Расчет вентильного преобразователя для электропривода постоянного тока

Основные главы по теме:

1. Расчет выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку электрических аппаратов
2. Особенности работы и расчет выпрямителя на емкостной накопитель энергии
3. Определение параметров двигателя постоянного тока независимого возбуждения
4. Расчет выпрямителя с учетом явления коммутации
5. Расчет выпрямителя на активную промышленную нагрузку
6. Эквивалентная схема выпрямителя с учетом явления коммутации
7. Расчет естественных механических и электромеханических характеристик электродвигателей
8. Схема выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой
9. Расчет переходных процессов и нагрузочных диаграмм электропривода
10. Эквивалентная схема трехфазного мостового выпрямителя при работе на активно-емкостную нагрузку

Краткое содержание глав:

Расчет выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку электрических аппаратов

Схема выпрямителя (без потерь напряжения в фазах выпрямителя), значение фазных ЭДС E2 и величина активного сопротивления R0 нагрузки сохранились такими же, как и в разделе 1. Индуктивное сопротивление нагрузки XL = m2·p·ω·L0 на частоте m2·p·ω = m2·p·2π·f1 пульсаций основной гармоники в n = 4 раза больше величины сопротивления R0.
Требуется:
1. Вычертить эквивалентную схему выпрямителя без потерь в фазах выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой.
2. Вычислить среднее значение напряжения U0 и тока I0 нагрузки, коэффициент пульсаций kП(1) на нагрузке, среднее Iср.v и эффективное Iэфф.v значения прямого тока вентиля, действующее значение I2 тока i2 вентильной обмотки преобразовательного трансформатора.

Особенности работы и расчет выпрямителя на емкостной накопитель энергии

Схема выпрямителя, среднее значение выпрямленного напряжения U0 и тока I0 остались такими же, как и в разделе 1, но параллельно с сопротивлением R0 нагрузки включен конденсатор C0. В фазах выпрямления имеются сопротивления активных потерь RП = RТР +p·RДV (RТР – омическое сопротивление обмоток трансформатора, RДV – динамическое сопротивление вентиля), величина которых в k = 11 раз меньше сопротивления нагрузки R0. Коэффициент пульсации kП(1) на нагрузке и частота питающей сети f1 такие же, как в разделе 2.
Требуется:
1. Вычертить эквивалентную схему выпрямителя (с активным сопротивлением потерь в фазах) с активно-емкостной нагрузкой.
2. Вычислить действующие значения фазных ЭДС E2 и тока I2 вентильной обмотки трансформатора; емкость конденсатора C0, среднее Iср.v и эффективное Iэфф.v значения прямого тока вентиля.

Определение параметров двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Коэффициент полезного действия двигателя при номинальной нагрузке определяется по формуле:

Расчет сопротивления обмотки якоря двигателя в нагретом состоянии производится по формуле:

Коэффициент ЭДС двигателя определяется по выражению:

Номинальный электромагнитный момент двигателя соответствующий номинальному току находится по формуле:

Номинальный момент двигателя на валу находится по выражению:

Момент трения на валу электродвигателя определяется по выражению:

3 Расчет естественных механических и электромеханических характеристик электродвигателей

Естественная электромеханическая характеристика ω=f(I) рассчитывается по выражению:

Естественная механическая характеристика ω = f(М) рассчитывается по выражению:

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения линейна, поэтому ее можно построить по двум точкам.
…

Расчет выпрямителя с учетом явления коммутации

Схема выпрямителя, активно-индуктивная нагрузка, значение фазной ЭДС E2, величина тока I0 нагрузки, частота сети f1 остались такими же, как в разделе 2, но преобразовательный трансформатор имеет индуктивность рассеивания LS, за счет которой выпрямленное напряжение U0γ снижается на ℓ = 8% от напряжения идеального выпрямителя.
Требуется:
1. Вычертить эквивалентную схему выпрямителя с коммутационными потерями в фазах выпрямителя при индуктивной реакции нагрузки.
2. Вычислить угол коммутации γ, среднее значение выпрямленного U0γ напряжения, действующее значение тока I2γ вентильной обмотки трансформатора, среднее Iпр.v и эффективное Iэфф.v значения прямого тока вентиля.
3. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый в разделе1) кривые мгновенных значений фазных ЭДС e2, напряжения u0γ на выходе вентильного устройства (отметить уровень U0γ и угол γ), тока i2 вентильной обмотки (отметить уровень I2γ, значение угла γ, и угол проводимости вентиля).
…

