Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Курсовая работа: 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 Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, 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.).


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

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 Rd 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 ua , подаване до анода вентиля 1, а найбільше негативне значення – напруга ub, що підводиться до катода вентиля 6. Отже, у цьому проміжку одночасно включені вентилі 1 і 6. Через вентиль 1 позитивна напруга ua підводить до нижнього затискача, а через вентиль 6 негативна напруга ub підводить до верхнього затискача опору Rd. Тому випрямлене напруга ud = ua- ub


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

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


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


ud = ua- uc.


Очевидно, що амплітуда випрямленої напруги:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


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


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


Число пульсацій випрямленої напруги m=6.

Постійна складова випрямленої напруги (середнє значення) обчислюється для інтервалу повторюваності випрямленої напруги, рівного Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча . (1)


де Е2 – діюче значення фазної напруги вторинних обмоток трансформатора.

Діюче значення струму вторинної обмотки (вісь 6):

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча . (2)


Діюче значення струму первинної обмотки:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча . (3)


Максимальне значення струму вентиля:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча . (4)


Середнє значення струму вентиля:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча . (5)


Діюче значення струму вентиля:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча. (6)


Нехай кут керування Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча. 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 ud залишається вище нуля, що відповідає діапазону зміни кута керування Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, випрямлений струм id буде безперервним поза залежністю від характеру навантаження. Тому при кутах Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча середнє значення випрямленої напруги для активного й активно-індуктивного навантаження буде дорівнює


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча. (7)


При кутах Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча і активному навантаженні в напрузі ud і струмі id 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:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,(8)


де


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис.1.3. Діаграми струмів і напруг при кутах Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


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


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис.1.4. Діаграми напруг при кутах Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча і Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


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


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


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


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

При Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча середнє значення Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча 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 Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча при активному навантаженні регулювальна характеристика описується формулою (крива 1 на рис.2.5):


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

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 id при різних значеннях Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Приймемо індуктивність Ld настільки великий, що струм навантаження id 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:

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, а кут природного включення вентилів при Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча становить Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Струм через навантаження визначається диференціальним рівнянням


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча (9)


Загальний інтеграл рішення рівняння (9)


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча (10)


де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча- кут навантаження; Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча- постійна часу ланцюга навантаження; Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча– 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


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


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.

1.2 Система керування


Система керування (СУ) випрямляча призначена для формування керуючих імпульсів необхідної амплітуди й тривалості; для твердої синхронізації їх з напівперіодами фазних напруг; для розподілу керуючих імпульсів по трьох каналах, відповідно до числа фаз випрямляча; для стабілізації вихідної напруги шляхом автоматичної зміни кута керування α при впливі дестабілізуючих факторів.

Принципова схема, шестиканальної системи керування, у якій реалізований метод ШІМ-1, наведена на рис.1.6. Схема побудована при використанні операційних підсилювачів загального призначення.

Синусоїдальна напруга фази А, що знімається c додаткової (синхронізуючої) обмотки силового трансформатора TV1, надходить на вхід синхронізатора, зібраного за схемою симетричного двостороннього обмежника напруги на діодах VD1, VD2. Через нелінійність вольтамперных характеристик діодів на виході синхронізатора формується трапецеїдальна напруга з амплітудою Uогр, рівної спаданню напруги на відкритому діоді й тривалістю фронту ωtф . Прямий струм через діоди обмежується резисторами R1, R2.

З виходу обмежника трапецеїдальний сигнал надходить на вхід операційного підсилювача DA1 з метою збільшення крутості фронтів і наданні напрузі прямокутної форми з амплітудою Uп .

Дана напруга призначена керування польовим транзистором VТ1. Для того щоб час відкритого стану транзистора було багато менше періоду СУ включає RC- ланцюжок, що складається з C1 і R3.

Під час відкритого стану транзистора VТ1 відбувається заряджання конденсатора С2 до вихідної напруги підсилювача зворотного зв'язка (ПЗЗ), зібраного на мікросхемі DA4.

