Введение
Постоянный ток используют в транспорте, в электрохимии, в электроприводах и т.д. Такой вид потребления электрической энергии составляет 25% от мощности потребляемого переменного тока.
В технике всегда возникает необходимость плавного регулирования скорости вращения механических устройств или изменения потребляемой мощности:
- регулирование освещения в помещениях,
- вариация скоростью вращения швейных машин,
- программное изменение скорости вращения металлообрабатывающих центров и т.п.
Выпрямители предназначены для питания электрических устройств, принцип работы которых основан на использовании источников постоянного тока. К таким устройствам относятся все радиотехнические устройства связи промышленного и бытового назначения, электропитание автономных передвижных механизмов, промышленных установок гальваностегии, гальванопластики, электролиза и многое другое.
Кроме выпрямителей в настоящее время существует большой класс инверторов, которые преобразуют источник тока в ток переменной частоты. Хотя ранее эта проблема была связана с накоплением энергии от сети переменного тока в источник хранения энергии постоянного тока, и в часы пиковой нагрузки эта энергия перекачивается в сеть переменного тока. Такие устройства получили название инвертора ведомого сетью.
Использование полупроводниковых приборов позволило:
- уменьшить вес преобразователей в 3..7 раз ( дало возможность обходится без подъемных устройств перемещения или установки преобразователей),
- увеличить КПД в среднем на 10..40%;
- отказаться от сложного водяного или масляного охлаждение вентилей;
- получить большую экономию электроэнергии.
Так внедрение силовых полупроводников в систему управления насосами и компрессорами дало экономию энергии на 30%, в транспорте 20..30%, в приводах производств, производящих бумагу, 14 % и т.д. Полупроводниковая силовая техника позволила:
- создать безинерционные преобразователи,
- увеличила долговечность устройств в несколько раз,
- повысила надежность установок,
- позволила создавать преобразователи для необычайно широкого диапазона преобразователей по мощности. Так в бытовой техники преобразователи имеют мощность от 100 Вт, а в промышленности до нескольких мегаватт.
В настоящее время полупроводниковые преобразователи обслуживают:
- бытовую технику,
- технику сферы обслуживания населения,
- насосные станции водоснабжения и электростанций,
- мельницы по переработки зерна,
- цементные заводы, электротранспорт,
- текстильную промышленность, центры проката металла, где потребляется мощность от 20 до 40 МВт (порядка 3000 электродвигателей),
- уменьшить стоимость преобразователя по сравнению с преобразователями на ртутных вентилях.
Это позволяет сделать вывод ,что за полупроводниковой техникой будущее.
1. Задание по курсовой работе.
Зачётная книжка № 050198.
В курсовой работе имеется пять заданий, посвященных различным электронным устройствам. В задании 1 необходимо привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей. В задании 2 необходимо привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. В задании 3 необходимо описать принципа работы преобразователя малой и большой мощности. В задании 4 необходимо объяснить принцип инвертирования тока и напряжения. Показать схему электрическую принципиальную инвертора и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы. Описать принцип работы данного преобразователя. В задании5 необходимо изобразить блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
Задание выбираем по последней цифре 8. Если вариантов больше 10, то по сумме двух последних цифр номера своей зачетной книжки. Мой номер 050198. Сложим цифры 9 + 8=17. Это и есть номер варианта во 2 задании, в остальных №8.
2. Задание 1. Привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей.
Решение
Рисунок 2.1. Структурная схема классификации преобразователей электрической энергии.
- регулируемее величины U, I, f, расположенные в верхней части блоков, расположенных снизу рисунка.
- к способу коммутации относятся параметры, расположенные в нижней части блоков в этой же группе блоков. Эти параметры означают следующее:
U1 - коммутация напряжением питающей сети (преобразователи ведомые сетью),
U2 - коммутация напряжением приемной цепи (преобразователи ведомые напряжением нагрузки),
S - принудительная коммутация от внешнего источника.
Нерегулируемый выпрямитель не имеет регулируемой величины. Коммутация вентилей осуществляется под действие напряжения сети переменного тока. Собирают выпрямитель на диодах .
Выпрямитель управляемый полностью повторяет принцип работы неуправляемого выпрямителя этой же конфигурации. Особенность работы только в том, что система управления вентилями позволяет менять время включения тиристоров или транзисторов, используемых в качестве управляемых вентилей. Каждый вентиль включается с запаздыванием по фазе на угол α. Ток в нагрузке всегда прерывистый и несинусоидальный. Вентиль выбирается точно так же, как для неуправляемого выпрямителя, но учитывается прямой скачек напряжения на открывающемся вентиле. Собирают силовую часть выпрямителя, на тиристорах или транзисторах .
Инвертор это преобразователь постоянного тока в переменный промышленной частоты или иной частоты. Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания. Вентильный инвертор всегда работает с источником постоянного напряжения, который подключается к схеме так, чтобы он на анодах вентилей создавал положительное напряжение. Инвертор в принципе не может работать на неуправляемых вентилях. Вентиль инвертора всегда следует открывать с опережением для того, что он не перешел в режим опрокидывания. Инверторы однофазного тока сильно меняют форму сетевого напряжения. Этот недостаток в меньшей степени проявляется в трехфазных инверторах, ведомых сетью. Отключение напряжения сети от ведомого сетью инвертора недопустимо потому, что он немедля переходит в аварийный режим работы. Ток, поступающий в сеть переменного тока, как и при однофазном инвертировании не синусоидален.
3. Задание 2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока
Привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. Из таблицы 1 для варианта 17 находим, Е0= 18 В; UH = 8В; Iн=12мА.
Решение
3.1. Выбираем стабилитрон с учетом следующего. Так как стабилитрон и нагрузка включают параллельно, то по справочнику выбираем стабилитрон 2СМ 180А с напряжением стабилизации 8В ± 5% , минимальный ток стабилизации 3 мА, максимальный ток стабилизации 15 мА. Вычисляем среднее значение напряжения стабилизации Uct = (7,6 + 8,4)/2 = 8,0 В. Вычисляем средний ток стабилитрона I ст = (Iмин + Iмакс)/2 = (3 + 15)/2 = 9 мА. Вычисляем ток, потребляемый от источника питания I = Iн + I ст = 12+ 9 =21 мА.
3.2. Вычисляем величину балластного сопротивления Rб. Для чего чертим схему параметрического стабилизатора (Рисунок. 3.1) и записываем уравнение по второму закону Кирхгофа
Е0 = I* Rб + Uст → Rб =( Е0 - Uст )/ I =(18-8)/0,021=476 Ом
Вычисляем мощность рассеяния резистора Pн = I*U6 =21*(18 - 8,0) =0,21Вт. выбираем по справочнику стандартное значение с учетом допустимой мощности рассеяния резистора МЛТ-0,25 470 Ом ±5%.
 |
|
3.4. Определяем дифференциальное сопротивление стабилитрона и коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения
Для правильного определения дифференциального сопротивления стабилитрона нужно через рабочую точку А стабилитрона провести касательную, взят ее отрезок и, как на гипотенузе, построить прямоугольный треугольник. Далее определить катеты этого треугольника и взять отношение катета по напряжению. К катету по току. Это и будет дифференциальное сопротивление стабилитрона. К сожалению, графически для стабилитрона этот метод не приемлем потому, что хорошие стабилитроны имеют очень небольшой наклон рабочего участка стабилитрона. Потому предлагаем использовать справочник [9], где дается дифференциальное сопротивление. Для нашего стабилитрона оно равно Ri = 180 Ом.
Е - постоянное напряжение источника питания; ±Δ Е - абсолютное изменение напряжения источника питания в течение суток; А - точка решения задачи, для которой ток Iо является решением уравнения составленного по второму закону Кирхгофа; Imin - минимальный ток стабилизации; Imax - максимальный ток стабилизации.
Этот коэффициент показывает, во сколько раз относительные изменения не стабилизированного входного напряжения больше относительного изменения стабилизированного выходного напряжения:
Δ Е= Еmax - Еmin=25-11=14В Δ UCT=U max - U min=8.4-7.6=0.8В
Кст=(ΔЕ/E)/( Δ UCT/ UCT)=(14/8)/(0,8/8)=7,7
4. Задание 3. Выпрямители переменного тока
По таблице выбираем для варианта № 8 схему трёхфазного выпрямителя малой мощности, собранной по мостовой схеме.
Решение
4.1. Блок - схема выпрямителя. Рисунок 4.1.
Тр - трансформатор(Tp1). Он понижает или повышает напряжение U1 до величины U2, если это необходимо для практики.
ВП - вентильный преобразователь(VD1-VD6), преобразующий напряжение (ток) переменное U2 в напряжение (ток) однополярное U3.
Ф - фильтр (R1-C1), пропускающий в нагрузку (Rн) постоянную оставляющую тока, и не пропускающий всевозможные гармоники. При этом напряжение в нагрузке U4 становится постоянным с небольшими пульсациями.
4.2. Схема электрическая принципиальная выпрямителя. Рисунок 4.2.
 |
 |
Диаграммы напряжений. Рисунок 4.3.
 |
|
1 3 5 |
|
6 2 4 6 |
|
4.3. Описание принципа работы
преобразователя
.
Обмотки трансформатора соединены по способу «Звезда». К каждой фазе подключены два диода относительно фазных напряжений включенных встречно. Так диод VD1 подключен к фазе А анодом и, следовательно, будет открываться при положительной полуволне фазы А. Диод VD4 подключен к фазе А катодом и, следовательно, откроется только при отрицательной полуволне фазного напряжения Еа. Таким образом, нечетные диоды представляют собой схему однополупериодного трехфазного выпрямителя, диоды которого открываются при положительном напряжении на их анодах
Четная группа вентилей тоже по конфигурации напоминает схему однополупериодного трехфазного выпрямителя. Однако диоды открываются при наибольшем по величине, но отрицательном по знаку фазном напряжении.
На рис. 4.3. приведена схема последовательности работы вентилей мостового трехфазного выпрямителя.
Каждый диод находится в открытом
состояние в течение времени 
.
В схеме выпрямителя всегда открыты два вентиля, один в анодной и один в катодной группе. Напряжение и ток на выходе выпрямителя непрерывны, но пульсирующие. Число пульсаций за период равно шести.
Выпрямленное напряжение определяется линейным напряжением сети переменного тока.
В Г - образном фильтре рис. 4.3. используются R-C элементы, которые применяют для питания электронных устройств малой мощности. В мощных выпрямителях применяют П - образный L-C фильтр , вместо R1 применяют индуктивность и дополнительную ёмкость С 2 ( на рис. 4.3 обозначена пунктирной линией) .
Для более мощного выпрямителя необходимо увеличить мощность трансформатора, вентилей, фильтра. Принципиальных отличий у него нет. Если особых требований к коэффициенту пульсаций не предъявляется, то L-C фильтр можно исключить.
5. Задание 4. Инверторы
Из таблицы выбираем для варианта № 8 трехфазную мостовую схему инвертора, автономного.
Решение
5.1. Автономный инвертор является преобразователем постоянного тока в переменный ток, и его работа определяется системой управления. Они применяются в том случае, если основным источником питания является солнечная батарея, аккумулятор и т.п.
Рисунок 5.1. Рисунок 5.2.
