Расчет устройств преобразования электрического тока

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

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:

. 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).

. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

U₂ = U_d / β_U = 48/0,9 =53,3 В

где β_U - коэффициент передачи выпрямителя по напряжению

β_U = U_d / Е_2.

Для однофазного двухполупериодного выпрямителя (табл. 2)

U_d /Е₂ = 0,9.

. 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).

. Действующее значение тока вторичной обмотки

где β_i - коэффициент передачи выпрямителя по току

β_i = I_d / I₂.

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

. 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).

. Амплитудное значение тока вентиля

I_am = I_d = 5 А

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

. 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).

. 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).

. 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 Δ 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.

. 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.

. Требуемый коэффициент сглаживания

S = q₁ / q₂ = 0,67/ 0,062 = 10,8.

. Сопротивление нагрузки

R_H = U_H / I_H = 48 /5=9,6 Ом.

. 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.

. Угловая частота пульсаций

ω_П = 2π m f= 2*3,14*2*50 = 628 рад^-1.

. Емкость конденсатора входящего в состав фильтра

С = 1/(ω_П Х_С)=1 / (628* 0,96)=165*10^-6 Ф

. Индуктивность дросселя, входящего в состав фильтра

. Коэффициент трансформации тока

К_Т ≈ U₂/ U₁ = 48/ 220 =0,21

. 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

. 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

. Внутренняя ЭДС выпрямителя, равная среднему значению выходного напряжения идеального источника

Е_Н= U_{Н ХХ} = β_U Е₂ ≈ β_U U₂ = 0,9*53,3 = 48 В

. Расчет внешней характеристики

U_Н = Е_Н - N Δ U_а - I_H R_{В H}

N - число вентилей одновременно обтекаемых током.

Для заданной схемы N=2, поэтому

N *Δ 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

. 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:

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

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