Розряджається конденсатор постійним струмом. Джерело струму складається з ОУ DA2, резисторів R4, R5, R6 і транзистора VТ2.

Напруга конденсатора С2 надходить на вхід, що інвертує, компаратора DA3 і рівняється з порівняльним значенням. Доти поки на конденсаторі буде напруга на виході компаратора буде 0. Дана напруга відображає кут регулювання.

Позитивний імпульс вихідної напруги компаратора через обмежуючий резистор R7 надходить у ланцюг бази транзистора VТ3, що виконує функцію вихідного підсилювача потужності. При відмиканні транзистора в його колекторному ланцюзі протікає імпульс керуючого струму з амплітудою Iу0 , під дією якого світлодіод оптрона випромінює світловий імпульс і переводить силовий тиристор фази А у включений стан. Для обмеження амплітуди керуючого струмі включається резистор R9. В інтервалі часу, коли вихідна напруга компаратора негативно, транзистор VT3 закритий.

Стабілізація вихідної напруги здійснюється ланцюгом зворотного зв'язка, що складає з вимірювального елемента, джерела опорного (еталонного) напружена й підсилювача зворотного зв'язка. Функцію вимірювального елемента в схемі виконує дільник напруги R14, R15, R16, підключений до вихідних клем випрямляча. Частина вихідної напруги, що знімається з нижнього плеча дільника, рівняється з еталонною напругою опорного стабілітрона VD3 .

Необхідний струм стабілізації встановлюється резистором R17. Різниця між вихідною й еталонною напругою підсилюється підсилювачем зворотного зв'язка (мікросхема DA4) надходить через транзистор VТ1 на конденсатор С2, а також на входи компараторів каналів формування імпульсів фаз B і С.

Необхідний коефіцієнт підсилення ПЗЗ установлюється резисторами R11, R12. При зміні напруги на навантаженні під дією дестабілізуючих факторів, наприклад при його збільшенні, напруга на не вході, що інвертує, ПЗЗ зростає. Це приведе до збільшення напруги на його виході, внаслідок чого конденсатор С2 буде довше розряджатися, тобто кут α буде зростати. У результаті вихідна напруга зменшиться майже до первісної. При зменшенні напруги на навантаженні (наприклад, внаслідок зменшення напруги в мережі або збільшення струму навантаження) напруга на виході ПЗЗ зростає й кут керування α зменшується.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис.1.6.


2. Розрахунок силової частини


Трифазна схема Ларіонова зображена на рис. 2.1.

Вихідні дані:

f =50 Гц;

UC =220 B;

δUC = +/-10% B;

UH =36 B;

δUH= +/-1% B;

ΔUH= +/-10% B;

Кп = 2%;

Рн = 2000 Вт;

Рн хв = 200 Вт.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис. 2.1.


Розрахунок граничних значень випрямленої напруги й мережного:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB.


Розрахунок діапазону регулювання випрямляча:

Дана схема трифазного випрямляча буде працювати в режимі безперервного струму навантаження й позитивного выпрямленного напруги, при цьому кут регулювання змінюється в межах Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Регулювальна характеристика описується вираженням:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


Задаємося мінімальним кутом регулювання Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Визначаємо Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча при Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча й Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB.


Коефіцієнти зміни живлячої напруги (Е1=UC):


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Номінальна й максимальна фазна напруга на вторинній обмотці:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаB;


Максимальний кут регулювання Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Діапазон регулювання Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Розрахунок і підбор вентилів:

Середній струм тиристорів випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА;


Діюче значення струму тиристорів:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча А;


Зворотна напруга на вентилях випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча В.


Тиристори: ТЕ 132-40-3 з параметрами: максимальний середній струм Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА; струм керування Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячамА; максимальний струм керування Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА; максимальна зворотна напруга Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаВ; максимальне спадання напруги у відкритому стані Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаВ; діапазон робочої температури Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаС.

Розрахунок LC- фільтра.