В схеме, представленной на рис. 5.1 ток протекает по нагрузке с лева направо (если выполняется неравенство Е1>Е2 или существует иная причина). Тогда для схемы справедливы уравнения
E1-E2 = I×R
I(E1-E2) = I2-R
P1-P2 = I2-R
Из уравнения (5.1) ясно, что мощность черпается от источника Е1 тогда, когда ток протекает по часовой стрелке. Если ток в цепи будет протекать против часовой стрелке (если Е2>Е1 либо по иной причине), то в сеть энергию будет отдавать генератор Е2:P2-P1 = I2-R
Таким образом, направление передачи энергии зависит от направления протекания тока в цепи.
Для рис.5.2 тоже очевидно, что при заданном направлении тока энергию в сеть отдает источник Е2, а источник Е1 накапливает энергию (зарядка аккумулятора). Инвертирование в этой схеме можно получить не меняя направления тока, а поменять полярность источника Е1. В этом
случае источник Е1 тоже начнет отдавать энергию в сеть.
Направление передачи энергии источника можно обеспечить, изменяя направление тока цепи относительно напряжения источника (ток и напряжения в противофазе). Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания.
5.2. Блок - схема инвертора с системой управления и общее описание работы инвертора рисунок 5.3.
Е- источник постоянного тока.
ВП - вентильный преобразователь, преобразующий постоянный ток в трёхфазное переменное напряжение .
Ф - фильтр, пропускающий в нагрузку трёхфазное переменное напряжение рабочей частоты , и не пропускающий всевозможные гармоники.
Н- нагрузкой трёхфазной может быть трансформатор , двигатель и т.д.
СУ- система управления вентилями.
В автономных инверторах в отличие от зависимых ин-верторов частота и напряжение получаемого переменно-го тока определяются исключительно режимом работы их управляемых вентилей.
Трехфазный мостовой инвертор. На рис. 5.4 представлена схема трехфазного мостового инвертора на тиристорах и диаграммы токов и напряжений на ее элементах.
В этой схеме, так же как и в однофазной, управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол β относительно моментов времени, соответствующих началу коммутации тиристоров при работе схемы в режиме неуправляемого выпрямителя (α= 0). Указанные моменты времени соответствуют прохождению через нуль линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора, т. е. пересечению синусоид фазных напряжений Иа, Ив, и Ис.
Рис. 5.4. Трехфазный мостовой инвертор .
Рассмотрим работу схемы, считая, что ток iа, как и в выпрямительном режиме, идеально сглажен. На интервале ΰ0… ΰ1 под воздействием напряжения источника Ud ток Id проходит через тиристоры VS1, VS2 и вторичные обмотки трансформатора (фазы a и с). При этом мгновенное значение противо ЭДС инвертора (см. рис. 5.4, ) равно разности напряжений Ис и Иа.
В момент ΰ1 , определяемый углом опережения β, который задается системой управления инвертора, подается управляющий импульс на тиристор VS3. Этот тиристор включается, в результате чего фазы а и в вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току iVS1, протекающему через тиристор VS1. Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в трехфазной мостовой схеме выпрямителя, длительность которого выражается углом γ. Напряжение ud на интервале коммутации становится равным напряжению Ис минус полусумма напряжений Иа и Ив. . После окончания процесса коммутации ток будут проводить тиристоры VS1 и VS3, а к тиристору VS1будет приложено обратное напряжение в течение времени, определяемого углом δ β = γ + δ
Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 5.4. Длительность проводящего интервала каждого вентиля равна
(2л/3) + γ.
Напряжение источника Ud0 при холостом ходе инвертора связано с действующим значением фазного напряжения трансформатора соотношением
Инвертор выполнен по мостовой схеме и состоит из шести тиристоров
(рис. 5.4) и шести неуправляемых вентилей ,которые включены встречно-параллельно тиристорам, их ещё называют обратные диоды (на схеме не указаны).
Тиристоры обеспечивают подачу через определенные промежутки времени импульсов напряжения на фазы А, В и С , т.е. получение на выходе инвертора трехфазной системы напряжений. Благодаря применению вентилей, устраняются перенапряжения на элементах инвертора и обеспечивается независимое друг от друга включение и выключение тиристоров.
Устройства для искусственной коммутации тиристо-ров могут быть установлены в каждом плече моста (индивидуальная коммутация), каждой фазе (мсждуфазовая коммутация) или же можст быть установлено общее устройство для всех тиристоров (общая коммутация).
-
6. Задание 5. Системы управления преобразователями электрической энергии
Из таблицы 4 выбираем для варианта 8 схему системы управления вертикального типа.
Решение
6.1. Привести блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии
Рисунок 6.1.
На рис. 6.1. приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для; СУ силовых электронных устройств. Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на регулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на силовые элементы. По существу ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Сигналы регулятора обычно являются маломощными и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ называют также драйвером.
Узлы выполняются на различной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле . Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания часто с различными параметрами. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для собственных нужд, называемых также источниками оперативного питания (ИОП). В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходного) напряжения силовых цепей с параметрами, требуемыми для питания элементов СУ. При питании от сети переменного тока, основой ИОП являются маломощные трансформаторы с несколькими вторичными обмотками на разные напряжения. Эти обмотки подключаются к выпрямителям с выходными, обычно емкостными фильтрами.
Для стабилизации уровней выходных напряжений маломощных выпрямителей используют стабилитроны или транзисторные регуляторы в дискретном или интегральном исполнениях.
Система управления силового электронного устройства обычно выполняет следующие функции:
формирование сигналов управления силовыми элементами силовой части;
регулирование выходных параметров силовой части;
включение и отключение по заданному алгоритму основных узлов силовой части;
обмен информацией с внешней средой. Текущий контроль и Диагностика устройства осуществляется блоком УКД, на вход которого поступают сигналы с датчиков контролируемых параметров.
Результаты контроля диагностики поступают на блок обработки информации ИНФ и затем с его выхода — на защитные устройства ЗУ. Блок ИНФ также в общем случае может связывать все устройство со внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменения режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. С другой стороны из блока обработки информации могут исходить сигналы о состоянии устройства, режиме его работы, информация о причине отключения или срабатывания защит и др.
Представленная на рисунке структура является обобщенной. В ней отражены характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструктивном или функциональном видах. Обмен с внешней средой может осуществляться с помощью тумблеров или кнопок, а о состоянии аппарата будут давать информацию обыкновенные сигнальные лампы
Соответственно элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой техники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовываться в импульсную форму.
6.2. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов
Структурная схема управления однофазным инвертором представлена на рисунке 6.1.
 |
В этой схеме генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого больше, например, частоты сети в четыре раза. Выходное синусоидальное напряжение генератора в формирователе импульсов Ф преобразуется в прямоугольные импульсы, которые являются оптимальными по форме для управления. Эти импульсы поступают в распределительное устройство РИ, где происходит распределение импульсов почетырём каналам для мостовой схемы вентильного преобразователя. Каналы 1.. .4 передают импульсы управления на соответствующие вентили преобразователя.
Замечание. Если частота переключений тиристоров равна fo, то частота fг генератора должна быть больше и равна fг = 4∙fo. При этом сдвиг по фазе для вентилей нужно выдержать равным π/2.
6.3. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
|
На рис. 3.10, б представлены диаграммы, иллюстрирующие работу схемы. Когда открыты транзисторы VТ1 и VТ4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную (без скобок) на рис. 3.10, б, а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону. В момент ΰ = π поступают управляющие импульсы, запирающие транзисторы VТ1, VТ4 и отпирающие транзисторы VТ2, VТЗ.
Заключение
В заключении можно отметить , что задания 1…4 выполнены , на мой взгляд, в полном объёме , а неудачный раздел 6.3. 5го задания. Причина- недостаток используемых новоизданных первоисточников.
Список используемых первоисточников
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов.
2. Ю.К. Разанов, ЕМ. Соколов «Электролнные устройства Электромеханических систем» . Москва 2004.
3. Кузьмин Ю.Г. Основы электроники дисциплины «Электротехника с основами электроники» для студентов АГАУ специальности ЭиАСХ. Теоретические основы, общие методические указания и задание по курсовой работе.- Барнаул: 2007.- 146 с.
www.referatmix.ru
министерство образования российской федерации алтайский государственный аграрный университет кафедра электрификации и автоматизации сельского хозяйства
Преобразователи электрической энергии
Пояснительная записка курсовой работы по дисциплине
«Электротехника с основами электроники»
Барнаул 2007
Содержание
Введение
1. Задание по курсовой работе
2. Задание 1. Классификация преобразователей электрической энергии
3. Задание 2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока
4. Задание 3. Выпрямители переменного тока
5. Задание 4. Инверторы
6. Задание 5. Системы управления преобразователями электрической энергии
ЗаключениеСписок используемых первоисточников
Введение
Постоянный ток используют в транспорте, в электрохимии, в электроприводах и т.д. Такой вид потребления электрической энергии составляет 25% от мощности потребляемого переменного тока.
В технике всегда возникает необходимость плавного регулирования скорости вращения механических устройств или изменения потребляемой мощности:
- регулирование освещения в помещениях,
- вариация скоростью вращения швейных машин,
- программное изменение скорости вращения металлообрабатывающих центров и т.п.
Выпрямители предназначены для питания электрических устройств, принцип работы которых основан на использовании источников постоянного тока. К таким устройствам относятся все радиотехнические устройства связи промышленного и бытового назначения, электропитание автономных передвижных механизмов, промышленных установок гальваностегии, гальванопластики, электролиза и многое другое.
Кроме выпрямителей в настоящее время существует большой класс инверторов, которые преобразуют источник тока в ток переменной частоты. Хотя ранее эта проблема была связана с накоплением энергии от сети переменного тока в источник хранения энергии постоянного тока, и в часы пиковой нагрузки эта энергия перекачивается в сеть переменного тока. Такие устройства получили название инвертора ведомого сетью.
Использование полупроводниковых приборов позволило:
- уменьшить вес преобразователей в 3..7 раз ( дало возможность обходится без подъемных устройств перемещения или установки преобразователей),
- увеличить КПД в среднем на 10..40%;
- отказаться от сложного водяного или масляного охлаждение вентилей;
- получить большую экономию электроэнергии.
Так внедрение силовых полупроводников в систему управления насосами и компрессорами дало экономию энергии на 30%, в транспорте 20..30%, в приводах производств, производящих бумагу, 14 % и т.д. Полупроводниковая силовая техника позволила:
- создать безинерционные преобразователи,
- увеличила долговечность устройств в несколько раз,
- повысила надежность установок,
- позволила создавать преобразователи для необычайно широкого диапазона преобразователей по мощности. Так в бытовой техники преобразователи имеют мощность от 100 Вт, а в промышленности до нескольких мегаватт.
В настоящее время полупроводниковые преобразователи обслуживают:
- бытовую технику,
- технику сферы обслуживания населения,
- насосные станции водоснабжения и электростанций,
- мельницы по переработки зерна,
- цементные заводы, электротранспорт,
- текстильную промышленность, центры проката металла, где потребляется мощность от 20 до 40 МВт (порядка 3000 электродвигателей),
- уменьшить стоимость преобразователя по сравнению с преобразователями на ртутных вентилях.
Это позволяет сделать вывод ,что за полупроводниковой техникой будущее.
1. Задание по курсовой работе.
Зачётная книжка № 050198.
В курсовой работе имеется пять заданий, посвященных различным электронным устройствам. В задании 1 необходимо привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей. В задании 2необходимо привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. В задании 3необходимо описать принципа работы преобразователя малой и большой мощности. В задании 4необходимо объяснить принцип инвертирования тока и напряжения. Показать схему электрическую принципиальную инвертора и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы. Описать принцип работы данного преобразователя. В задании5необходимо изобразить блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
Задание выбираем по последней цифре 8. Если вариантов больше 10, то по сумме двух последних цифр номера своей зачетной книжки. Мой номер 050198. Сложим цифры 9 + 8=17. Это и есть номер варианта во 2 задании, в остальных №8.
