Последовательный автономный резонансный инвертор с обратными диодами - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Главная
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Последовательный автономный резонансный инвертор с обратными диодами
Выбор схемы, описание принципа действия и расчёт автономного резонансного инвертора для промежуточного режима, "холодного" и "горячего" режимов, стабилизации напряжения на нагрузке, стабилизации мощности. Расчёт дросселя и согласующего трансформатора.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Тольяттинский политехнический институт
1. Выбор схемы инвертора, описание принципа действия.
2. Расчёт АИР для промежуточного режима.
3. Расчёт АИР для «холодного» и «горячего» режимов.
4. Расчёт режима стабилизации напряжения на нагрузке.
5. Расчёт режима стабилизации мощности.
8. Расчёт согласующего трансформатора.
Автономные инверторы - устройства, преобразующие постоянный ток в п еременный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку. В качестве нагрузки автономного инвертора может выступать как единичный потребитель, так и разветвлённая сеть потребителей.
Основой автономного инвертора является вентильное переключающее устройство, которое может выполняться по однофазным и трёхфазным схемам (с нулевым выводом или мостовым), где ключами служат транзисторы и одно- или двухоперационные тиристоры. При использовании однооперационных тиристоров схему дополняют элементами, предназначенными для коммутации тиристоров. Одним из главных является конденсатор. Конденсаторы могут применяться для формирования кривой выходного напряжения инвертора и определять характер процессов, протекающих в схеме. В связи с этим схемы автономных инверторов подразделяют на автономные инверторы напряжения (АИН), автономные инверторы тока (АИТ) и автономные резонансные инверторы (АИР).
В АИР конденсатор можно включать последовательно с нагрузкой или параллельно ей. Характер протекающих процессов в главных цепях ключевой схемы обуславливается колебательным процессом перезаряда конденсатора в цепи с источником питания и индуктивностью, специально введённой или имеющейся в составе нагрузки, в связи с чем ток в цепи нагрузки приближается по форме к синусоиде. АИР обычно выполняют на однооперационных тиристорах. Помимо формирования кривой тока (напряжения) нагрузки конденсаторы здесь осуществляют операцию запирания тиристоров.
В автономных резонансных инверторах (АИР) выключение вентилей осуществляется из-за колебательного характера тока, обеспечиваемого последовательным LC_контуром. Нагрузка в АИР включается либо последовательно с LC_контуром, либо параллельно с ним, либо параллельно одному из реактивных элементов.
АИР применяют на частотах свыше 1-2 кГц в электротермических и ультразвуковых установках, а также в качестве источников питания для высокоскоростных электродвигателей. Скорость нарастания тока в таких инверторах относительно небольшая, что облегчает условия работы вентилей.
По своим свойствам АИР в зависимости от соотношения параметров и схемы могут быть близки либо к инверторам тока, либо к инверторам напряжения. В первом случае источник питания обладает высоким сопротивлением для переменной составляющей входного тока (источник тока), а во втором - малым сопротивлением (источник напряжения). АИР с питанием от источников тока называются инверторами с закрытым входом, а питающиеся от источников напряжения - с открытым входом.
Резонансным инверторам свойственен недостаток, заключающийся в том, что напряжения на элементах схемы могут в несколько раз превышать напряжение питания. Одним из способов ограничения напряжения на элементах АИР является включение обратных или встречных диодов, с помощью которых накопленная на этапе проводимости тиристоров в конденсаторе энергия возвращается в источник питания или другой накопитель энергии.
Автономный резонансный инвертор, позволяющий работать на повышенной частоте.
Автономный резонансный инвертор с защитой от высокой di/dt при “опрокидывании” инвертора и КЗ в нагрузке.
Автономный резонансный инвертор с защитой от высокой di/dt при коротком замыкании.
Принципиальная схема последовательного АИР с обратными диодами
Временные диаграммы работы инвертора в режиме непрерывного тока нагрузки.