Для розрахунку фільтра необхідно знайти значення коефіцієнта пульсацій по першої гармоніки:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Де mn= 1-1- число пульсацій, q = 1-1- № гармоніки.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Розрахуємо значення індуктивності L:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Добутку LC:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча; де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Розрахунок значення ємності конденсатора З:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Вибираємо електролітичний конденсатор фірми Panasonic ECOSIAA394DA.

Розрахунок дроселя L:

Початкові умови:

L= 160 мкГн;

f= 300 Гц;

Ід=62А;

Сердечник стрічковий броньового типу. Магнітопровід зі сталі З423 з товщиною стрічки 0,15мм. Індукція Вm = про,9 Тл.

Розрахунок ведемо за методикою, викладеної в книзі Мелешина В.И. "Транзисторна перетворювальна техніка". З таблиці для даного типу сердечника й магнітопроводу записуємо значення Kj = 366 А/див2 і в = -0,12.

Діюча напруга на обмотці:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаВ;


Добуток ScSo при коефіцієнті заповнення вікна Ки = 0,4:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячасм4;


З довідника вибирається сердечник ШЛ 12*25 з параметрами:

а = 12, в = 25, з=12, h = 30 мм, So = 3,6 див2 , ScSo = 10,8 див4 , lc = 10,2 див, активний перетин сердечника ScKc =2,42 див2, ScKcSo = 8,712 див4.

Число витків дроселя:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Знаходження повітряного зазору:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячамм.


Коефіцієнт витріщання магнітного потоку в зазорі:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Уточнення необхідного числа витків:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Визначення щільність струму:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА/мм2.


Розрахунок перетину проведення:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячамм2.


Вибираємо проведення ПЭТВ перетином 2,217 мм2 і з питомим опором 0,00791.

Розрахунок опору дроселя:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаОм.


Розрахунок трансформатора.

Коефіцієнт трансформації:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Габаритна потужність трансформатора:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаВА.


Тип магнітопроводу: ТЛ25х40.

Активний опір трансформатора Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча й індуктивність розсіювання Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча обмоток трансформатора:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча— щільність струму в обмотках трансформатора, А/мм2;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча — амплітуда магнітної індукції, Т.

Визначаємо Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча : Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча А/мм2, Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаТ.

Визначаємо Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаОм;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаГн.


Визначимо Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаОм.


Визначимо Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаОм.


Максимальне значення струмів первинної й вторинної обмоток трансформатора:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаА.


3. Розрахунок системи керування


Напругу Uac обираємо рівною 10В. Для того, щоб струм на вході операційного підсилювача був 10мА обираємо резистори R1, R2 по 0,5 кОм кожний. Діоди вибираємо ВА607, що відповідають схемному рішенню. Операційний підсилювач обираємо МС34063.

Розрахунок RC-ланки:

Час імпульсу встановлюємо 10мкс, номінал резистора Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча=5кОм, тоді ємність конденсатора обчислюється:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячанФ.


Польовий транзистор VT1 вибираємо IRML2402.

Конденсатор С2 повинен розрядитись за 0,47 мс струмом джерела струму в 0,1 мА визначається за формулою:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячанФ.


Розрахунок резисторів R4 ,R5 ,R6:

Обираємо напругу на резисторі R4 рівною 1 В, Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячакОмж

Обираємо напругу на резисторі R6 рівною 1 В, опір R6 = 1 кОм, тоді R5= 1 1кОм.

Розрахунок резисторів R7 ,R8:

Резистори R7 ,R8 повинні забезпечити рівень компорирування на половини напруги живлення, їх номінали однакові, по 10кОм.

Розрахунок підсилювача на біполярному транзисторі VT3:

Біполярний транзистор VT3 вибираємо ВС848.

Резистор


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаОм;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячакОм.


Розрахунок підсилювача сигналу помилки:

Коефіцієнт підсилення обираємо рівним 20.