2. Задание 1. Привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей.
Решение
Рисунок 2.1. Структурная схема классификации преобразователей электрической энергии.
- регулируемее величины U, I, f, расположенные в верхней части блоков, расположенных снизу рисунка.
- к способу коммутации относятся параметры, расположенные в нижней части блоков в этой же группе блоков. Эти параметры означают следующее:
U1 - коммутация напряжением питающей сети (преобразователи ведомые сетью),
U2 - коммутация напряжением приемной цепи (преобразователи ведомые напряжением нагрузки),
S - принудительная коммутация от внешнего источника.
Нерегулируемый выпрямитель не имеет регулируемой величины. Коммутация вентилей осуществляется под действие напряжения сети переменного тока. Собирают выпрямитель на диодах .
Выпрямитель управляемый полностью повторяет принцип работы неуправляемого выпрямителя этой же конфигурации. Особенность работы только в том, что система управления вентилями позволяет менять время включения тиристоров или транзисторов, используемых в качестве управляемых вентилей. Каждый вентиль включается с запаздыванием по фазе на угол α.Ток в нагрузке всегда прерывистый и несинусоидальный. Вентиль выбирается точно так же, как для неуправляемого выпрямителя, но учитывается прямой скачек напряжения на открывающемся вентиле. Собирают силовую часть выпрямителя, на тиристорах или транзисторах .
Инвертор это преобразователь постоянного тока в переменный промышленной частоты или иной частоты. Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания. Вентильный инвертор всегда работает с источником постоянного напряжения, который подключается к схеме так, чтобы он на анодах вентилей создавал положительное напряжение. Инвертор в принципе не может работать на неуправляемых вентилях. Вентиль инвертора всегда следует открывать с опережением для того, что он не перешел в режим опрокидывания. Инверторы однофазного тока сильно меняют форму сетевого напряжения. Этот недостаток в меньшей степени проявляется в трехфазных инверторах, ведомых сетью. Отключение напряжения сети от ведомого сетью инвертора недопустимо потому, что он немедля переходит в аварийный режим работы. Ток, поступающий в сеть переменного тока, как и при однофазном инвертировании не синусоидален.
3. Задание 2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока
Привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. Из таблицы 1 для варианта 17 находим, Е0 = 18 В; UH = 8В; Iн =12мА.
Решение
3.1. Выбираем стабилитрон с учетом следующего. Так как стабилитрон и нагрузка включают параллельно, то по справочнику выбираем стабилитрон 2СМ 180А с напряжением стабилизации 8В ± 5% , минимальный ток стабилизации 3 мА, максимальный ток стабилизации 15 мА. Вычисляем среднее значение напряжения стабилизации Uct= (7,6 + 8,4)/2 = 8,0 В. Вычисляем средний ток стабилитрона Iст = (Iмин + Iмакс)/2 = (3 + 15)/2 = 9 мА. Вычисляем ток, потребляемый от источника питания I = Iн + Iст = 12+ 9 =21 мА.
3.2. Вычисляем величину балластного сопротивления Rб . Для чего чертим схему параметрического стабилизатора (Рисунок. 3.1) и записываем уравнение по второму закону Кирхгофа
Е0 = I* Rб + Uст → R б =( Е0 - Uст )/ I =(18-8)/0,021=476 Ом
Вычисляем мощность рассеяния резистора Pн = I*U6 =21*(18 - 8,0) =0,21Вт. выбираем по справочнику стандартное значение с учетом допустимой мощности рассеяния резистора МЛТ-0,25 470 Ом ±5%.
|
3.4. Определяем дифференциальное сопротивление стабилитрона и коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения
Для правильного определения дифференциального сопротивления стабилитрона нужно через рабочую точку А стабилитрона провести касательную, взят ее отрезок и, как на гипотенузе, построить прямоугольный треугольник. Далее определить катеты этого треугольника и взять отношение катета по напряжению. К катету по току. Это и будет дифференциальное сопротивление стабилитрона. К сожалению, графически для стабилитрона этот метод не приемлем потому, что хорошие стабилитроны имеют очень небольшой наклон рабочего участка стабилитрона. Потому предлагаем использовать справочник [9], где дается дифференциальное сопротивление. Для нашего стабилитрона оно равно Ri = 180 Ом.
Е - постоянное напряжение источника питания; ±Δ Е - абсолютное изменение напряжения источника питания в течение суток; А - точка решения задачи, для которой ток Iо является решением уравнения составленного по второму закону Кирхгофа; Imin - минимальный ток стабилизации; Imax - максимальный ток стабилизации.
Этот коэффициент показывает, во сколько раз относительные изменения не стабилизированного входного напряжения больше относительного изменения стабилизированного выходного напряжения:
Δ Е= Еmax - Еmin=25-11=14В Δ UCT =Umax - Umin=8.4-7.6=0.8В
Кст =(ΔЕ/E)/( Δ UCT / UCT )=(14/8)/(0,8/8)=7,7
4. Задание 3. Выпрямители переменного тока
По таблице выбираем для варианта № 8 схему трёхфазного выпрямителя малой мощности, собранной по мостовой схеме.
Решение
4.1. Блок - схема выпрямителя. Рисунок 4.1.
Тр - трансформатор(Tp1). Он понижает или повышает напряжение U1 до величины U2, если это необходимо для практики.
ВП - вентильный преобразователь(VD1-VD6), преобразующий напряжение (ток) переменное U2 в напряжение (ток) однополярное U3.
Ф - фильтр (R1-C1), пропускающий в нагрузку (Rн) постоянную оставляющую тока, и не пропускающий всевозможные гармоники. При этом напряжение в нагрузке U4 становится постоянным с небольшими пульсациями.
4.2. Схема электрическая принципиальная выпрямителя. Рисунок 4.2.
Диаграммы напряжений. Рисунок 4.3.
4.3. Описание принципа работы преобразователя.
Обмотки трансформатора соединены по способу «Звезда». К каждой фазе подключены два диода относительно фазных напряжений включенных встречно. Так диод VD1 подключен к фазе А анодом и, следовательно, будет открываться при положительной полуволне фазы А. Диод VD4 подключен к фазе А катодом и, следовательно, откроется только при отрицательной полуволне фазного напряжения Еа. Таким образом, нечетные диоды представляют собой схему однополупериодного трехфазного выпрямителя, диоды которого открываются при положительном напряжении на их анодах
Четная группа вентилей тоже по конфигурации напоминает схему однополупериодного трехфазного выпрямителя. Однако диоды открываются при наибольшем по величине, но отрицательном по знаку фазном напряжении.
На
рис. 4.3. приведена схема последовательности работы вентилей мостового трехфазного выпрямителя.Каждый диод находится в открытом состояние в течение времени .
В схеме выпрямителя всегда открыты два вентиля, один в анодной и один в катодной группе. Напряжение и ток на выходе выпрямителя непрерывны, но пульсирующие. Число пульсаций за период равно шести.
Выпрямленное напряжение определяется линейным напряжением сети переменного тока.
В Г - образном фильтре рис. 4.3. используются R-C элементы, которые применяют для питания электронных устройств малой мощности. В мощных выпрямителях применяют П - образный L-C фильтр , вместо R1 применяют индуктивность и дополнительную ёмкость С 2 ( на рис. 4.3 обозначена пунктирной линией) .
Для более мощного выпрямителя необходимо увеличить мощность трансформатора, вентилей, фильтра. Принципиальных отличий у него нет. Если особых требований к коэффициенту пульсаций не предъявляется, то L-C фильтр можно исключить.
5. Задание 4. Инверторы
Из таблицы выбираем для варианта № 8 трехфазную мостовую схему инвертора, автономного.
Решение
5.1.Автономный инвертор является преобразователем постоянного тока в переменный ток, и его работа определяется системой управления. Они применяются в том случае, если основным источником питания является солнечная батарея, аккумулятор и т.п.
Рисунок 5.1. Рисунок 5.2.
В схеме, представленной на рис. 5.1 ток протекает по нагрузке с лева направо (если выполняется неравенство Е1>Е2 или существует иная причина). Тогда для схемы справедливы уравнения
E1-E2 = I×R
I(E1-E2) = I2 -R
P1-P2 = I2 -R
Из уравнения (5.1) ясно, что мощность черпается от источника Е1 тогда, когда ток протекает по часовой стрелке. Если ток в цепи будет протекать против часовой стрелке (если Е2>Е1 либо по иной причине), то в сеть энергию будет отдавать генератор Е2:P 2- P 1 = I 2 - R
Таким образом, направление передачи энергии зависит от направления протекания тока в цепи.
Для рис.5.2 тоже очевидно, что при заданном направлении тока энергию в сеть отдает источник Е2, а источник Е1 накапливает энергию (зарядка аккумулятора). Инвертирование в этой схеме можно получить не меняя направления тока, а поменять полярность источника Е1. В этом
случае источник Е1 тоже начнет отдавать энергию в сеть.
Направление передачи энергии источника можно обеспечить, изменяя направление тока цепи относительно напряжения источника (ток и напряжения в противофазе). Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания.
5.2. Блок - схема инвертора с системой управления и общее описание работы инвертора рисунок 5.3.
Е- источник постоянного тока.
ВП - вентильный преобразователь, преобразующий постоянный ток в трёхфазное переменное напряжение .
Ф - фильтр, пропускающий в нагрузку трёхфазное переменное напряжение рабочей частоты , и не пропускающий всевозможные гармоники.
Н- нагрузкой трёхфазной может быть трансформатор , двигатель и т.д.
СУ- система управления вентилями.
В автономных инверторах в отличие от зависимых ин-верторов частота и напряжение получаемого переменно-го тока определяются исключительно режимом работы их управляемых вентилей.
Трехфазный мостовой инвертор. На рис. 5.4 представлена схема трехфазного мостового инвертора на тиристорах и диаграммы токов и напряжений на ее элементах.
В этой схеме, так же как и в однофазной, управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол β относительно моментов времени, соответствующих началу коммутации тиристоров при работе схемы в режиме неуправляемого выпрямителя (α= 0). Указанные моменты времени соответствуют прохождению через нуль линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора, т. е. пересечению синусоид фазных напряжений Иа, Ив , и Ис .
Рис. 5.4. Трехфазный мостовой инвертор .
Рассмотрим работу схемы, считая, что ток iа, как и в выпрямительном режиме, идеально сглажен. На интервале ΰ0 … ΰ1 под воздействием напряжения источника Ud ток Id проходит через тиристоры VS1, VS2 и вторичные обмотки трансформатора (фазы a и с). При этом мгновенное значение противо ЭДС инвертора (см. рис. 5.4, ) равно разности напряжений Ис и Иа .
В момент ΰ1 , определяемый углом опережения β, который задается системой управления инвертора, подается управляющий импульс на тиристор VS3. Этот тиристор включается, в результате чего фазы а и в вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току iVS 1 , протекающему через тиристор VS1. Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в трехфазной мостовой схеме выпрямителя, длительность которого выражается углом γ. Напряжение ud на интервале коммутации становится равным напряжению Ис минус полусумма напряжений Иа и Ив . . После окончания процесса коммутации ток будут проводить тиристоры VS1 и VS3, а к тиристору VS1будет приложено обратное напряжение в течение времени, определяемого углом δ β = γ + δ
Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 5.4. Длительность проводящего интервала каждого вентиля равна
(2л/3) + γ.
