Расчет устройств преобразования электрического тока

Федеральное агентство морского и речного транспорта Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волжская государственная академия водного транспорта Кафедра электротехники и электрооборудования объектов водного транспорта Курсовая работа по дисциплине:

«Судовая электроника и силовая преобразовательная техника»

Тема: «Расчет устройств преобразования электрического тока»

выпрямитель фильтр трансформатор напряжение Астрахань

2012 г.

Задача. Произвести расчет и выбор элементов выпрямителя с LC-фильтром. Потерями в вентилях и элементах фильтра пренебречь Исходные данные:

Напряжение нагрузки U_H=48 В, ток нагрузки I_H=5 А, допустимый коэффициент пульсации выпрямленного напряжения q₂ =0,062

Характеристика сети питания — однофазная напряжением U₁= 220 В; частота f =50Гц, напряжение короткого замыкания трансформатора u_K= 7%

Схема выпрямителя — мостовая.

Решение:

1. Принципиальная электрическая схема выпрямителя:

2. Среднее значение выходного напряжения выпрямителя

U_d = U_H = 25 В

(т.к. потерей напряжения на дросселе по условиям задачи можно пренебречь).

3. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

U₂ = U_d / в_U = 48/0,9 =53,3 В где в_U — коэффициент передачи выпрямителя по напряжению

в_U = U_d / Е_2.

Для однофазного двухполупериодного выпрямителя (табл. 2)

U_d /Е₂ = 0,9.

4. Среднее значение выходного тока выпрямителя

I_d = I_H = 5 А

(т. к. по условиям задачи конденсатор считается идеальным и постоянная составляющая через него не проходит).

5. Действующее значение тока вторичной обмотки где в_i — коэффициент передачи выпрямителя по току в_i = I_d / I₂.

Для однофазного мостового выпрямителя в_i = 1 (см. табл. 2 I₂ /I_d =1).

6. Расчетная мощность трансформатора

S_T = 1,11 U_d I_d = 1,11*48*5=266,4 ВА

(т. к. по табл. 2 для однофазного мостового выпрямителя S_T /Р_d= 1,11).

7. Амплитудное значение тока вентиля

I_am = I_d = 5 А

(т.к. по условиям задачи фильтр должен обеспечить удовлетворительное сглаживание).

8. Cреднее значение тока вентиля

I_a = I_d*0,5 = 5*0,5 =2,5 А

(т. к. по табл. 2 для однофазного мостового выпрямителя I_a / I_d = 0,5).

9. Амплитуда обратного напряжения на вентилях

U_ОБР = 1,57 U_d / = 1,57*48 =75,4 В.

(т. к. по табл. 2 для однофазного мостового выпрямителя U_ОБР / U_d = 1,57).

10. Принимаются вентили типа Д214 для которых:

средний прямой ток I_a ^кат = 10 А;

обратное напряжение U ^кат_ОБР =100 В;

среднее значение прямого падения напряжения Д U_а =1,2 В Для принятых вентилей выполняются условия выбора:

I_a ^кат = 10 А > I_a = 2,5 А,

U ^кат_ОБР =100 В > U_ОБР =75,4 В.

11. Коэффициент пульсации на выходе выпрямителя

q₁ =2/(m² — 1) = 2/(2² — 1) = 0,67.

M — кратность частоты переменной составляющей выпрямленного напряжения к частоте питающей сети. Для однофазного мостового выпрямителя по табл. 2 m=2.

12. Требуемый коэффициент сглаживания

S = q₁ / q₂ = 0,67/ 0,062 = 10,8.

13. Сопротивление нагрузки

R_H = U_H / I_H = 48 /5=9,6 Ом.

14. Реактивное сопротивление конденсатора, входящего в состав фильтра, для удовлетворительного сглаживания определяется исходя из соотношения Х_С = 0,1R_H

Х_С = 0,1R_H = 0,1 * 9,6 =0,96 Ом.

15. Угловая частота пульсаций

щ_П = 2р m f= 2*3,14*2*50 = 628 рад^-1.

16. Емкость конденсатора входящего в состав фильтра С = 1/(щ_П Х_С)=1 / (628* 0,96)=165*10^-6 Ф

17. Индуктивность дросселя, входящего в состав фильтра

L = S/(щ_П ²C)= 10,8/(628 ^2*165*10^-6)=0,02 Гн

18. Коэффициент трансформации тока

К_Т? U₂/ U₁ = 48/ 220 =0,21

19. Активное сопротивление обмоток трансформатора по первичной стороне

R _Т = (u_K U₁) / (100 I₁) = (u_K U₁) / (100 К_Т I₂) =

= (7* 220) /(100*0,21*0,5)= 147Ом

20. Активное сопротивление обмоток трансформатора приведенное ко вторичной стороне

R_Т` = К_Т² R _Т = 0,21² * 147 = 6,48 Ом

21. Внутреннее активное сопротивление выпрямителя

R _{В H} = R_Ф + R_Т` = 0 + 6,48 = 6,48 Ом, т. к. по условиям задачи потери в фильтре пренебрегаются R_Ф =0

22. Внутренняя ЭДС выпрямителя, равная среднему значению выходного напряжения идеального источника Е_Н= U_Н ХХ = в_U Е₂? в_U U₂ = 0,9*53,3 = 48 В

23. Расчет внешней характеристики

U_Н = Е_Н — N Д U_а — I_H R_{В H}

N — число вентилей одновременно обтекаемых током.

Для заданной схемы N=2, поэтому

N *Д U_а =2*1,2 =2,4 В.

Результаты расчета для значений тока от 0 до 100% I_H с шагом 10% сведены в таблицу

24. Наклон (коэффициент статизма) внешней характеристики выпрямителя К_С= 100(U₀ -U_Н) / U₀ = 100(48−13,2) / 48=72,5%

25. График вешней характеристики выпрямителя

Выводы:

1. Для питания нагрузки с заданными параметрами и характеристикой сети принимается вентильный комплект, построенный на вентилях типа Д214;

2. Для обеспечения заданного уровня пульсации выпрямленного напряжения используется LC-фильтр с емкостью 165*10^-6 Ф и индуктивностью 0,02 Гн.