R11= 100 кОм, R12 = 20* R11=2 МОм, R13= R11= 100 кОм

Розрахунок формувача опорної напруги:

Напруга на R16:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Задаємося Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаВ, R16= 5 кОм, тоді R14= 31 кОм, а R15= 0,1R16= 500 Ом,


Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаОм.


Конденсатор С3 обираємо 0,22 мкФ.

Діаграми роботи системи керування (для одного вентиля) зображено на рис. 3.1.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис. 3.1.


4. Моделювання перехідного процесу


Для моделювання процесів в схемі, ми маємо скласти диференційні рівняння, що описують роботу схеми. Перед тим як скласти систему рівнянь необхідно зобразити схему заміщення і обумовити спрощення моделей елементів. Всі ветилі мають однакові параметри та однаковий опір у відкритому стані, дросель замінюється індуктивністю та послідовно під’єднаним опором, напруга на всіх обмотках трансформатора однакова, лише зміщена по фазі, враховується опір обмоток, опір конденсатора не враховуємо.

Схема заміщення зображена на рис.4.1.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис.4.1.


Оскільки форма напруги періодична то достатньо дослідити лише два відрізки часу коли відкритими є два вентильних елемента протягом Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча. Періодом Т будемо вважати сусідні моменти природної комутації. Кут керування обираємо номінальний Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча. Для зручності перейдемо в області часу, кут Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча замінимо на Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячас и в радіани Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Протягом періоду Т структура схеми заміщення не міняється, змінюється лише напруга U.

Система диференційних рівнянь має наступній вигляд:

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


В залежності від інтервалу напруга U буде рівною:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Отриману систему рівнянь використаємо при моделюванні перехідних процесів у схемі. Моделювання будемо здійснювати за допомогою програми MathLab 7.5. Блок-схема програми моделювання перехідних процесів у схемі наведено у Додатку №1.

В результаті моделювання були отримані графіки струму індуктивності, напруги на ємності, випрямленої напруги та основних напруг системи керування: ГПН та сигналу помилки.

Графік перехідного процесу показано на рис. 4.2.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис. 4.2.


Більш детально графіки в момент пуску та для усталеного режиму показано на рис. 4.3 та 4.4 відповідно.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис. 4.3.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Рис. 4.4.


5. Дослідження стійкості


Дослідження стійкості будь-якої системи можна розбити на етапи:

Складання рівнянь на окремих інтервалах роботи;

Об’єднання отриманих рівнянь;

Лінеаризація рівнянь відносно однієї із змінних стану;

Знаходження розв’язку усталеного режиму;

Дослідження стійкості по характеристичному рівнянню.

Рівняння для кожного інтервалу роботи схеми ми знайшли в попередньому пункті, при досліджені перехідного процесу:

Для зручності написання систем об’єднаємо послідовно підключені опори Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча Ом.


1. Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

2. Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Систему керування можна описати наступною системою рівнянь:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,


де, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча - сигнал помилки, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча - вихідна напруга, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча - опорна напруга, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча - сигнал зворотнього зв’язку, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча - коефіцієнт підсилення , Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча - функція, що приймає значення 1 при високому рівні на виході СК, а 0 – при низькому.

Використаємо Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча для того, щоб об’єднати системи рівнянь для двох інтервалів роботи схеми.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Представимо отриману систему рівнянь у матричній формі:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,


де


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Лінеаризуємо отриману систему в "малому". Знайдем диференціали по змінним стану від правої і лівої частин системи. Ввівши позначення Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, отримаємо рівняння


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,

де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Оскільки матриця Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча не залежить від змінних стану Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячата Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, то Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,


де Розрахунок трьохфазного мостового випрямлячаРозрахунок трьохфазного мостового випрямляча-функція Дірака.