Напряжение источника Ud 0 при холостом ходе инвертора связано с действующим значением фазного напряжения трансформатора соотношением
Инвертор выполнен по мостовой схеме и состоит из шести тиристоров
(рис. 5.4) и шести неуправляемых вентилей ,которые включены встречно-параллельно тиристорам, их ещё называют обратные диоды (на схеме не указаны).
Тиристоры обеспечивают подачу через определенные промежутки времени импульсов напряжения на фазы А, В и С , т.е. получение на выходе инвертора трехфазной системы напряжений. Благодаря применению вентилей, устраняются перенапряжения на элементах инвертора и обеспечивается независимое друг от друга включение и выключение тиристоров.
Устройства для искусственной коммутации тиристо-ров могут быть установлены в каждом плече моста (индивидуальная коммутация), каждой фазе (мсждуфазовая коммутация) или же можст быть установлено общее устройство для всех тиристоров (общая коммутация).
-
6. Задание 5. Системы управления преобразователями электрической энергии
Из таблицы 4 выбираем для варианта 8 схему системы управления вертикального типа.
Решение
6.1. Привести блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии
Рисунок 6.1.
На рис. 6.1. приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для; СУ силовых электронных устройств. Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на регулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на силовые элементы. По существу ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Сигналы регулятора обычно являются маломощными и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ называют также драйвером.
Узлы выполняются на различной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле . Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания часто с различными параметрами. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для собственных нужд, называемых также источниками оперативного питания (ИОП). В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходного) напряжения силовых цепей с параметрами, требуемыми для питания элементов СУ. При питании от сети переменного тока, основой ИОП являются маломощные трансформаторы с несколькими вторичными обмотками на разные напряжения. Эти обмотки подключаются к выпрямителям с выходными, обычно емкостными фильтрами.
Для стабилизации уровней выходных напряжений маломощных выпрямителей используют стабилитроны или транзисторные регуляторы в дискретном или интегральном исполнениях.
Система управления силового электронного устройства обычно выполняет следующие функции:
формирование сигналов управления силовыми элементами силовой части;
регулирование выходных параметров силовой части;
включение и отключение по заданному алгоритму основных узлов силовой части;
обмен информацией с внешней средой. Текущий контроль и Диагностика устройства осуществляется блоком УКД, на вход которого поступают сигналы с датчиков контролируемых параметров.
Результаты контроля диагностики поступают на блок обработки информации ИНФ и затем с его выхода — на защитные устройства ЗУ. Блок ИНФ также в общем случае может связывать все устройство со внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменения режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. С другой стороны из блока обработки информации могут исходить сигналы о состоянии устройства, режиме его работы, информация о причине отключения или срабатывания защит и др.
Представленная на рисунке структура является обобщенной. В ней отражены характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструктивном или функциональном видах. Обмен с внешней средой может осуществляться с помощью тумблеров или кнопок, а о состоянии аппарата будут давать информацию обыкновенные сигнальные лампы
Соответственно элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой техники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовываться в импульсную форму.
6.2. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов
Структурная схема управления однофазным инвертором представлена на рисунке 6.1.
В этой схеме генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого больше, например, частоты сети в четыре раза. Выходное синусоидальное напряжение генератора в формирователе импульсов Ф преобразуется в прямоугольные импульсы, которые являются оптимальными по форме для управления. Эти импульсы поступают в распределительное устройство РИ, где происходит распределение импульсов почетырём каналам для мостовой схемы вентильного преобразователя. Каналы 1.. .4 передают импульсы управления на соответствующие вентили преобразователя.
Замечание. Если частота переключений тиристоров равна fo, то частота fг генератора должна быть больше и равна fг = 4∙fo. При этом сдвиг по фазе для вентилей нужно выдержать равным π/2.
6.3. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
|
На рис. 3.10, б представлены диаграммы, иллюстрирующие работу схемы. Когда открыты транзисторы VТ1 и VТ4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную (без скобок) на рис. 3.10, б, а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону. В момент ΰ = π поступают управляющие импульсы, запирающие транзисторы VТ1, VТ4 и отпирающие транзисторы VТ2, VТЗ.
Заключение
В заключении можно отметить , что задания 1…4 выполнены , на мой взгляд, в полном объёме , а неудачный раздел 6.3. 5го задания. Причина- недостаток используемых новоизданных первоисточников.
Список используемых первоисточников
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов.
2. Ю.К. Разанов, ЕМ. Соколов «Электролнные устройства Электромеханических систем» . Москва 2004.
3.Кузьмин Ю.Г. Основы электроники дисциплины «Электротехника с основами электроники» для студентов АГАУ специальности ЭиАСХ. Теоретические основы, общие методические указания и задание по курсовой работе.- Барнаул: 2007.- 146 с.
www.litsoch.ru
Введение
Постоянный ток используют в транспорте, в электрохимии, в электроприводах и т.д. Такой вид потребления электрической энергии составляет 25% от мощности потребляемого переменного тока.
В технике всегда возникает необходимость плавного регулирования скорости вращения механических устройств или изменения потребляемой мощности:
- регулирование освещения в помещениях,
- вариация скоростью вращения швейных машин,
- программное изменение скорости вращения металлообрабатывающих центров и т.п.
Выпрямители предназначены для питания электрических устройств, принцип работы которых основан на использовании источников постоянного тока. К таким устройствам относятся все радиотехнические устройства связи промышленного и бытового назначения, электропитание автономных передвижных механизмов, промышленных установок гальваностегии, гальванопластики, электролиза и многое другое.
Кроме выпрямителей в настоящее время существует большой класс инверторов, которые преобразуют источник тока в ток переменной частоты. Хотя ранее эта проблема была связана с накоплением энергии от сети переменного тока в источник хранения энергии постоянного тока, и в часы пиковой нагрузки эта энергия перекачивается в сеть переменного тока. Такие устройства получили название инвертора ведомого сетью.
Использование полупроводниковых приборов позволило:
- уменьшить вес преобразователей в 3..7 раз ( дало возможность обходится без подъемных устройств перемещения или установки преобразователей),
- увеличить КПД в среднем на 10..40%;
- отказаться от сложного водяного или масляного охлаждение вентилей;
- получить большую экономию электроэнергии.
Так внедрение силовых полупроводников в систему управления насосами и компрессорами дало экономию энергии на 30%, в транспорте 20..30%, в приводах производств, производящих бумагу, 14 % и т.д. Полупроводниковая силовая техника позволила:
- создать безинерционные преобразователи,
- увеличила долговечность устройств в несколько раз,
- повысила надежность установок,
- позволила создавать преобразователи для необычайно широкого диапазона преобразователей по мощности. Так в бытовой техники преобразователи имеют мощность от 100 Вт, а в промышленности до нескольких мегаватт.
В настоящее время полупроводниковые преобразователи обслуживают:
- бытовую технику,
- технику сферы обслуживания населения,
- насосные станции водоснабжения и электростанций,
- мельницы по переработки зерна,
- цементные заводы, электротранспорт,
- текстильную промышленность, центры проката металла, где потребляется мощность от 20 до 40 МВт (порядка 3000 электродвигателей),
- уменьшить стоимость преобразователя по сравнению с преобразователями на ртутных вентилях.
Это позволяет сделать вывод ,что за полупроводниковой техникой будущее.
1. Задание по курсовой работе.
Зачётная книжка № 050198.
В курсовой работе имеется пять заданий, посвященных различным электронным устройствам. В задании 1 необходимо привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей. В задании 2 необходимо привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. В задании 3 необходимо описать принципа работы преобразователя малой и большой мощности. В задании 4 необходимо объяснить принцип инвертирования тока и напряжения. Показать схему электрическую принципиальную инвертора и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы. Описать принцип работы данного преобразователя. В задании5 необходимо изобразить блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
Задание выбираем по последней цифре 8. Если вариантов больше 10, то по сумме двух последних цифр номера своей зачетной книжки. Мой номер 050198. Сложим цифры 9 + 8=17. Это и есть номер варианта во 2 задании, в остальных №8.
2. Задание 1. Привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей.
Решение
Рисунок 2.1. Структурная схема классификации преобразователей электрической энергии.
- регулируемее величины U, I, f, расположенные в верхней части блоков, расположенных снизу рисунка.
- к способу коммутации относятся параметры, расположенные в нижней части блоков в этой же группе блоков. Эти параметры означают следующее:
U1 - коммутация напряжением питающей сети (преобразователи ведомые сетью),
U2 - коммутация напряжением приемной цепи (преобразователи ведомые напряжением нагрузки),
S - принудительная коммутация от внешнего источника.
Нерегулируемый выпрямитель не имеет регулируемой величины. Коммутация вентилей осуществляется под действие напряжения сети переменного тока. Собирают выпрямитель на диодах .
Выпрямитель управляемый полностью повторяет принцип работы неуправляемого выпрямителя этой же конфигурации. Особенность работы только в том, что система управления вентилями позволяет менять время включения тиристоров или транзисторов, используемых в качестве управляемых вентилей. Каждый вентиль включается с запаздыванием по фазе на угол α. Ток в нагрузке всегда прерывистый и несинусоидальный. Вентиль выбирается точно так же, как для неуправляемого выпрямителя, но учитывается прямой скачек напряжения на открывающемся вентиле. Собирают силовую часть выпрямителя, на тиристорах или транзисторах .
Инвертор это преобразователь постоянного тока в переменный промышленной частоты или иной частоты. Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания. Вентильный инвертор всегда работает с источником постоянного напряжения, который подключается к схеме так, чтобы он на анодах вентилей создавал положительное напряжение. Инвертор в принципе не может работать на неуправляемых вентилях. Вентиль инвертора всегда следует открывать с опережением для того, что он не перешел в режим опрокидывания. Инверторы однофазного тока сильно меняют форму сетевого напряжения. Этот недостаток в меньшей степени проявляется в трехфазных инверторах, ведомых сетью. Отключение напряжения сети от ведомого сетью инвертора недопустимо потому, что он немедля переходит в аварийный режим работы. Ток, поступающий в сеть переменного тока, как и при однофазном инвертировании не синусоидален.
3. Задание 2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока
Привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. Из таблицы 1 для варианта 17 находим, Е0= 18 В; UH = 8В; Iн=12мА.
Решение
3.1. Выбираем стабилитрон с учетом следующего. Так как стабилитрон и нагрузка включают параллельно, то по справочнику выбираем стабилитрон 2СМ 180А с напряжением стабилизации 8В ± 5% , минимальный ток стабилизации 3 мА, максимальный ток стабилизации 15 мА. Вычисляем среднее значение напряжения стабилизации Uct = (7,6 + 8,4)/2 = 8,0 В. Вычисляем средний ток стабилитрона I ст= (Iмин + Iмакс)/2 = (3 + 15)/2 = 9 мА. Вычисляем ток, потребляемый от источника питания I = Iн + I ст= 12+ 9 =21 мА.
