7R

Резистор МЛТ-0,125 10 кОм

4

R9

Резистор МЛТ-0,125 2к7

1

R10

Резистор МЛТ-0,125 10 к

1

R11

Резистор МЛТ-0,125 520 Ом

4

VT1.VT2

Транзистор ГТ 305 А

2

VD1.VD2

Діод КД 307

2

OA1

Мікросхема К 137 УД2

1

OA2

Мікросхема К 561 ТМ2

1

L1

Катушка індуктивності 1,3 мГн

1

L2

Катушка індуктивності 20 мГн

1


n
1

   Р2                                                  n1

Р1

+

Vпр

П1

П2

П3

Iу

1

Vу

n1

Р2

П1

Р1

б)

O

wot

е2

t0

Uу

wot

е2

wot

е2

wot

е2

wot

е2

а)

T

Vу

V

     е22msinwot

RH

ПС

+

+

О3Б

VS3

10

9

7

Т

ЗД

Д

ПФЗ

сн

ПЖСІФУ

ПЗ

C4

     

ZH

1

2

3

4

5

I

m-1

m

1   2     3      4     i    m-1   m

RH

Vm

LH

Vm-1

Vi

V4

V3

V2

V1

До

Мере-жі

m-канальні ВК і

ПГР

m-канальна СІФУ

m-канальні ПС

Т


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71412. ЧИСТОТА КАК КОМУНИКАТИВНОЕ КАЧЕСТВО РЕЧИ 32.62 KB
  Диалектизмы слова обороты которые являются принадлежностью не общего языка народа а того или иного местного говора территориального диалекта. Диалектные слова в официальной речи порождают неясность мысли путаницу понятий влекут за собой трудность взаимного общения.
71413. ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТЬ КАК КАМУНИКАТИВНОЕ КАЧЕСТВО РЕЧИ 33.05 KB
  Выразительность — это качество речи, которое своими свойствами и особенностями поддерживает внимание и интерес у слушателей (читателей). И действительно, какой бы содержательностью ни отличалась та или иная речь, она ничего не стоит, если невнятна, плохо слышна и изобилует...
71414. БОГАТСТВО КАК КАМУНИКАТИВНОЕ КАЧЕСТВО РЕЧИ 28.66 KB
  Богатая речь - это речь в которой запас слов моделей словосочетаний и предложений находящихся в активном словаре является большим чем в обычном наборе и используется для незатруднительного и целесообразного общения. Под активным словарем понимают тот запас слов который говорящий...
71415. ИЗОБРАЗИТЕЛЬНО-ВЫРАЗИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ЯЗЫКА 34.51 KB
  Антонимы разные слова относящиеся к одной части речи но противоположные по значению. Противопоставление антонимов в речи является ярким источником речевой экспрессии усиливающей эмоциональность речи. Синонимы это слова относящиеся к одной части речи выражающие одно...
71416. ОСОБЕННОСТИ ОРАТОРСКОЙ РЕЧИ 29.22 KB
  Ораторская речь - это разновидность публичной речи цель которой воздействие на публику стремление изменить ее взгляды убеждения настроения и даже поведение. Учение об убеждающей речи возникло в Древней Греции и называлось риторикой. Синонимом риторики является понятие ораторское искусство...
71417. РЕЧЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. СТРУКТУРА РЕЧЕВОЙ КОММУНИКАЦИИ 28.52 KB
  Общение дает возможность человеку передать свои мысли раскрыть свои чувства и переживания помогает организовать совместную работу наметить и обсудить планы реализовать их. Человеческое общение по данным исследователей на две трети состоит из речевого.
71418. РЕЧЕВОЙ ЭТИКЕТ 29.83 KB
  Речевой этикет РЭ - это правила речевого поведения. Речевой этикет как раз та область языковых единиц которые обслуживают функцию вежливости. Речевой этикет сложившаяся в языке и речи система устойчивых выражений употребляющихся в ситуациях установления и поддержания контакта.
71419. ОСОБЕННОСТИ ОФИЦИАЛЬНО-ДЕЛОВОЙ РЕЧИ 28.12 KB
  Официально-деловой стиль - это стиль который обслуживает правовую и административно-общественную сферы деятельности. Термином официально-деловой стиль принято обозначать особенности языка служебных в первую очередь организационно-распорядительных акт отчет служебное письмо постановление приказ...
71420. ПУБЛИЦИСТИЧЕСКИЙ СТИЛЬ 29.3 KB
  Тенденция к экспрессивности выражается в стремлении к доступности и образности формы выражения что характерно для художественного стиля и разговорной речи в публицистической речи переплетаются черты этих стилей. С одной стороны в публицистической речи присутствует достаточное количество...