Расчет схемы энергетических цепей полупроводникового преобразователя переменного напряжения в переменное – регулятора напряжения

Задание

 

1. Вычертить принципиальную электрическую схему энергетических цепей тиристорного преобразователя, предусмотрев коммутацию и защиту этих цепей от сверхтоков короткого замыкания и перенапряжений. Указать тип преобразования и возможную область применения преобразователей данного типа.
2. Определить выходное на напряжение U₀ преобразователя при угле управления (открытия) тиристоров α = 0. Указать диапазон изменения угла α, необходимый для обеспечения регулирования мощности нагрузки от 0 до 100% при активном и индуктивном видах нагрузки.
3. Рассчитать ток нагрузки преобразователя при угле управления тиристоров α = 0. Определить расчетные значения токов и напряжений силовых преобразовательных ключей (СПК) и осуществить их выбор.
4. Вычертить функциональную схему системы управления преобразователя с выделением типовых функциональных узлов и блоков, дав их полное название в подписи к схеме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные  данные

 

Схема энергетических цепей  полупроводникового преобразователя  переменного напряжения в переменное – регулятора напряжения.

                                            

                                        VS1

                                                               Z_H

                       a

 

                                                   VS2

                            U_ЛН

                                        VS3                 

                                                               Z_H

                       b 

                                     

                                               VS4                                                    

                                                   

                                       VS5              

                                                                Z_H                                                              

                        c                                    

                                                   

                                               VS6

 

Полная мощность нагрузки преобразователя S₀ = 65 кВ ^.А.

Фазное напряжение питания энергетических цепей преобразователя U_ФН = 80 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение

 

Пункт 1.

 

Схема энергетических цепей регулятора напряжения:

                                            

                                                                                   VS1

                             QS1                                                                                

                                                      FU1                  C1          R1             Z_H

    a

 

                                            

                                                                                       VS2

        ~ 138 B

       

                                                                                    VS3                 

                                                   

                                                      FU2                 C2           R2             Z_H

   b 

80 B                                     

                                                                      

                                                                                       VS4                                                    

                                                   

                                                                                       VS5              

                                                           

                                                       FU3                  C3          R3             Z_H                                                              

   c                                    

                                                   

                                                                                

                                                                                        VS6

Рубильник QS1 применен для коммутации энергетических цепей преобразователя. От сверхтоков короткого замыкания эти цепи защищают быстродействующие предохранители FU_i.

Для защиты тиристоров от перенапряжений и коммутационных помех используется последовательная цепь C_i, R_i.

Регуляторы-стабилизаторы  напряжения переменного тока широко применяются в сфере бытовой  электроники.

 

 

Пункт 2

 

Выходное напряжение регулятора при  угле управления тиристорами α = 0 найдем по формуле:

U₀ = k_U ^. U_ФН,

где k_U – коэффициент, определяемый схемой энергетических цепей регулятора = 1.

ò

U₀ = U_ФН = 80 В.

При активной нагрузке (L_H = 0) диапазон изменения угла α управления СПК для обеспечения регулирования мощности нагрузки от 0 до 100% находим по регулировочным характеристикам для m = 3:

α = 0º … 150º.

При индуктивной нагрузке (L_H = ∞) этот диапазон сужается:

α = 90º … 150º.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пункт 3

 

Ток нагрузки I₀ при угле управления тиристорами α = 0 найдем по формуле:

I₀ = S₀ / m ^. U₀ = 65 ^. 10³ / 3 ^. 80 = 270,8(3) A.

Среднее значение тока через СПК:

I_V = I₀ / k_I,

где k_I – коэффициент, определяемый схемой энергетических цепей регулятора = 2.

ò

I_V = 270,8(3) / 2 = 135,4 A.

Расчетное значение наибольшего обратного  напряжения на СПК:

U_{обр V} = k₀ ^. U₀,

где k₀ – коэффициент, определяемый схемой энергетических цепей регулятора = 1,33.

ò

U_{обр V} = 1,33 ^. 80 =106,4 В.

Номинальный средний ток через  открытый СПК:

I_VH ≥ I_V ^. K_Ф / К_ФН ^. β₀,

где К_ФН = 1,57 – коэффициент формы тока для СПК (однополупериодная выпрямительная схема); К_Ф – коэффициент формы тока фактический = 1,66;  β₀ – коэффициент, учитывающий условия охлаждения СПК = 0,4.

ò

I_VH ≥ 135,4 ^. 1,66 / 1,57 ^. 0,4 = 355,5 A.

Класс СПК по допустимому напряжению:

k ≥ U_{обр V} / 100 = 106,4 / 100 = 1,064

ò

k = 2.

 

 

Выбираем тип и параметры  СПК, результаты этого выбора заносим в таблицу:

Позиционные обозначения СПК на схеме	Количество параллельных СПК	Тип СПК	Класс СПК	Условия охлаждения
VS1	1	T133-400	2	естественное
VS2	1	T133-400	2	естественное
VS3	1	T133-400	2	естественное
VS4	1	T133-400	2	естественное
VS5	1	T133-400	2	естественное
VS6	1	T133-400	2	естественное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пункт 4

 

Функциональная электрическая схема системы управления регулятора:

                                                                                                                           к УЭ

                                                   ЗС                                                                   VS1

U_C              УС                  ГПН                          ПЭ                КУ               УГР

                                                                                                                                      VS2

                      ФСУ                              

Канал А

 

                                                   U_У

                                                                                                                           VS3

U_C

                                                             Канал В                                                     VS4

 

                                                                                                                           VS5

U_C

                                                             Канал С                                                     VS6

 

 

U_C – синхронизирующее напряжение, U_У – напряжение управления.

УС – узел синхронизации;

ФСУ – фазосдвигающее устройство;

ГПН – генератор пилообразного напряжения;

ЗС – звено сравнения;

ПЭ – пороговый элемент;

КУ – ключевой усилительный каскад;

УГР – устройство гальванической развязки;

УЭ – управляющий электрод тиристора.

Список использованной литературы

 

1. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. –  М: Энергоатомиздат, 1992.
2. Шичков Л.П., Людин В.Б. Электротехнологические установки заряда аккумуляторов. –  М: РГАЗУ, 2003.
3. Шичков Л.П., Людин В.Б., Сандрыкин А.В. Силовая преобразовательная техника. // Методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной работы.