3.2. Вычисляем величину балластного сопротивления Rб. Для чего чертим схему параметрического стабилизатора (Рисунок. 3.1) и записываем уравнение по второму закону Кирхгофа
Е0 = I* Rб + Uст → Rб =( Е0 - Uст )/ I =(18-8)/0,021=476 Ом
Вычисляем мощность рассеяния резистора Pн = I*U6 =21*(18 - 8,0) =0,21Вт. выбираем по справочнику стандартное значение с учетом допустимой мощности рассеяния резистора МЛТ-0,25 470 Ом ±5%.
 |
|
3.4. Определяем дифференциальное сопротивление стабилитрона и коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения
Для правильного определения дифференциального сопротивления стабилитрона нужно через рабочую точку А стабилитрона провести касательную, взят ее отрезок и, как на гипотенузе, построить прямоугольный треугольник. Далее определить катеты этого треугольника и взять отношение катета по напряжению. К катету по току. Это и будет дифференциальное сопротивление стабилитрона. К сожалению, графически для стабилитрона этот метод не приемлем потому, что хорошие стабилитроны имеют очень небольшой наклон рабочего участка стабилитрона. Потому предлагаем использовать справочник [9], где дается дифференциальное сопротивление. Для нашего стабилитрона оно равно Ri = 180 Ом.
Е - постоянное напряжение источника питания; ±Δ Е - абсолютное изменение напряжения источника питания в течение суток; А - точка решения задачи, для которой ток Iо является решением уравнения составленного по второму закону Кирхгофа; Imin - минимальный ток стабилизации; Imax - максимальный ток стабилизации.
Этот коэффициент показывает, во сколько раз относительные изменения не стабилизированного входного напряжения больше относительного изменения стабилизированного выходного напряжения:
Δ Е= Еmax - Еmin=25-11=14В Δ UCT=U max - U min=8.4-7.6=0.8В
Кст=(ΔЕ/E)/( Δ UCT/ UCT)=(14/8)/(0,8/8)=7,7
4. Задание 3. Выпрямители переменного тока
По таблице выбираем для варианта № 8 схему трёхфазного выпрямителя малой мощности, собранной по мостовой схеме.
Решение
4.1. Блок - схема выпрямителя. Рисунок 4.1.
Тр - трансформатор(Tp1). Он понижает или повышает напряжение U1 до величины U2, если это необходимо для практики.
ВП - вентильный преобразователь(VD1-VD6), преобразующий напряжение (ток) переменное U2 в напряжение (ток) однополярное U3.
Ф - фильтр (R1-C1), пропускающий в нагрузку (Rн) постоянную оставляющую тока, и не пропускающий всевозможные гармоники. При этом напряжение в нагрузке U4 становится постоянным с небольшими пульсациями.
4.2. Схема электрическая принципиальная выпрямителя. Рисунок 4.2.
 |
 |
Диаграммы напряжений. Рисунок 4.3.
 |
|
1 3 5 |
|
6 2 4 6 |
|
4.3. Описание принципа работы преобразователя
.
Обмотки трансформатора соединены по способу «Звезда». К каждой фазе подключены два диода относительно фазных напряжений включенных встречно. Так диод VD1 подключен к фазе А анодом и, следовательно, будет открываться при положительной полуволне фазы А. Диод VD4 подключен к фазе А катодом и, следовательно, откроется только при отрицательной полуволне фазного напряжения Еа. Таким образом, нечетные диоды представляют собой схему однополупериодного трехфазного выпрямителя, диоды которого открываются при положительном напряжении на их анодах
Четная группа вентилей тоже по конфигурации напоминает схему однополупериодного трехфазного выпрямителя. Однако диоды открываются при наибольшем по величине, но отрицательном по знаку фазном напряжении.
На рис. 4.3. приведена схема последовательности работы вентилей мостового трехфазного выпрямителя.
Каждый диод находится в открытом состояние в течение времени 
.
В схеме выпрямителя всегда открыты два вентиля, один в анодной и один в катодной группе. Напряжение и ток на выходе выпрямителя непрерывны, но пульсирующие. Число пульсаций за период равно шести.
Выпрямленное напряжение определяется линейным напряжением сети переменного тока.
В Г - образном фильтре рис. 4.3. используются R-C элементы, которые применяют для питания электронных устройств малой мощности. В мощных выпрямителях применяют П - образный L-C фильтр , вместо R1 применяют индуктивность и дополнительную ёмкость С 2 ( на рис. 4.3 обозначена пунктирной линией) .
Для более мощного выпрямителя необходимо увеличить мощность трансформатора, вентилей, фильтра. Принципиальных отличий у него нет. Если особых требований к коэффициенту пульсаций не предъявляется, то L-C фильтр можно исключить.
5. Задание 4. Инверторы
Из таблицы выбираем для варианта № 8 трехфазную мостовую схему инвертора, автономного.
Решение
5.1. Автономный инвертор является преобразователем постоянного тока в переменный ток, и его работа определяется системой управления. Они применяются в том случае, если основным источником питания является солнечная батарея, аккумулятор и т.п.
Рисунок 5.1. Рисунок 5.2.
В схеме, представленной на рис. 5.1 ток протекает по нагрузке с лева направо (если выполняется неравенство Е1>Е2 или существует иная причина). Тогда для схемы справедливы уравнения
E1-E2 = I×R
I(E1-E2) = I2-R
P1-P2 = I2-R
Из уравнения (5.1) ясно, что мощность черпается от источника Е1 тогда, когда ток протекает по часовой стрелке. Если ток в цепи будет протекать против часовой стрелке (если Е2>Е1 либо по иной причине), то в сеть энергию будет отдавать генератор Е2:P2-P1 = I2-R
Таким образом, направление передачи энергии зависит от направления протекания тока в цепи.
Для рис.5.2 тоже очевидно, что при заданном направлении тока энергию в сеть отдает источник Е2, а источник Е1 накапливает энергию (зарядка аккумулятора). Инвертирование в этой схеме можно получить не меняя направления тока, а поменять полярность источника Е1. В этом
случае источник Е1 тоже начнет отдавать энергию в сеть.
Направление передачи энергии источника можно обеспечить, изменяя направление тока цепи относительно напряжения источника (ток и напряжения в противофазе). Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания.
5.2. Блок - схема инвертора с системой управления и общее описание работы инвертора рисунок 5.3.
 |
|||||
 |
|||||
 |
|||||
Е- источник постоянного тока.
ВП - вентильный преобразователь, преобразующий постоянный ток в трёхфазное переменное напряжение .
Ф - фильтр, пропускающий в нагрузку трёхфазное переменное напряжение рабочей частоты , и не пропускающий всевозможные гармоники.
Н- нагрузкой трёхфазной может быть трансформатор , двигатель и т.д.
СУ- система управления вентилями.
В автономных инверторах в отличие от зависимых ин- верторов частота и напряжение получаемого переменно- го тока определяются исключительно режимом работы их управляемых вентилей.
Трехфазный мостовой инвертор. На рис. 5.4 представлена схема трехфазного мостового инвертора на тиристорах и диаграммы токов и напряжений на ее элементах.
В этой схеме, так же как и в однофазной, управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол β относительно моментов времени, соответствующих началу коммутации тиристоров при работе схемы в режиме неуправляемого выпрямителя (α= 0). Указанные моменты времени соответствуют прохождению через нуль линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора, т. е. пересечению синусоид фазных напряжений Иа, Ив, и Ис.
Рис. 5.4. Трехфазный мостовой инвертор .
Рассмотрим работу схемы, считая, что ток iа, как и в выпрямительном режиме, идеально сглажен. На интервале ΰ0… ΰ1 под воздействием напряжения источника Ud ток Id проходит через тиристоры VS1, VS2 и вторичные обмотки трансформатора (фазы a и с). При этом мгновенное значение противо ЭДС инвертора (см. рис. 5.4, ) равно разности напряжений Ис и Иа.
В момент ΰ1 , определяемый углом опережения β, который задается системой управления инвертора, подается управляющий импульс на тиристор VS3. Этот тиристор включается, в результате чего фазы а и в вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току iVS1, протекающему через тиристор VS1. Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в трехфазной мостовой схеме выпрямителя, длительность которого выражается углом γ. Напряжение ud на интервале коммутации становится равным напряжению Ис минус полусумма напряжений Иа и Ив. . После окончания процесса коммутации ток будут проводить тиристоры VS1 и VS3, а к тиристору VS1будет приложено обратное напряжение в течение времени, определяемого углом δ β = γ + δ
Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 5.4. Длительность проводящего интервала каждого вентиля равна
(2л/3) + γ.
Напряжение источника Ud0 при холостом ходе инвертора связано с действующим значением фазного напряжения трансформатора соотношением
Инвертор выполнен по мостовой схеме и состоит из шести тиристоров
(рис. 5.4) и шести неуправляемых вентилей ,которые включены встречно-параллельно тиристорам, их ещё называют обратные диоды (на схеме не указаны).
Тиристоры обеспечивают подачу через определенные промежутки времени импуль сов напряжения на фазы А, В и С , т.е. получение на выходе инвертора трехфазной системы напряжений. Благодаря применению вентилей, устраняются перенапряжения на элементах ин вертора и обеспечивается независимое друг от друга включение и выключение тиристоров.
Устройства для искусственной коммутации тиристо- ров могут быть установлены в каждом плече моста (индивидуальная коммутация), каждой фазе (мсждуфазовая коммутация) или же можст быть установлено общее уст ройство для всех тиристоров (общая коммутация).
-
6. Задание 5. Системы управления преобразователями электрической энергии
Из таблицы 4 выбираем для варианта 8 схему системы управления вертикального типа.
Решение
6.1. Привести блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии
Рисунок 6.1.
На рис. 6.1. приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для; СУ силовых электронных устройств. Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на регулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на силовые элементы. По существу ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Сигналы регулятора обычно являются маломощными и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ называют также драйвером.
Узлы выполняются на различной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле . Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания часто с различными параметрами. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для собственных нужд, называемых также источниками оперативного питания (ИОП). В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходного) напряжения силовых цепей с параметрами, требуемыми для питания элементов СУ. При питании от сети переменного тока, основой ИОП являются маломощные трансформаторы с несколькими вторичными обмотками на разные напряжения. Эти обмотки подключаются к выпрямителям с выходными, обычно емкостными фильтрами.
Для стабилизации уровней выходных напряжений маломощных выпрямителей используют стабилитроны или транзисторные регуляторы в дискретном или интегральном исполнениях.
Система управления силового электронного устройства обычно выполняет следующие функции:
формирование сигналов управления силовыми элементами силовой части;
регулирование выходных параметров силовой части;
включение и отключение по заданному алгоритму основных узлов силовой части;
обмен информацией с внешней средой. Текущий контроль и Диагностика устройства осуществляется блоком УКД, на вход которого поступают сигналы с датчиков контролируемых параметров.
Результаты контроля диагностики поступают на блок обработки информации ИНФ и затем с его выхода — на защитные устройства ЗУ. Блок ИНФ также в общем случае может связывать все устройство со внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменения режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. С другой стороны из блока обработки информации могут исходить сигналы о состоянии устройства, режиме его работы, информация о причине отключения или срабатывания защит и др.
Представленная на рисунке структура является обобщенной. В ней отражены характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструктивном или функциональном видах. Обмен с внешней средой может осуществляться с помощью тумблеров или кнопок, а о состоянии аппарата будут давать информацию обыкновенные сигнальные лампы
Соответственно элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой техники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовываться в импульсную форму.
6.2. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов
Структурная схема управления однофазным инвертором представлена на рисунке 6.1.
 |
В этой схеме генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого больше, например, частоты сети в четыре раза. Выходное синусоидальное напряжение генератора в формирователе импульсов Ф преобразуется в прямоугольные импульсы, которые являются оптимальными по форме для управления. Эти импульсы поступают в распределительное устройство РИ, где происходит распределение импульсов почетырём каналам для мостовой схемы вентильного преобразователя. Каналы 1.. .4 передают импульсы управления на соответствующие вентили преобразователя.