Використаємо наступну властивість Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча-функції


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


оскільки Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, то можемо записати:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Використовуючи властивість Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча-функції Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, визначимо значення добутку:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Оскільки


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

то Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,


де матриця S має вигляд:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Визначимо матриці А1 та А2:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Знайдемо розв’язок рівняння на інтервалі постоянства структури з використанням неперервного перетворення Лапласа на інтервалі Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Застосуємо неперервне перетворення Лапласа до лівої і правої частини рівняня:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Рішаючи отримане матричне рівняння отримаємо:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча – зворотня матриця;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Для переходу в часову область використаємо зворотнє перетворення Лапласа, в результаті чого отримаємо:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,

де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Знайдемо розв’язок рівняння на інтервалі постоянства структури з використанням неперервного перетворення Лапласа на інтервалі Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Застосуємо неперервне перетворення Лапласа до лівої і правої частини рівняня:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Рішаючи отримане матричне рівняння отримаємо:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,


де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча – зворотня матриця.

Для переходу в часову область використаємо зворотнє перетворення Лапласа, в результаті чого отримаємо:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Підставимо в рівняння для інтервалу Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча значення часу Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, а в рівняння для інтервалу Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча – значення часу Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, після чого підставимо перше рівння у друге:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Отримане рівняння визначає стійкість у "малому" початкової нелінійної системи в околі установившогося режиму Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.

Застосуємо дискретне перетворення Лапласа до отриманого рівняння:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,


де Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча – дискретне зображення Лапласа Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча; Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча – початкове значення вектору Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча: Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча. Перетворивши отримане рівняння отримаємо:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


В результаті відкриття визначника Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча, знаходимо характеристичний многочлен:


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Зробимо заміну змінних Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча;

Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча,Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча.


Корені даного рівняння знаходяться в середині кола одиничного радіуса і тому можна зробити висновок, що дана схема являється стійкою.


6. Висновки


У даній курсовій роботі був виконаний розрахунок перехідного процесу, що виникає при включенні пристрою, і стійкості в "малому" сталому режимі, на прикладі трьохфазного мостового випрямляча із ШІМ першого роду. При виконанні курсової роботи була спроектована принципова схема пристрою. Схему такого випрямляча можна віднести до схем зі постійною структурою й аналізувати неї на інтервалах роботи, де змінюється напруга.. Для розрахунку перехідного процесу були складені диференціальні рівняння й по них побудовані графіки, елементи силової частини при цьому замінялися їхніми ідеалізованими моделями. Також був проведений розрахунок стійкості системи, що показав, що дана система є стійкою.


7. Література


1. Г.С. Найвельт и др. "Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник". М.: Радио и связь, 1985

2. Перетворювальна техніка. Частина 1: Підручник./ В. С. Руденко, В. Я. Ромашко, В. Г. Морозов. – К.: ІСДО, 1996.– 262 с.

3. Замкнутые системы преобразования электрической энергии. Под ред. Д-ра техн. наук В.Я. Жуйкова. – Киев, "Техника", 1989.

4. Методические указания к курсовой работе по курсу "Преобразовательная техника" для студентов специальности "Промышленная электроника" всех форм обучения. Сост.: В. С. Руденко, В. Г. Морозов, В. Я. Ромашко. – Киев: КПИ, 1984. – 56с.


Додаток 1.


Розрахунок трьохфазного мостового випрямляча


Додаток 2.


function main;

Rv1=37*10^(-3);

Rv2=Rv1;

Rdr=80*10^(-3);

Rd=0.648;

Ld=160*10^(-6);

C=39*10^(-3);

E=20*sqrt(6);

U0=0;

I0=0;

t=0;

K=-3500;

U_start=0;

Kfb=20;

Pi=3.1415;

L=Pi/7;

s=0;

Z=0;

Y=[0, 0];

t=0;

PhaseShift=2*Pi/3;

Ufb=0;

Uref=5;

D=0;

Dx=0;

Dt=0;

Dtx=0;


Ufb=0;

O=0;

P=0;

w=2*Pi*300;

for f=1:100

s=0;

Z=0;

Dtx=0;

Dx=0;

U_start=(Y(end,2)*5/36-Uref)*Kfb;

if (U_start<0)

U_start=0;

end

Dtx(1)=0;

Dtx(2)=-U_start/K;

if (Dtx(2)>((Pi/3)/w))