Расчет выпрямителя на активную промышленную нагрузку

Рассчитать неуправляемый выпрямитель с активной нагрузкой (без потери напряжения в фазах выпрямителя), если известны среднее значение выпрямленного напряжения и тока: U0 = 126 В, I0 = 90 А.
Требуется:
1. Определить рациональный тип схемы выпрямителя. Вычертить принципиальную и эквивалентную схемы этого выпрямителя.
2. Вычислить частоту fП(1) и коэффициент пульсаций kП(1) выпрямленного напряжения u0 по основной (первой) гармонике; величину сопротивления R0 нагрузки и её мощность P0, среднее Iпр.v и эффективное Iэфф.v значения прямого тока iпр.v вентиля, действующие значения фазных ЭДС E2 и тока I2 вентильных обмоток трансформатора.
3. Вычертить, соблюдая масштаб по оси ординат и по оси абсцисс (-π/2≤ωt≤5π/2), кривые мгновенных значений: фазных ЭДС e2, выпрямленного напряжения u0 (отметить уровень U0) и обратного напряжения uобр.v на вентиле (отметить уровень Umax.
…

Эквивалентная схема выпрямителя с учетом явления коммутации
Эквивалентная схема приведена на рис.4.1.

4.2 Расчет качественных показателей выпрямителя

Вычислим угол коммутации выпрямителя [1,с.26]:
γ = arcos(1-2·ω·Ls·I0/E2m.лин), (4.1)
где E2m.лин – амплитуда межфазного напряжения вентильных обмоток, для трехфазной мостовой схемы E2m.лин = E2m = E2 = 132 В;
LS – индуктивность рассеивания.
Для определения LS воспользуемся уравнением [1,с.26]:
U0γ = U0xx – (RП +ω·LS)·I0, (4.2)
где U0xx = U0 = 126 В; RП = 0.
Для определения U0γ воспользуемся выражением
ℓ %= %. (4.3)
Из выражения (4.3) следует, что
U0γ = U0xx · (1 – ℓ% / 100%). (4.4)
Подставив (4.4) в (4.2) и разрешив относительно LS, получим:
, (4.5)
LS = = 3,7·10-4 Гн или LS = 0,37 мГн.
По выражению (4.1) определяем угол коммутации γ:
γ = arccos(1-2·2·3,14·50·0,00037·90/132) = arccos(0,842) = 32,65 эл. град.
Среднее значение выпрямленного напряжения определяем по формуле (4.
…

Расчет естественных механических и электромеханических характеристик электродвигателей

Естественная электромеханическая характеристика ω=f(I) рассчитывается по выражению:

Естественная механическая характеристика ω = f(М) рассчитывается по выражению:

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения линейна, поэтому ее можно построить по двум точкам. Удобно для этого взять точку идеального холостого хода, когда
угловая скорость вращения якоря равна угловой скорости при холостом ходе , М = 0, и точку номинального режима работы, когда угловая скорость и момент равны номинальным М = Мн .
…

Схема выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой

Эквивалентная схема выпрямителя без потерь в фазах выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой приведена на рис.2.1.

2.2 Расчет качественных показателей выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку

Исходя из того, что индуктивное сопротивление нагрузки XL в n = 4 раза больше величины сопротивления R0, вычислим индуктивность катушки L0 по формуле:
L0 = , (2.1)
где ω – круговая частота, ω = 2π·f1, с-1.
Подставив в (2.1) числовые значения, получим
L0 = = 3·10-3 Гн.
Вычисляем величину выпрямленного действующего значения U0/ по формуле:
U0/ = . (2.2)
Подставив числовые значения в (2.2), получим
U0/ =
Так как среднее значение ЭДС eL индуктивности L0 за период равно нулю, то среднее значение напряжения на выходе фильтра и нагрузке практически одинаковы, т.е. U0 = U0/ = 126 В.
По закону Ома вычисляем значение тока I0 :
I0 = = 90 А.
…