Замечание. Если частота переключений тиристоров равна fo, то частота fг генератора должна быть больше и равна fг = 4∙fo. При этом сдвиг по фазе для вентилей нужно выдержать равным π/2.
6.3. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
|
На рис. 3.10, б представлены диаграммы, иллюстрирующие работу схемы. Когда открыты транзисторы VТ1 и VТ4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную (без скобок) на рис. 3.10, б, а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону. В момент ΰ = π поступают управляющие импульсы, запирающие транзисторы VТ1, VТ4 и отпирающие транзисторы VТ2, VТЗ.
Заключение
В заключении можно отметить , что задания 1…4 выполнены , на мой взгляд, в полном объёме , а неудачный раздел 6.3. 5го задания. Причина- недостаток используемых новоизданных первоисточников.
Список используемых первоисточников
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов.
2. Ю.К. Разанов, ЕМ. Соколов «Электролнные устройства Электромеханических систем» . Москва 2004.
3. Кузьмин Ю.Г. Основы электроники дисциплины «Электротехника с основами электроники» для студентов АГАУ специальности ЭиАСХ. Теоретические основы, общие методические указания и задание по курсовой работе.- Барнаул: 2007.- 146 с.
znakka4estva.ru
Реферат на тему:
Преобразователь электрической энергии — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.
При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.
| 1880-е | Мотор-генератор | + Чистая синусоида+ Высокий КПД + Большие мощности- Материалоёмкость- Сложность ремонта и обслуживания- Шум и вибрации |
| 1880-еИспользуются в настоящие время | Трансформаторы | + Большая надёжность+ Высокий КПД+ Большие мощности- Большие габариты при малых частотах- Невозможность преобразования постоянного тока |
| 1930—1970-еВ настоящие время практически не используются | Ионные приборы | - Хрупкость корпусов (стекло)- Длительное время подготовки к работе |
| 1960-еИспользуются в настоящие время | Полупроводниковые диоды, тиристоры и транзисторы | + Компактность+ Бесшумность+ Лёгкость и гибкость управления- Потери мощности в ключах- Искажения и помехи в сетях |
Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери - меньше, а качество преобразования энергии - гораздо выше.
|
|
|
|
|
| Преобразователи |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||
| Выпрямители≈→= |
| Инверторы=→≈ |
| Преобразователи частоты и числа фаз≈→≈ | Напряжения=→= ≈→≈ |
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||
Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.[1]
Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока.
Инверторы подразделяются на два класса: ведомые сетью (зависимые) и автономные.
Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю.[2]
Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.[3]
В свою очередь автономные инверторы подразделяются на:
wreferat.baza-referat.ru
В простейшем виде термоэлектрический генератор (ТЭГ) представляет собой батарею термопар, у которых одни концы спаев нагреваются, а другие охлаждаются. Благодаря разности температур кондов спаев термопар создается термо-ЭДС и во внешней цепи протекает ток.
Термоэлементы рассчитаны на работу при разности температур в 300 °С, при этом каждый элемент генерирует напряжение около 0,12...0,14 В. Число элементов в батарее определяется требуемой величиной выходного напряжения. Практика имеет опыт получения ТЭГ с напряжением до 120 В, токами до 500 А и суммарным КПД около 5 %. По виду вольт-амперной характеристики ТЭГ близок к источнику тока, при этом наибольшая мощность отдается при согласованной нагрузке (RBH =RH).
Автономные источники (АИП) с ТЭГ содержат термоэлектрический блок, систему хранения и подачи топлива.
Основой АИП является унифицированный ТЭГ, непосредственно преобразующий тепло, получаемое при сжигании углеводородного, газового или жидкого топлива в электрическую энергию.
Блок электропитания представляет собой теплоизолированный контейнер для размещения ТЭГ, аппаратуры поддержания качества электроэнергии и автоматического управления элементами буферных аккумуляторных батарей емкостью до 190 А-ч, агрегата редуцирования давления газа при использовании в качестве топлива газа или системы подачи и дозирования жидкого топлива (керосина, осветительного или авиационного топлива).
В зависимости от требуемого уровня мощности, вида топлива и надежности в контейнере устанавливаются от 3 до 6 ТЭГ (с горелками на газовом или жидком топливе). Термоэлектрические генераторы на газе типа ГТК-150 и на жидком топливе типа ГТЖ-160 отличаются между собой только горелками. Эти ТЭГ унифицированы так, что легко могут быть взаимозаменяемыми.
Приведенные в таблице данные для разновидностей АИП мощностью 400, 640 и 900 Вт показывают, что фактически одна и та же конструкция АИП позволяет получить гамму свойств, которые могут удовлетворять запросы различных потребителей. Все три установки имеют общую конструкцию и комплектацию АИП. Их различие состоит в способе коммутации генераторов и их нагрузки и в режимах эксплуатации ТЭГ.
Так, АИП-400 и АИП-600 обеспечивают питание двух гальванически развязанных потребителей по 200 и 320 Вт соответственно. Эти установки имеют 50%-ное резервирование.
Установки на жидком топливе АИП-320, АИП-480 и АИП-800 отличаются между собой числом рабочих ТЭГ (2,3 и 5 соответственно). при одном генераторе, находящемся в холодном резерве.
Во всех указанных АИП резервирование осуществляется включением резервного ТЭГ и автоматической заменой им отказавшего рабочего ТЭГ.
Для электроснабжения предприятий связи, расположенных в районах с большим числом солнечных дней, где отсутствуют электрические сети общего пользования целесообразно применение автономных установок на базе солнечных электрогенераторов (СЭ).
Внедрение на сети связи СЭ приходится на 80-е годы XX века. Пионерами в этой области выступили страны Западной Африки и Австралии. Описывается установка питания, внедренная в 1989 г. в Австралии для цифровой системы связи. В том же году английская компания British Teleconsult приступила к созданию в Западной Африке установок с использованием СЭ и резервными аккумуляторными батареями мощностью 52 кВт вместо дизель-генераторных и парогенераторных электростанций для электропитания аппаратуры радиорелейных станций. Весьма интересные работы были опубликованы в ряде Европейских и Американских изданий. В России в 1990 г. вышла работа, в которой исследовался автономный источник с СЭ для электропитания аппаратуры волоконно-оптической системы передачи.
Отметим два важнейших фактора, которые привлекают особое внимание, а именно экологическая безопасность и неограниченные во времени запасы солнечной энергии. В то же время при применении СЭ следует учитывать такие существенные проблемы, как флуктуации солнечной радиации в зависимости от погоды и месторасположения установки, а также сравнительно низкая плотность энергии соднечной радиации, мощность которой не превышает 2 кВт/м2. Технико-экономические показатели СЭ определяются в основном стоимостью фотоэлементов и их КПД. Наибольшее применение находят фотоэлементы на основе монокристаллического кремния. Этот тип элементов характеризуется отработанной технологией изготовления, достаточно высоким КПД, стабильностью и надежностью. Коммерческие образцы имеют КПД 14...17 %, в то время как отдельные лабораторные — 22...26 %. Что касается стоимости монокристаллических элементов, то за последующие пять лет ожидается ее снижение на 10...15 %. В промышленных установках возможны комбинации различных источников электроэнергии и СЭ, например аккумуляторные батареи, дизельгенераторы, турбо и теплогенераторы. Перспективны установки на базе СЭ и аккумуляторов. Такие установки, как правило, содержат СЭ, статические преобразователи, аккумуляторные батареи или молекулярные накопители и систему контроля и управления. При выборе параметров отдельных устройств следует руководствоваться характером работы электрогенератора (в автономном режиме), технологической нагрузкой, мощностью световой энергии на квадратный метр для предполагаемого места размещения, соотношением солнечных и пасмурных дней в году, а также ожидаемыми экономическими показателями, включая эксплуатационные расходы.
Примером действующей на сети электросвязи промышленной установки, предназначенной для электропитания промежуточной радиорелейной станции (РРС), может служить электростанция.
Солнечная батарея содержит 48 модулей, каждый из которых рассчитан на мощность 75 Вт при выходном напряжении 48 В.
Модули соединены последовательно по четыре штуки и собраны в шесть последовательно включенных групп. Общая площадь поверхности батареи составляет 30 м2. Все модули установлены в одной плоскости и ориентированы на юг под углом 38...42° к горизонту. Двухгруппная аккумуляторная батарея на напряжение 48 В укомплектована аккумуляторами с номинальной емкостью 900 А-ч. Запас емкости рассчитан на 120 часов автономной работы.
Автоматизированный дизель-генератор на 8, 5 кВА обеспечивает питание нагрузки и заряд аккумуляторной батареи, когда солнечная батарея не выдает запланированной мощности.
Управляющее устройство следит за работой оборудования и при необходимости включает или отключает дизель-генератор или группы солнечных батарей, а также выдает в систему телемеханики РРС информацию об оборудовании. Аппаратура РРС потребляет до 800 Вт электрической энергии постоянного тока при напряжении 48 В.
Все оборудование электростанции, за исключением солнечных батарей, размещается в термостатированном контейнере. Параметры климата в контейнере поддерживаются автоматически и (или) вручную за счет обогрёва дизель-генератором и работы вентиляции.
Электростанция с использованием солнечных батарей: 1 — солнечные батареи; 2 — аккумуляторные батареи; 3 — технологические нагрузки; 4 — вспомогательные нагрузки; 5—выпрямители; 6—АДЭС; 7—управляющее устройство
Для электроснабжения предприятий связи, расположенных в районах, где отсутствует энергетическая сеть общего пользования, успешно применяются автономные паротурбогенераторные электростанции постоянного тока. Особенностями этих электростанций являются высокая надежность, длительный срок службы, отличная экология, минимальное обслуживание. В качестве топлива может использоваться природный газ, керосин или дизтопливо.
Как правило, электростанция содержит два паротурбогенератора, аккумуляторную батарею, горелку и блок контроля и управления. Паротурбогенератор работает следующим образом. Горелка нагревает в паротурбогенераторе жидкость, часть которой испаряется, и получившийся пар вращает колесо турбины, на валу которой расположен ротор генератора. Далее пар поступает в конденсатор, где охлаждается, конденсируется и полученная жидкость откачивается насосом в парогенератор. Цикл повторяется до тех пор, пока работает горелка. Система полностью герметизирована и никаких потерь рабочей жидкости не происходит. Электрический генератор вырабатывает трехфазный ток, который выпрямляется. Имеется система регулирования подачи топлива в зависимости от нагрузки. Паротурбогенератор отключается, если выходное напряжение постоянного тока ниже или выше заданной нормы или при превышении температуры рабочей жидкости. Кроме того, имеется защита от коротких замыканий и превышения скорости вращения турбины. Для заряда аккумуляторной батареи в генераторе предусмотрен необходимый запас мощности, а в схеме станции — возможность автоматического и ручного переключения батареи из режима непрерывного подзаряда в режим ускоренного заряда.
Обратный перевод в режим непрерывного подзаряда производится либо вручную, либо автоматически после истечения заданного времени заряда.
Выпускаются паротурбогенераторы на мощности от сотен ватт до нескольких киловатт на различные выходные напряжения. Они рассчитываются на работу от —60 до +45 °С (арктический вариант) и на высоте до 2000 м (специальный вариант до 4500 м).
Иллюстрацией к промышленным парбтурбогенераторным установкам могут служить изделия известной фирмы «Ормат». По данным фирмы опыт эксплуатации этих установок показывает 95 % вероятность безотказной работы за время не менее 2 • 105 часов, что значительно превышает нормы международных требований к первичным источникам энергии для удаленных телекоммуникационных систем. Установки характеризуются низкими эксплуатационными расходами, что объясняется высокой надежностью паротурбогенераторов за счет их конструктивных особенностей. Модельный ряд фирмы «Ормат» включает установки на выходную мощность от 0,2 до 4,5 кВт при напряжении постоянного тока 24,48 и 125 В. Изменения выходных напряжений не выходят за пределы ±3, 5 %. Установки работают в широком диапазоне температур и на высоте до 4,5 км над уровнем моря. Топливом могут служить природный или сжиженный газ, дизельное топливо и керосин. Средний расход топлива при полной нагрузке паротурбогенератора и температуре окружающей среды +25 °С составляет 17600 ккал/ч на 1 кВт выходной мощности. По требованию заказчика фирма может поставлять гибридные установки с СЭ и ветрогенераторами.
Используемая литература: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В. М. Бушуев, В. А. Демянский, JI. Ф. Захаров и др. — М.: Горячая линия—Телеком, 2009. — 384 с.: ил.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Пароль на архив: privetstudent.com
privetstudent.com
Реферат на тему:
Преобразователь электрической энергии — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.
При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.
| 1880-е | Мотор-генератор | + Чистая синусоида+ Высокий КПД + Большие мощности- Материалоёмкость- Сложность ремонта и обслуживания- Шум и вибрации |
| 1880-еИспользуются в настоящие время | Трансформаторы | + Большая надёжность+ Высокий КПД+ Большие мощности- Большие габариты при малых частотах- Невозможность преобразования постоянного тока |
| 1930—1970-еВ настоящие время практически не используются | Ионные приборы | - Хрупкость корпусов (стекло)- Длительное время подготовки к работе |
| 1960-еИспользуются в настоящие время | Полупроводниковые диоды, тиристоры и транзисторы | + Компактность+ Бесшумность+ Лёгкость и гибкость управления- Потери мощности в ключах- Искажения и помехи в сетях |
Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери - меньше, а качество преобразования энергии - гораздо выше.
|
|
|
|
|
| Преобразователи |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||
| Выпрямители≈→= |
| Инверторы=→≈ |
| Преобразователи частоты и числа фаз≈→≈ | Напряжения=→= ≈→≈ |
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||
Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.[1]
Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока.
Инверторы подразделяются на два класса: ведомые сетью (зависимые) и автономные.
Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю.[2]
Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.[3]
В свою очередь автономные инверторы подразделяются на:
www.wreferat.baza-referat.ru
Постоянный ток используют в транспорте, в электрохимии, в электроприводах и т.д. Такой вид потребления электрической энергии составляет 25% от мощности потребляемого переменного тока.
В технике всегда возникает необходимость плавного регулирования скорости вращения механических устройств или изменения потребляемой мощности:
- регулирование освещения в помещениях,
- вариация скоростью вращения швейных машин,
- программное изменение скорости вращения металлообрабатывающих центров и т.п.
Выпрямители предназначены для питания электрических устройств, принцип работы которых основан на использовании источников постоянного тока. К таким устройствам относятся все радиотехнические устройства связи промышленного и бытового назначения, электропитание автономных передвижных механизмов, промышленных установок гальваностегии, гальванопластики, электролиза и многое другое.
Кроме выпрямителей в настоящее время существует большой класс инверторов, которые преобразуют источник тока в ток переменной частоты. Хотя ранее эта проблема была связана с накоплением энергии от сети переменного тока в источник хранения энергии постоянного тока, и в часы пиковой нагрузки эта энергия перекачивается в сеть переменного тока. Такие устройства получили название инвертора ведомого сетью.
Использование полупроводниковых приборов позволило:
- уменьшить вес преобразователей в 3..7 раз ( дало возможность обходится без подъемных устройств перемещения или установки преобразователей),
- увеличить КПД в среднем на 10..40%;
- отказаться от сложного водяного или масляного охлаждение вентилей;
- получить большую экономию электроэнергии.
Так внедрение силовых полупроводников в систему управления насосами и компрессорами дало экономию энергии на 30%, в транспорте 20..30%, в приводах производств, производящих бумагу, 14 % и т.д. Полупроводниковая силовая техника позволила:
- создать безинерционные преобразователи,
- увеличила долговечность устройств в несколько раз,
- повысила надежность установок,
- позволила создавать преобразователи для необычайно широкого диапазона преобразователей по мощности. Так в бытовой техники преобразователи имеют мощность от 100 Вт, а в промышленности до нескольких мегаватт.
В настоящее время полупроводниковые преобразователи обслуживают:
- бытовую технику,
- технику сферы обслуживания населения,
- насосные станции водоснабжения и электростанций,
- мельницы по переработки зерна,
- цементные заводы, электротранспорт,
- текстильную промышленность, центры проката металла, где потребляется мощность от 20 до 40 МВт (порядка 3000 электродвигателей),
- уменьшить стоимость преобразователя по сравнению с преобразователями на ртутных вентилях.
Это позволяет сделать вывод ,что за полупроводниковой техникой будущее.
1. Задание по курсовой работе.
Зачётная книжка № 050198.
В курсовой работе имеется пять заданий, посвященных различным электронным устройствам. В задании 1 необходимо привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей. В задании 2 необходимо привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. В задании 3 необходимо описать принципа работы преобразователя малой и большой мощности. В задании 4 необходимо объяснить принцип инвертирования тока и напряжения. Показать схему электрическую принципиальную инвертора и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы. Описать принцип работы данного преобразователя. В задании5 необходимо изобразить блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной схемы управления преобразователями электрической энергии. Привести схему замещения системы управления преобразователем и объяснить назначение всех ее элементов. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы напряжений, поясняющих принцип его работы.
Задание выбираем по последней цифре 8. Если вариантов больше 10, то по сумме двух последних цифр номера своей зачетной книжки. Мой номер 050198. Сложим цифры 9 + 8=17. Это и есть номер варианта во 2 задании, в остальных №8.2. Задание 1. Привести классификационную структуру преобразователей электрической энергии и по ней объяснить назначение и дать краткую характеристику основных классов преобразователей.
Решение
Рисунок 2.1. Структурная схема классификации преобразователей электрической энергии.
- регулируемее величины U, I, f, расположенные в верхней части блоков, расположенных снизу рисунка.
- к способу коммутации относятся параметры, расположенные в нижней части блоков в этой же группе блоков. Эти параметры означают следующее:
U1 - коммутация напряжением питающей сети (преобразователи ведомые сетью),
U2 - коммутация напряжением приемной цепи (преобразователи ведомые напряжением нагрузки),
S - принудительная коммутация от внешнего источника.
Нерегулируемый выпрямитель не имеет регулируемой величины. Коммутация вентилей осуществляется под действие напряжения сети переменного тока. Собирают выпрямитель на диодах .
Выпрямитель управляемый полностью повторяет принцип работы неуправляемого выпрямителя этой же конфигурации. Особенность работы только в том, что система управления вентилями позволяет менять время включения тиристоров или транзисторов, используемых в качестве управляемых вентилей. Каждый вентиль включается с запаздыванием по фазе на угол α.Ток в нагрузке всегда прерывистый и несинусоидальный. Вентиль выбирается точно так же, как для неуправляемого выпрямителя, но учитывается прямой скачек напряжения на открывающемся вентиле. Собирают силовую часть выпрямителя, на тиристорах или транзисторах .
Инвертор это преобразователь постоянного тока в переменный промышленной частоты или иной частоты. Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания. Вентильный инвертор всегда работает с источником постоянного напряжения, который подключается к схеме так, чтобы он на анодах вентилей создавал положительное напряжение. Инвертор в принципе не может работать на неуправляемых вентилях. Вентиль инвертора всегда следует открывать с опережением для того, что он не перешел в режим опрокидывания. Инверторы однофазного тока сильно меняют форму сетевого напряжения. Этот недостаток в меньшей степени проявляется в трехфазных инверторах, ведомых сетью. Отключение напряжения сети от ведомого сетью инвертора недопустимо потому, что он немедля переходит в аварийный режим работы. Ток, поступающий в сеть переменного тока, как и при однофазном инвертировании не синусоидален.
3. Задание 2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока
Привести схему параметрического стабилизатора постоянного напряжения и описать принцип ее работы. Из таблицы 1 для варианта 17 находим, Е0= 18 В; UH= 8В; Iн=12мА.
Решение
3.1. Выбираем стабилитрон с учетом следующего. Так как стабилитрон и нагрузка включают параллельно, то по справочнику выбираем стабилитрон 2СМ 180А с напряжением стабилизации 8В ± 5% , минимальный ток стабилизации 3 мА, максимальный ток стабилизации 15 мА. Вычисляем среднее значение напряжения стабилизации Uct = (7,6 + 8,4)/2 = 8,0 В. Вычисляем средний ток стабилитрона I ст= (Iмин + Iмакс)/2 = (3 + 15)/2 = 9 мА. Вычисляем ток, потребляемый от источника питания I = Iн + I ст= 12+ 9 =21 мА.
3.2. Вычисляем величину балластного сопротивления Rб. Для чего чертим схему параметрического стабилизатора (Рисунок. 3.1) и записываем уравнение по второму закону Кирхгофа
Е0 = I* Rб + Uст → Rб=( Е0 - Uст )/ I =(18-8)/0,021=476 Ом
Вычисляем мощность рассеяния резистора Pн = I*U6 =21*(18 - 8,0) =0,21Вт. выбираем по справочнику стандартное значение с учетом допустимой мощности рассеяния резистора МЛТ-0,25 470 Ом ±5%.
Рисунок. 3.1
3 Масштаб 5мм→1В; 10мм→3мА
.
А- точка покоя стабилитрона( 8в,9мА)
Рисунок. 3.2..3. Строим вольтамперную характеристику 3.4. Определяем дифференциальное сопротивление стабилитрона и коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения
Для правильного определения дифференциального сопротивления стабилитрона нужно через рабочую точку А стабилитрона провести касательную, взят ее отрезок и, как на гипотенузе, построить прямоугольный треугольник. Далее определить катеты этого треугольника и взять отношение катета по напряжению. К катету по току. Это и будет дифференциальное сопротивление стабилитрона. К сожалению, графически для стабилитрона этот метод не приемлем потому, что хорошие стабилитроны имеют очень небольшой наклон рабочего участка стабилитрона. Потому предлагаем использовать справочник [9], где дается дифференциальное сопротивление. Для нашего стабилитрона оно равно Ri = 180 Ом.
Е - постоянное напряжение источника питания; ±Δ Е - абсолютное изменение напряжения источника питания в течение суток; А - точка решения задачи, для которой ток Iо является решением уравнения составленного по второму закону Кирхгофа; Imin - минимальный ток стабилизации; Imax - максимальный ток стабилизации.
Этот коэффициент показывает, во сколько раз относительные изменения не стабилизированного входного напряжения больше относительного изменения стабилизированного выходного напряжения:
Δ Е= Еmax - Еmin=25-11=14В Δ UCT=U max - U min=8.4-7.6=0.8В
Кст=(ΔЕ/E)/( Δ UCT/ UCT)=(14/8)/(0,8/8)=7,74. Задание 3. Выпрямители переменного тока
По таблице выбираем для варианта № 8 схему трёхфазного выпрямителя малой мощности, собранной по мостовой схеме.Решение
4.1. Блок - схема выпрямителя. Рисунок 4.1.
Тр - трансформатор(Tp1). Он понижает или повышает напряжение U1 до величины U2, если это необходимо для практики.
ВП - вентильный преобразователь(VD1-VD6), преобразующий напряжение (ток) переменное U2 в напряжение (ток) однополярное U3.
Ф - фильтр (R1-C1), пропускающий в нагрузку (Rн) постоянную оставляющую тока, и не пропускающий всевозможные гармоники. При этом напряжение в нагрузке U4 становится постоянным с небольшими пульсациями.
4.2. Схема электрическая принципиальная выпрямителя. Рисунок 4.2.
0 Тр 1
Еа Ев Ес
VD 1 VD 4
VD 3 VD 6
VD 5 VD 2
С2 C 1 R1
Rн Диаграммы напряжений. Рисунок 4.3.
U 2
U 3
U4
t
t
4.3. Описание принципа работы преобразователя.Обмотки трансформатора соединены по способу «Звезда». К каждой фазе подключены два диода относительно фазных напряжений включенных встречно. Так диод VD1 подключен к фазе А анодом и, следовательно, будет открываться при положительной полуволне фазы А. Диод VD4 подключен к фазе А катодом и, следовательно, откроется только при отрицательной полуволне фазного напряжения Еа. Таким образом, нечетные диоды представляют собой схему однополупериодного трехфазного выпрямителя, диоды которого открываются при положительном напряжении на их анодах
Четная группа вентилей тоже по конфигурации напоминает схему однополупериодного трехфазного выпрямителя. Однако диоды открываются при наибольшем по величине, но отрицательном по знаку фазном напряжении.
На рис. 4.3. приведена схема последовательности работы вентилей мостового трехфазного выпрямителя.
Каждый диод находится в открытом состояние в течение времени .
В схеме выпрямителя всегда открыты два вентиля, один в анодной и один в катодной группе. Напряжение и ток на выходе выпрямителя непрерывны, но пульсирующие. Число пульсаций за период равно шести.
Выпрямленное напряжение определяется линейным напряжением сети переменного тока.
В Г - образном фильтре рис. 4.3. используются R-C элементы, которые применяют для питания электронных устройств малой мощности. В мощных выпрямителях применяют П - образный L-C фильтр , вместо R1 применяют индуктивность и дополнительную ёмкость С 2 ( на рис. 4.3 обозначена пунктирной линией) .
Для более мощного выпрямителя необходимо увеличить мощность трансформатора, вентилей, фильтра. Принципиальных отличий у него нет. Если особых требований к коэффициенту пульсаций не предъявляется, то L-C фильтр можно исключить.5. Задание 4. Инверторы
Из таблицы выбираем для варианта № 8 трехфазную мостовую схему инвертора, автономного.Решение5.1. Автономный инвертор является преобразователем постоянного тока в переменный ток, и его работа определяется системой управления. Они применяются в том случае, если основным источником питания является солнечная батарея, аккумулятор и т.п.Рисунок 5.1. Рисунок 5.2.
В схеме, представленной на рис. 5.1 ток протекает по нагрузке с лева направо (если выполняется неравенство Е1>Е2 или существует иная причина). Тогда для схемы справедливы уравнения
E1-E2 = I×R
I(E1-E2) = I2-R
P1-P2 = I2-R
Из уравнения (5.1) ясно, что мощность черпается от источника Е1 тогда, когда ток протекает по часовой стрелке. Если ток в цепи будет протекать против часовой стрелке (если Е2>Е1 либо по иной причине), то в сеть энергию будет отдавать генератор Е2:P2-P1 = I2-R
Таким образом, направление передачи энергии зависит от направления протекания тока в цепи.
Для рис.5.2 тоже очевидно, что при заданном направлении тока энергию в сеть отдает источник Е2, а источник Е1 накапливает энергию (зарядка аккумулятора). Инвертирование в этой схеме можно получить не меняя направления тока, а поменять полярность источника Е1. В этом
случае источник Е1 тоже начнет отдавать энергию в сеть.
Направление передачи энергии источника можно обеспечить, изменяя направление тока цепи относительно напряжения источника (ток и напряжения в противофазе). Направление передачи энергии от источника или к источнику можно обеспечить, изменив направление напряжения источника питания.5.2. Блок - схема инвертора с системой управления и общее описание работы инвертора рисунок 5.3.
Н
Е
ВП
Ф СУ
Е- источник постоянного тока.
ВП - вентильный преобразователь, преобразующий постоянный ток в трёхфазное переменное напряжение .
Ф - фильтр, пропускающий в нагрузку трёхфазное переменное напряжение рабочей частоты , и не пропускающий всевозможные гармоники.
Н- нагрузкой трёхфазной может быть трансформатор , двигатель и т.д.
СУ- система управления вентилями.В автономных инверторах в отличие от зависимых ин-верторов частота и напряжение получаемого переменно-го тока определяются исключительно режимом работы их управляемых вентилей.
Трехфазный мостовой инвертор. На рис. 5.4 представлена схема трехфазного мостового инвертора на тиристорах и диаграммы токов и напряжений на ее элементах.
В этой схеме, так же как и в однофазной, управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол β относительно моментов времени, соответствующих началу коммутации тиристоров при работе схемы в режиме неуправляемого выпрямителя (α= 0). Указанные моменты времени соответствуют прохождению через нуль линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора, т. е. пересечению синусоид фазных напряжений Иа, Ив, и Ис.
Рис. 5.4. Трехфазный мостовой инвертор .
Рассмотрим работу схемы, считая, что ток iа, как и в выпрямительном режиме, идеально сглажен. На интервале ΰ0… ΰ1 под воздействием напряжения источника Ud ток Id проходит через тиристоры VS1, VS2 и вторичные обмотки трансформатора (фазы a и с). При этом мгновенное значение противо ЭДС инвертора (см. рис. 5.4, ) равно разности напряжений Ис и Иа.
В момент ΰ1 , определяемый углом опережения β, который задается системой управления инвертора, подается управляющий импульс на тиристор VS3. Этот тиристор включается, в результате чего фазы а и в вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току iVS1, протекающему через тиристор VS1. Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в трехфазной мостовой схеме выпрямителя, длительность которого выражается углом γ. Напряжение ud на интервале коммутации становится равным напряжению Ис минус полусумма напряжений Иа и Ив. . После окончания процесса коммутации ток будут проводить тиристоры VS1 и VS3, а к тиристору VS1будет приложено обратное напряжение в течение времени, определяемого углом δ β = γ + δ
Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 5.4. Длительность проводящего интервала каждого вентиля равна
(2л/3) + γ.
Напряжение источника Ud0 при холостом ходе инвертора связано с действующим значением фазного напряжения трансформатора соотношениемИнвертор выполнен по мостовой схеме и состоит из шести тиристоров
(рис. 5.4) и шести неуправляемых вентилей ,которые включены встречно-параллельно тиристорам, их ещё называют обратные диоды (на схеме не указаны).
Тиристоры обеспечивают подачу через определенные промежутки времени импульсов напряжения на фазы А, В и С , т.е. получение на выходе инвертора трехфазной системы напряжений. Благодаря применению вентилей, устраняются перенапряжения на элементах инвертора и обеспечивается независимое друг от друга включение и выключение тиристоров.
Устройства для искусственной коммутации тиристо-ров могут быть установлены в каждом плече моста (индивидуальная коммутация), каждой фазе (мсждуфазовая коммутация) или же можст быть установлено общее устройство для всех тиристоров (общая коммутация).
-6. Задание 5. Системы управления преобразователями электрической энергии
Из таблицы 4 выбираем для варианта 8 схему системы управления вертикального типа.Решение
6.1. Привести блок - схему и объяснить принципа работы обобщеннойсхемы управления преобразователями электрической энергии
Рисунок 6.1.
На рис. 6.1. приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для; СУ силовых электронных устройств. Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на регулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на силовые элементы. По существу ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Сигналы регулятора обычно являются маломощными и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ называют также драйвером.
Узлы выполняются на различной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле . Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания часто с различными параметрами. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для собственных нужд, называемых также источниками оперативного питания (ИОП). В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходного) напряжения силовых цепей с параметрами, требуемыми для питания элементов СУ. При питании от сети переменного тока, основой ИОП являются маломощные трансформаторы с несколькими вторичными обмотками на разные напряжения. Эти обмотки подключаются к выпрямителям с выходными, обычно емкостными фильтрами.
Для стабилизации уровней выходных напряжений маломощных выпрямителей используют стабилитроны или транзисторные регуляторы в дискретном или интегральном исполнениях.
Система управления силового электронного устройства обычно выполняет следующие функции:
формирование сигналов управления силовыми элементами силовой части;
регулирование выходных параметров силовой части;
включение и отключение по заданному алгоритму основных узлов силовой части;
обмен информацией с внешней средой. Текущий контроль и Диагностика устройства осуществляется блоком УКД, на вход которого поступают сигналы с датчиков контролируемых параметров.
Результаты контроля диагностики поступают на блок обработки информации ИНФ и затем с его выхода — на защитные устройства ЗУ. Блок ИНФ также в общем случае может связывать все устройство со внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменения режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. С другой стороны из блока обработки информации могут исходить сигналы о состоянии устройства, режиме его работы, информация о причине отключения или срабатывания защит и др.
Представленная на рисунке структура является обобщенной. В ней отражены характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструктивном или функциональном видах. Обмен с внешней средой может осуществляться с помощью тумблеров или кнопок, а о состоянии аппарата будут давать информацию обыкновенные сигнальные лампы
Соответственно элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой техники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовываться в импульсную форму.6.2. Привести схему замещения системы управления преобразователем иобъяснить назначение всех ее элементов
Структурная схема управления однофазным инвертором представлена на рисунке 6.1.В этой схеме генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого больше, например, частоты сети в четыре раза. Выходное синусоидальное напряжение генератора в формирователе импульсов Ф преобразуется в прямоугольные импульсы, которые являются оптимальными по форме для управления. Эти импульсы поступают в распределительное устройство РИ, где происходит распределение импульсов почетырём каналам для мостовой схемы вентильного преобразователя. Каналы 1.. .4 передают импульсы управления на соответствующие вентили преобразователя.
Замечание. Если частота переключений тиристоров равна fo, то частота fг генератора должна быть больше и равна fг = 4∙fo. При этом сдвиг по фазе для вентилей нужно выдержать равным π/2.6.3. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммынапряжений, поясняющих принцип его работы.
Рис. 3.10
Однофазный инвертор напряжения на полностью управляемых элементах
(транзисторах). б -диаграммы тока и напряжения, в- диаграмма управляющих импульсов, г -диаграмма выходного напряжения инвертора
На рис. 3.10, б представлены диаграммы, иллюстрирующие работу схемы. Когда открыты транзисторы VТ1 и VТ4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную (без скобок) на рис. 3.10, б, а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону. В момент ΰ = π поступают управляющие импульсы, запирающие транзисторы VТ1, VТ4 и отпирающие транзисторы VТ2, VТЗ.
Заключение
В заключении можно отметить , что задания 1…4 выполнены , на мой взгляд, в полном объёме , а неудачный раздел 6.3. 5го задания. Причина- недостаток используемых новоизданных первоисточников. Список используемых первоисточников1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов. 2. Ю.К. Разанов, ЕМ. Соколов «Электролнные устройства Электромеханических систем» . Москва 2004.3. Кузьмин Ю.Г. Основы электроники дисциплины «Электротехника с основами электроники» для студентов АГАУ специальности ЭиАСХ. Теоретические основы, общие методические указания и задание по курсовой работе.- Барнаул: 2007.- 146 с.
www.coolreferat.com