Dtx(2)=(Pi/3)/w;

end

Dx(1)=U_start;

Dx(2)=K*Dtx(2)+U_start;

Y0=[Y(end,1),Y(end,2)];

[s,Z]=ode113(@F_first, [0 (Dtx(2)+10^-8)], Y0);

s=s+t(length(t));

Y=[Y;Z];

t=[t;s];

n=0;

Ox=0;

Px=0;

for x=0:0.000001:Dtx(2)+10^-8

n=n+1;

Ox(n)=E*sin(w*x+PhaseShift);

Px(n)=x;

end

Px=Px+P(length(P));

P=[P, Px];

O=[O, Ox];

PhaseShift=PhaseShift-Pi/3;

PhaseShift=PhaseShift+(Dtx(2)+10^-8)*w;

Dtx(3)=(Pi/3)/w;

Dx(3)=0;

s=0;

Z=0;

Y0=[Y(end,1),Y(end,2)];

[s,Z]=ode113(@F_first, [0 (Dtx(3)-Dtx(2))+10^-8], Y0);

s=s+t(length(t));

Y=[Y;Z];

t=[t;s];

n=0;

Ox=0;

Px=0;

for x=0:0.000001:(Dtx(3)-Dtx(2))

n=n+1;

Ox(n)=E*sin(w*x+PhaseShift);

Px(n)=x;

end

Px=Px+P(length(P));

P=[P, Px];

O=[O, Ox];

PhaseShift=PhaseShift+(Dtx(3)-Dtx(2))*w;

Dtx=Dtx+Dt(length(Dt));

D=[D, Dx];

Dt=[Dt, Dtx];

end

for x=1:length(t)

Ufb(x)=(Y(x, 2)*5/36-Uref)*Kfb;

if (Ufb(x)<0)

Ufb(x)=0;

end

end

I=Y;

I(:, 2)=[];

subplot(4,1,1);

plot(t,I);

xlabel('t(s)');

ylabel('I(A)');

title('Inductor Current (A)');

hold on;

I=Y;

I(:, 1)=[];

subplot(4,1,2);

plot(t,I);

title('Output Voltage (V)');

xlabel('t(s)');

ylabel('U(V)');

subplot(4,1,3);

plot(P,O);

xlabel('t(s)');

ylabel('U(V)');

title('Secondary Winding Voltage (V)');

subplot(4,1,4);

plot(t,Ufb);

hold on;

plot(Dt, D);

title('Ufb (V)');

xlabel('t(s)');

ylabel('U(V)');

function G = F_first(t, y)

Ud=E*sin(w*t+PhaseShift);

G=[-1/Ld*(-Ud+y(1)*(Rv1+Rv2+Rdr)+y(2)); 1/C*(y(1)-y(2)/Rd)];

end

end

Похожие работы:

  1. • Розрахунок керованого випрямляча за схемою з нульовим ...
  2. • Опис принципу роботи схем цифрового годинника
  3. • Потужне інверторне джерело живлення
  4. • Принципи побудови кнопкових телефонних апаратів
  5. • Обґрунтування й вибір функціональної схеми пристрою
  6. • Транзисторний перетворювач з дроселем в первинному ...
  7. • Модернізація апарату для ультразвукової терапії ...
  8. • Побудова і принцип роботи телефонних апаратів
  9. • Розробка інвертора напруги для апаратури зв'язку
  10. • Мета, завдання і зміст дисципліни "Електропостачання ...
  11. • Електромережі та електрообладнання
  12. • Діагностування частотнопараметрованих пристроїв
  13. • Технологія монтажу, ремонту та правила технічного ...
  14. • Розв"язання задач створення системи оперативного ...
  15. • Силові IGBT і MOSFET транзистори
  16. • Енергозбереження в електроприводах насосних агрегатів ...
  17. • Модернізація системи кеування електроприводом ...
  18. • Основні засади інноваційного розвитку
  19. • Будова генератора
Рефетека ру refoteka@gmail.com