Расчет переходных процессов и нагрузочных диаграмм электропривода

Переходные процессы электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения при линейных статических характеристиках двигателя и производственного механизма рассчитываются по формулам:

Расчет электромеханических постоянных времени для каждой из реостатных характеристик осуществляется в соответствии с формулой

Рассчитаем выражение

Время работы двигателя -й характеристике, при изменении момента в пределах от определяется по формуле:

При расчете переходного процесса для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения момента берется величина ,а расчет ведется до момента .
…

Заключения по теме:

По ходу выполнения курсовой работы сначала был выполнен расчет силовых функциональных элементов электропривода. Вычислены динамические параметры привода и определены регулировочные, построены электромеханические характеристики электропривода. Затем была введена обратная связь по скорости и  была построена замкнутая система управления электроприводом грузоподъемной лебедки на основе двигателя постоянного тока ДПТ с независимым возбуждением БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И. Х. Евзеров, А. С. Горобец М.: Энергоатомиздат, 1982, 411 с. 2. Замятин В. Я. И др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / М.: Радио и связь, 1988, 576 с. 3. Трансформаторы серии ТСП, ТСЗП для питания комплектных тиристорных преобразователей и электроприводов: Каталог 03.34.07 – 84. М.: Информэлектро, 1985, 6 с. 4.Справочник по преобразовательной технике. Под. ред. И.М. Чиженко, К., «Техника»,1978.

Выбрали и рассчитали силовые элементы электрического привода с двигателем постоянного тока; рассчитали и построили нагрузочные диаграммы и тахограммы, статические и динамические характеристики, кривые переходного процесса и проверили двигатель по нагреву. Срок службы машин электропривода зависит от температур, при которых они работают. Если температура машины во время работы чрезмерно повышается, это может вызвать повреждение изоляции, следовательно необходимо определить оптимальную температуру окружающей среды. Во время работы электрических двигателей возможны различные нарушения нормального режима работы. В этом случае во избежание порчи изоляции двигателя и нарушения целости обмоток и электрических соединений двигатели должны иметь защитные устройства, обеспечивающие своевременное отключение их от сети. Выбрали двигатель: Д808К Выбрали ящики сопротивлений по наибольшему току: ИРАК 434332 и ЯС-100. СПИСОК ИЗПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

В данном курсовом проекте рассмотрены особенности работы неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя при включении его на различную нагрузку, произведен расчет основных параметров выпрямителя, построены кривые мгновенных значений напряжений и токов, графически поясняющие процессы, происходящие при работе схемы. Также в курсовом проекте приведены результаты математического моделирования трехфазной мостовой схемы выпрямителя в программе Multisim, произведен анализ полученных результатов и их сравнение с расчетными. Список использованных источников 1. Кузнецов Е.М. Расчет и моделирование электропитающих устройств для промышленных установок.: Учебное пособие.– Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000 г. 2. Диоды: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 336 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1158).

1. Для питания нагрузки с заданными параметрами и характеристикой сети принимается вентильный комплект, построенный на вентилях типа КД204В. 2. Для обеспечения заданного уровня пульсации выпрямленного напряжения используется LC-фильтр с емкостью 2701*10^-6 Ф и индуктивностью 0.006 Гн. 3. Внешняя характеристика выпрямителя имеет неудовлетворительный наклон (21.6%). На начальном участке характеристика круто спадает ( на 4 В) за счет прямого падения 4. напряжения на 2 вентилях. При дальнейшем увеличении нагрузки наклон характеристики меньше, чем у нулевого выпрямителя. Задание №2 «Расчет элементов выпрямителя с С-фильтром» Исходные данные: Uн=16.5 B (напряжение нагрузки); Iн=2.8 A (ток нагрузки); q2=0.1 (допустимый коэффициент пульсации выпрямленного напряжения); Схема выпрямителя- однофазная мостовая Характеристика сети питания : Однофазная напряжение U1=127 B; Частота f=50 Гц; Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк=5%. Решение: