Паралельний однофазний інвертор струму на тиристорах
Работа из раздела: «
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»
/
Національний технічний університет
України «КПІ»
Кафедра Промислової електроніки
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
З курсу Силові електронні системи
Тема: «Паралельний однофазний інвертор струму на тиристорах»
Керівник
Будьонний О.В
Виконав
Грабовий О.О
2011р.
ВСТУП
Автономні інвертори - це пристрої, що перетворюють постійний струм в змінний з постійною або регульованою частотою і працюють на автономне навантаження. Перетворювачі частоти - це пристрої, що перетворюють змінний струм однієї частоти в змінний струм іншої частоти. Основні області практичного застосування автономних інверторів і перетворювачів частоти:
1) живлення споживачів змінного струму в пристроях, де єдиним джерелом енергії є акумуляторна батарея (наприклад, бортові джерела живлення);
2) електропостачання установок гарантованого живлення при аварії в основній мережі змінного струму (електрозв'язок, власні потреби електростанцій, реакторні установки);
3) регульований електропривод змінного струму з найекономічнішим частотним керуванням;
4) електротранспорт, що живиться від контактної мережі постійної або змінної напруги, де у якості приводного двигуна бажано мати прості, дешеві і надійні асинхронні двигуни з коротко замкнутим ротором;
5) джерела прямого перетворення енергії, в яких виробляється постійний струм відносно низької напруги (термо- і фотоелектричні генератори, паливні елементи, МГД-генератори);
6) живлення різних технологічних установок, що використовують нестандартну частоту (електротермія, ультразвукова обробка, електромагнітне змішування і транспортування рідких металів та ін.);
7) енергопостачання окремих районів від відведень магістральних ліній передач постійного струму.
До автономних інверторів і перетворювачів частоти, пред'являються наступні вимоги:
1) забезпечення максимального к.к.д.;
2) мінімальна встановлена потужність окремих вузлів і елементів;
3) можливість широкого регулювання вихідної напруги;
4) забезпечення стабільності вихідної напруги при зміні величини і характеру навантаження, а також вхідної напруги;
5) забезпечення синусоїдальної або близької до синусоїдальної форми кривої вихідної напруги;
6) можливість регулювання в певних межах вихідної частоти, що перш за все необхідно в установках вентильного електроприводу;
7) можливість роботи в режимі холостого ходу;
СТРУКТУРНА СХЕМА
Рис. 1 Структурна схема структурна
На рис. 1зображена структурна схема роботи. Вхідна змінна напруга подається на випрямляч, а потім на згладжувальний фільтр. Профільтрована напруга подається на тиристорний інвертор струму. Вихідна напруга інвертора через трансформатор передається у навантаження. Напруга на навантаженні зчитається системою керування, яка формує імпульси для регулювання вихідного струму.
СИЛОВА ЧАСТИНА СХЕМИ
Рис. 2 Електрична принципова схема силової частини
На вхід інвертора подається постійна вхідна напруга, що надходить із згладжу вального LC фільтру. Вентилі VT1, VT4 відкриваються у перший момент часу. Струм починає протікати шляхом +, L1, VT1, VT4, -. В цей час конденсатор С заряджається у полярності, вказаній без дужок.
Коли система керування відкриває вентилі VT2, VT3 створюється контур для розрядження конденсатора через тиристори VT1, VT4. Під дією розрядного струму конденсатора, напрямленого зустрічно із током тиристорів VT1, VT4, ці вентилі закриваються. Комутація струму відбувається майже миттєво. Конденсатор починає перезаряджатися через тиристори VT2, VT3. При цьому полярність буде відповідати полярності в дужках.
В результаті, через вторинну обмотку трансформатора буде проходити змінний струм.
На рис. 3 показані часові діаграми роботи наведеної схеми.
Рис. 3 Часові діаграми роботи схеми
РОЗРАХУНОК СИЛОВОЇ ЧАСТИНИ
Номінальне значення живлячої мережі:
Частота живлячої мережі:
Значення напруги після випрямляча знаходиться за формулою:
Напруга на виході інвертора буде рівна:
Знайдемо коефіцієнт трансформації, ураховуючи, що номінальне значення напруги навантаження :
Знайдемо максимальний та мінімальний струми первинної обмотки трансформатора:
Опір навантаження знайдемо як:
В даній схемі максимальна напруга на тиристорах рівна:
Враховуючи перепади живлячої мережі:
Розрахуємо параметри вхідного фільтра:
Задавшись значенням знайдемо індуктивність:
Розрахуємо значення дроселів :
Частоту вихідної напруги приймемо рівною 50 Гц. Індуктивності підберемо таким чином, щоб час їх розряду в 10 разів перевищував півперіод вихідної напруги.
Розрахуємо конденсатор С2:
Проаналізував отримані данні виберемо реальні елементі:
У якості вентилів виберемо оптотиристори, так як їх керування відбувається значно легше аніж керування тиристорами.
Виберемо М2ТОТО-40. Цей силовий оптотиристори має наступні параметри:
- періодична пікова напруга тиристора у ввімкненому стані - 400В
- максимальний піковий струм у відкритому стані - 63А
- допустимий середній струм - 40А
У якості діодів виберемо Д246А. Параметри цих діодів:
- Максимально допустимий середній випрямлений струм - 10А
- Максимально допустима зворотна напруга - 400В
- Зворотний струм при максимально допустимій зворотній напрузі - 3мА
- Постійна пряма напруга - 1В
РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА
Розрахуємо габаритну потужність трансформатора:
Виходячи із значень габаритної потужності, живлячої мережі та частоти, на якій працює трансформатор вибираємо сердечник. Використаємо стрічковий сердечник з електротехнічної сталі 2412 товщиною 0.35 мм.
Максимальну індукцію в сердечнику приймаємо рівною ;
Густину струму в обмотках - ;
ККД трансформатора - ;
Коефіцієнт заповнення вікна міддю - ;
Коефіцієнт заповнення сердечника сталлю - .
Визначимо добуток площі перерізу магнітопроводу на площу вікна сердечника
Обираємо стержневий стрічковий магнітопровід типу ПЛ40х80х160.
Дня нього , , ; середня довжина магнітної силової лінії .
а, мм b, мм c,мм A,мм H,мм h, мм h1,мм
40 80 64 144 240 160 40
Визначимо кількість витків первинної обмотки трансформатора:
Тоді кількість витків вторинної обмотки буде дорівнювати:
Площу перерізу витка вторинної обмотки визначимо для максимального струму у навантаженні:
Виберемо провід діаметром 2.7мм. Його площа:
Визначаємо площу перерізу витка первинної обмотки:
Діаметр проводу приймемо рівним 2мм. Площа його перерізу:
СИСТЕМА КЕРУВАННЯ
Система керування інвертором працює наступним чином. Генератор імпульсів (ГІ) формує послідовність імпульсів. Він виконаний у вигляді мультивібратора. З виходу генератора імпульсів вони поступають на вхід розподільника імпульсів, який виконаний на Т-тригері. Регулятор імпульсів розподіляє імпульси на два канали. В кожний канал увімкнений буферний елемент, який підсилює сигнал для відкриття тиристорів. Ці канали керують тиристорами, які увімкнені діагонально. Також з виходу ГІ імпульси поступають на генератор пилкоподібної напруги ГПН. Із ГПН імпульси поступають на компаратор, де вони порівнюються із підсиленим сигналом помилки вихідної напруги.
Із компаратора імпульси надходять на буферний елемент. Останній керує вентилями VS5,VS6.
Генератор імпульсів виконаний на елементах DD1.1, DD1.2, R1, C4. Схема діє завдяки безперервному перезаряду конденсатора C4 через резистор R1. Підбираючи номінали резистора R1 та С4, можна задати необхідну тривалість імпульсів виходячи з умови .
Розподільник імпульсів виконаний на елементах DD2. У якості Т-тригера вибрано DM74LS74A. Елементи DD4, DD5, DD8 є буферними, вони використовуються для підсилення сигналу. У якості цих елементів візьмемо SN74LVC2G34. Цей елемент повністю нам підходить, оскільки для відкриття обраних оптотиристорів необхідно 15мА, а буферний елемент видає сигнал 50мА. Ланка з С6, R2, DD3 призначена для виділення запускаю чого імпульсу, який надходить на ГПН. Елемент DD3 - це тригер Шмідта CD4093B. Генератор пилкоподібної напруги зібраний на елементах VT1, R3, C7, DD6. DD6, DD7 - операційний підсилювач LM301. СК живиться від напруги 5В.
ДРУКОВАНА ПЛАТА
Для розробки друкованої плати використане програмне забезпечення SLayout 5. Запропонована плата є двосторонньою, але усі елементи розташовані у верхній її частині.
У додатку приведено креслення друкованої плати.
ВИСНОВКИ
На сьогоднішній день інвертор є дуже поширеним пристроєм перетворювальної техніки. Це пов'язано з його широким використанням для живлення промислових установок та побутових приладів.
В роботі представлений алгоритм розрахунку однофазного паралельного інвертору струмах на тиристорах, а також запропоновано систему керування його вентилями.
У якості вентилів були вибрані оптотиристори, так як керування цими елементами потребує менш складної системи керування, аніж звичайний тиристор. Реалізовано систему плавної зміни вихідної напруги та струму. Проведено необхідні розрахунки силової частини схеми, а також представлене креслення друкованої плати для інвертора.
інвертор тиристор друкований плата
ЛІТЕРАТУРА
1. Векслер Г.С. «Розрахунок електроживильних пристроїв». Киев 1970г.
2. Руденко В.С., Морозов В.Г., Ромашко В.Я. Методические указания к курсовой работе по курсу «Преобразовательная техника», Киев КПИ 1984г.
3. В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В.Г. Морозов, «Перетворювальна техніка», Київ 1996р.
4. В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, «Расчет источников электропитания устройств связи», М. 1979г.
5. Ромаш Э. М. Источники вторичного электропитания РЭА, М.: Радио и связь, 1981г.
Додаток
Схема електрична принципова
Креслення друкованої плати
*Діаметр отворів 2,1 мм