В момент времени t 0 отпираются тиристоры VS1 и VS4, и конденсатор Ск перезаряжается на противоположную полярность (на Рис. 5 без скобок). В момент t 1 анодный ток тиристоров VS1 и VS4 становится равным нулю, и тиристоры запираются. Так как в результате колебательного процесса перезаряда конденсатор Ск заряжается до напряжения, превышающего напряжение источника питания, то диоды VD1 и VD4 отпираются, и конденсатор Ск разряжается на источник питания, обеспечивая протекание тока нагрузки в другом направлении. В момент t 2 отпираются тиристоры VS2 и VS3, и ток нагрузки коммутируется на эти тиристоры. Конденсатор Ск перезаряжается исходной полярностью. После запирания тиристоров VS2 и VS3 ток нагрузки протекает через диоды VD2 и VD3. Таким образом, когда ток протекает через тиристоры, источник питания отдаёт энергию нагрузке, а на интервалах проводимости диодов часть реактивной энергии возвращается в источник питания.
2.1 Расчёт АИР начнём с расчёта реактивных и полных сопротивлений нагрузки, а также коэффициента мощности, в различных вариантах его работы: холодном, промежуточном и горячем. Воспользуемся формулами:
где - круговая частота, f =1500 - заданная выходная частота, Гц;
Результаты вычислений отразили в таблице 1.
Изменение параметров по ходу нагрева.
2.2 Определяем максимальное выпрямленное напряжение:
где Е - заданное напряжение питающей сети, в;
Для получения возможности устранения колебания напряжения на входе инвертора принимаем входное напряжение:
2.3 Минимальный угол запирания тиристоров:
где Ти=1/f - период выходной частоты инвертора;
tвп=40 мкС - паспортное значение времени выключения тиристоров.
2.4 Определяем собственную частоту коммутирующего контура из соо т ношения:
Частота контура равна w0=11167 рад/с.
2.5 Длительность протекания анодного тока:
2.6 Определяем угол включения тиристоров :
2.7 Находим общую индуктивность схемы L, равную сумме индуктивности нагрузки в промежуточном режиме и дополнительной индуктивности Lк.
2.8 Определяем величину дополнительной индуктивности, включение которой желательно из соображений снижения влияния степени нагрева на общую индуктивность.
2.9 Вычисляем среднее значение входного тока
2.10 Находим коэффициенты N и B, определяющие действующее значение тока и напряжения нагрузки в зависимости от параметров инвертора:
2.11 Действующие значения тока и напряжения нагрузки:
Получаем Iн1=242.303 А; Uн1=755.095 В.
2.12 Определяем ток нагрузки, исходя из заданной мощности:
Получаем Iн2=1448.97 А. Так как Iн15 мм, то, согласно [3], общая толщина изоляции данного провода равна 0.5 мм. Следовательно, с учётом изоляции размер сечения оного провода составит: b`=10.5 мм, а`=5,5 мм, S=49.1 мм 2 .
Так как используется два параллельных провода, размер сечения эквивалентного провода будет равным: b1=21 мм, a1=11 мм. Наматывать провод будем плашмя.
7.2 Задаемся внутренним диаметром дросселя. Примем его равным d 2 =88 мм. Тогда внешний диаметр найдем по формуле:
7.3 Длину дросселя принимаем равной внутреннему диаметру: а К =d 2 =100 мм.
7.4 Количество витков в слое найдем по формуле (здесь, и далее для сдвоенного провода):
Получаем: w 1 =4,19. Округляем количество витков в слое до ближайшего целого числа. Следовательно w 1 =5.
7.6 Толщина поперечного сечения обмотки:
7.7 Определяем количество слоев в сечении:
Подставляя, находим: w 2 =6.545. Округляем количество слоев в сечении до ближайшего верхнего числа и получаем w 2 =7.
7.8 Уточняем толщину поперечного слоя обмотки:
7.9 Уточняем внешний диаметр дросселя:
7.10 Средний диаметр катушки дросселя найдем по формуле:
7.12 Рассчитываем вспомогательные коэффициенты:
На основе [2], с учётом значений найденных коэффициентов, получили: Ф=6.4
7.13 Индуктивность катушки прямоугольного сечения найдем по формуле:
где 0 =410 -7 Гн/м - магнитная постоянная.
Подставляя численные значения получаем L=9.9110 -5 Гн. Нам нужна индуктивность величиной Lk=9.88510 -5 Гн. Найденная индуктивность с достаточной точностью соответствует ей, расчёт выполнен верно. Эскиз дросселя приведён на рис.11.
8. Расчёт согласующего трансформатора
Использование трансформаторов в автономных инверторах позволяет согласовывать параметры преобразователя и нагрузки, обеспечивать гальваническую развязку вентильной части инвертора и нагрузки.
действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора I 1 =242.3 А (п.2.11 );
действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора U 1 =755 В (п.2.11);
коэффициент трансформации n Т =6 (п.2.12);
действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U 2 =U 1 /n т , U 2 =125.85 В;
коэффициент мощности нагрузки cos н =0.1366 (п.2.1);
частота напряжения f=1500 Гц (исходные данные).
8.2 Определяем полную мощность трансформатора:
8.3 Выбираем по табл.1 и 2 из [6] магнитопровод, выполненный на основе электротехнической рулонной стали марки Э407 с толщиной листа 0.3 мм, обладающей следующими характеристиками:
удельные потери P 1,7/50 =1.26 Вт/кг;
магнитная индукция при напряженности 100 А/м, не менее В 50 =1.68 Тл.
8.4 Выбираем диаметр стержня магнитопровода, сечение стержня, сечение ярма и коэффициент использования площади круга, число ступеней в сечении стержня магнитопровода по табл. 3,4,5:
коэффициент использования площади круга К и =0.914;
8.5 Определяем индукцию в магнитопроводе при заданной частоте f:
Расчёт геометрических размеров первичной обмотки трансформатора.
где: К з =0.96 - коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью (табл.2 [6]);
F с - активное сечение стержня магнитопровода;
Получаем: w 1 =25.3026, принимаем w 1 =25.
Выбираем медный провод марки ПСД с классом нагревостойкости F, рекомендуемое значение плотности тока для такого провода, согласно табл.6 [6] составляет j=2.5 А/мм 2 .
Определяем сечение провода первичной обмотки:
где j 1 =j - плотность тока в первичной обмотке;
Выбираем по табл.7 [6] сортамента проводов провод сечением 35 мм 2 , имеющий размеры:
с изоляцией : a`=4.05 мм; b`=10.5 мм.
Так как рассчитанное сечение провода (п.8.5.3) превышает выбранное сечение, наматывать обмотку будем тремя параллельными проводами выбранного сечения.
8.6 Выбираем цилиндрический многослойный тип обмотки, наматываемой плашмя, для которой рассчитываем её осевой и радиальный размеры.
где: n i =3 - число параллельных проводников в осевом направлении;
w сл =13 - число витков в одном слое обмотке (задаёмся);
b из =b`=10.5 мм - осевой размер изолированного проводника.
где: n сл =2 - число слоёв обмотки;
а из =а`=4.05 мм - радиальный размер изолированного проводника;
сл =1 мм - толщина межслоевой изоляции.
8.7 Геометрические размеры вторичной обмотки трансформатора.
Находим число витков вторичной обмотки:
Получаем: w 2 =4.1667, принимаем w 2 =4.
Для вторичной обмотки выбираем медный провод марки ПСД с классом нагревостойкости F, рекомендуемое значение плотности тока для такого провода, согласно табл.6 [6] составляет j 2 =2.5 А/мм 2 .
Определяем сечение провода вторичной обмотки:
Выбираем по табл.7 [6] сортамента проводов провод сечением 49.5 мм 2 , имеющий размеры:
Так как рассчитанное сечение провода превышает выбранное сечение, наматывать обмотку будем двенадцатью параллельными проводами выбранного сечения.
Выбираем цилиндрический тип обмотки.
где: n i =12 - число параллельных проводников в осевом направлении;
w сл =2 - число витков в одном слое обмотке (задаёмся);
b из =b`=11.7 мм - осевой размер изолированного проводника.
где: n сл =2 - число слоёв обмотки;
а из =а`=5 мм - радиальный размер изолированного проводника;
сл =1 мм - толщина межслоевой изоляции.
8.8 Рассчитываем размеры пакетов сечения стержня магнитопровода на половину сечения стержня. Размеры пакетов стержня для числа ступеней 6 и 7 рассчитаны по табл.6 , составленной на основе табл.8 [6] и таблицам, приведённым в [9] (в ней: f i - ширина пластины, С i - толщина пластины, - высота сегмента). Форма поперечного сечения повторяет по размерам пакеты сечения стержня. Для улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления по ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов в ярме объединяются два последних пакета, т.о. ярмо имеет на одну ступень меньше, чем стержень.
Размеры пакетов в поперечном сечении стержня.
8.9 Минимальное расстояние между осями соседних стержней:
где: D c - диаметр стержня магнитопровода;
а с1 =0.01 м, а с2 =0.01 м - соответственно, расстояние от стержня до обмоток w 1 и w 2 (табл.9 из [6]);
а об1 =9.3 мм, а об2 =11.3 мм - соответственно, радиальные размеры обмоток w 1 и w 2 ;
а 12 =0.01 м - расстояние между обмотками w 1 и w 2 (табл.9 из [6]).
где: h` я1 =15 мм, h`` я1 =15 мм - расстояние от обмотки w 1 до нижнего и верхнего ярма, соответственно (табл.9 [6]);
h` я2 =15 мм, h`` я2 =15 мм - расстояние от обмотки w 2 до нижнего и верхнего ярма, соответственно (табл.9 [6]);
h об1 =449.8 мм, h об2 =429.6 мм - соответственно, осевые размеры обмоток w 1 и w 2 .
Получаем: h с1 =479.8 мм, h с2 =459.6 мм. Принимаем высоту стержня h с =h с1 =479.8 мм.
F c =0.0223 м 2 - активное сечение стержня;
ст =7800 кг/ м 3 - удельный вес стали.
где: l я =l c -D c =0.0506 м - расстояние между соседними стержнями;
F я =К з П 2 =0.0228 м - активное сечение ярма.
где h я =С я =0.1746 м (здесь C я - сумма толщины всех пакетов, входящих в поперечное сечение ярма - см. табл.6).
где: м =8360 кг/ м 3 - удельный вес меди;
S` 1 - сечение провода первичной обмотки без изоляции.
где: К у =0.04 - коэффициент увеличения массы провода за счёт изоляции (табл.10 из [6]).
где: м =8360 кг/ м 3 - удельный вес меди;
S` 2 - сечение провода первичной обмотки без изоляции.
где: К у =0.03 - коэффициент увеличения массы провода за счёт изоляции (табл.10 из [6]).
8.12 Рассчитываем массу трансформатора:
8.13 Расчёт основных потерь в обмотках:
где: К t =1.97(1+0.004(t-20))=2.719 - коэффициент;
Основные потери во вторичной обмотке:
8.14 Определение добавочных потерь в обмотках от вихревых токов основной частоты.
Добавочные потери в первичной обмотке:
где: К д =7680 - коэффициент добавочных потерь (табл.11 из [6]);
а пр1 =а=3.5 мм - перпендикулярный полю рассеяния линейный размер проводника;
В э1 - эквивалентная магнитная индукция поля рассеяния, определяемая из выражения:
здесь В m 1 - амплитуда осевой составляющей магнитной индукции рассеяния, найденная по выражению:
Получили: В m 1 =0.024 Тл; В э1 =0.0124 Тл; Р в1 =481.49 Вт.
Добавочные потери во вторичной обмотке:
Используя выражения (8.29) и (8.30) для вторичной обмотки нашли: В м2 =0.023 Тл; В э2 =0.0119 Тл; P в2 =649.7 Вт.
8.15 Находим потери холостого хода в магнитопроводе трансформатора.
где: К х =1.47 - коэффициент, учитывающий суммарные добавочные потери в магнитопроводе трансформатора.
8.16 Общие потери в трансформаторе.
8.17 Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора:
Получили: =0.9891. Найденная величина КПД весьма близка к единице, что говорит о малых потерях в трансформаторе.
В настоящем курсовом проекте проводился расчёт схемы автономного резонансного инвертора с обратными диодами, предназначенного для установки индукционного нагрева. Были рассчитаны различные режимы работы инвертора в зависимости от степени нагрева индукционной установки.
Рассмотрение особенностей расчёта трансформаторов с естественным воздушным охлаждением, применяемых в автономных инверторах, работающих на повышенных частотах, для согласования режима работы нагрузки и преобразователя, позволило сделать вывод, что такие параметры, как число фаз, мощность, вид системы охлаждения существенно влияют на подходы к расчёту трансформатора.
Результатом проведённых расчётов явился выбор следующих электронных компонентов инвертора: силовые тиристоры типа ТБ171-160, устанавливаемые на стандартные охладители; обратные диоды ВЧ2-100-8; демпфирующие цепочки в цепи каждого тиристора; определены параметры коммутирующего конденсатора типа К75-46. Специально для данной схемы инвертора был рассчитан дроссель без сердечника с индуктивностью 99,1 мкГн, а также согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации равным 6, мощностью 183 кВт, с коэффициентом полезного действия 0,9891 и совокупной массой, без учёта крепёжных элементов, порядка 275 кг.
Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982. - 496 с.
Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчёт индуктивностей: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. И доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986 г., 488 с.; ил.
Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.С. Мошкович и др.; под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с., ил.
Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник/ В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов, - М.: Радио и связь, 1987 г. - 576 с., ил.
Расчёт автономных резонансных инверторов для индукционного нагрева: Метод. Указания к курсовому проектированию по дисциплине «Автономные преобразователи»/ Сост. В.А. Медведев, - г. Тольятти: ТолПИ, 1992 г.
Расчёт согласующего трансформатора автономного преобразователя: Метод. Указания к курсовому проектированию/ Сост. В.А. Медведев, - г. Тольятти: ТолПИ, 1995 г.
Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок, - М.: Энергоатомиздат, 1989 г., 320 с.
Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В., Силовые полупроводниковые приборы: Справочник., - М.: Энергоатомиздат, 1975 г., 512 с.
Тихомиров П.М. Расчёт трансформатора. М.: Энергоатомиздат, 1986, 528 с.
Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ./ Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок - Мн.: Беларусь, 1994. - 591 с.:ил.
Cхема подключения демпфирующей цепочки к тиристору
Назначение основных блоков электронного трансформатора. Выбор входного выпрямителя и фильтра. Расчет трансформатора, мощности разрядного резистора и схемы силового инвертора. Разработка системы управления силовым инвертором. Проектирование блока защиты. курсовая работа [443,4 K], добавлен 05.03.2015
Понятие и принцип работы однофазного инвертора напряжения, его функциональные особенности и сферы практического использования. Выбор и обоснование силовой части, порядок расчета параметров трансформатора. Система управления инвертором, ее основные части. контрольная работа [859,4 K], добавлен 21.04.2013
Описание сложного инвертора. Расчет логического элемента ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики) 3И-НЕ, обеспечивающего работу базовой схемы инвертора. Выбор транзисторов, расчет токов и сопротивления на них. Построение входных и выходных характеристик. курсовая работа [237,5 K], добавлен 25.10.2011
Схемы и переключающие функции автономных инверторов напряжения. Структура полумостовых, однофазных мостовых и трехфазных мостовых автономных инверторов напряжения. Работа трехфазного автономного инверторов напряжения на несимметричную нагрузку. курсовая работа [585,4 K], добавлен 02.01.2018
Проектирование импульсного усилителя: общие положения, технические показатели; разработка принципиальной схемы подмодулятора: критерии задания; анализ и электрическ
Последовательный автономный резонансный инвертор с обратными диодами курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовая работа по теме Аппликация - средство эстетического воспитания дошкольников
Дипломная Работа На Тему Особливості Прояву Агресивного Поводження Підлітків, Що Виховуються В Умовах Школи-Інтернату
Контрольная работа по теме Операционная система
Реферат: Об имморализме в психологии
Реферат: История развития Московского университета в период с XVII по конец XIX века. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая Работа На Тему Підвищення Платоспроможності Підприємств України З Позиції Тов "Таргет"
Контрольная работа по теме Механізм банківського кредитування підприємств
Двойные Оценки За Сочинение
Реферат: Организация работ по охране труда на предприятиях
Реферат: Кому от ума горе?
Определение Удельного Заряда Электрона Лабораторная Работа
Реферат На Тему Интеллектуальный Капитал
Дипломно Паспортный Отдел Таганрог Официальный Сайт
Курсовая Работа На Тему Лизинг Как Фактор Прогресса И Экономии Затрат
Атомно Эмиссионный Спектральный Анализ Реферат
Курсовая работа: Планирование выручки от реализации продукции на предприятии. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Учет расчетов при доверительном управлении расчетов с дочерними и зависимыми организациями
Реферат По Обж На Тему Токсикомания
Итоговое Сочинение 2022 2022 Купить
Сочинение Левша 6
Отряд "сенокосцы" - Биология и естествознание реферат
Процессуальные сроки, судебные издержки - Государство и право реферат
Уголовно-правовая характеристика массовых беспорядков - Государство и право реферат