Теоретические сведения. Работа посвящена расчёту основных характеристик выпрямителей, предназначенных для электропривода постоянного тока

Задание

Работа посвящена расчёту основных характеристик выпрямителей, предназначенных для электропривода постоянного тока. Нагрузкой выпрямителя является цепь якоря электродвигателя постоянного тока. Задание включает в себя следующие разделы:

1. Необходимо изобразить схему неуправляемого выпрямителя без фильтра.

Рассчитать схему неуправляемого полупроводникового выпрямителя без фильтра. Определить параметры схемы.

Построить график изменения напряжения на входе выпрямителя.

Построить график изменения напряжения на нагрузочном устройстве, отметить среднее значение выпрямленного напряжения.

2. Необходимо изобразить схему неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром.

Выполнить расчет емкости фильтра согласно заданному значению коэффициента пульсаций на выходе выпрямителя с фильтром q _ф.

Построить график изменения напряжения на входе выпрямителя.

Построить график напряжения на нагрузочном устройстве с емкостным фильтром, определить среднее значение напряжения на нагрузке с емкостным фильтром.

3. Необходимо изобразить схему неуправляемого выпрямителя с индуктивным фильтром.

Выполнить расчет индуктивности фильтра согласно заданному значению коэффициента пульсаций на выходе выпрямителя с фильтром q _ф.

Построить график изменения напряжения на входе выпрямителя.

Построить график изменения напряжения на нагрузочном устройстве с индуктивным фильтром, отметить среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке с индуктивным фильтром.

4. Управляемый выпрямитель.

Выходное напряжение управляемого выпрямителя должно поддерживаться неизменным на уровне k ₁ U ₀ при колебаниях напряжения на вторичной обмотке трансформатора U ₂ от U _{2 min} = k ₂ U ₂ до U _{2 max} = k ₃ U ₂ (значения U ₀, k ₁, k ₂, k ₃ берутся согласно варианту задания).

Необходимо изобразить схему управляемого выпрямителя с индуктивной реакцией нагрузки без учета потерь в фазах выпрямителя.

Вычислить максимальное α_max и минимальное α_min значения углов включения тиристоров.

Определить максимальное значение коэффициента пульсаций на выходе тиристорного выпрямителя.

Изобразить графики мгновенных значений напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на выходе тиристорного выпрямителя без учёта индуктивности обмотки якоря при минимальном U _2min и максимальном U _2max значениях фазной ЭДС, отметить уровень 0,7U₀ и значения углов включения тиристоров α_min и α_max.

Изобразить регулировочную характеристику управляемого выпрямителя.

Выбрать тип диода и тиристора для схемы выпрямителя из справочной литературы. Определить пороговое значение напряжения U _п и динамическое сопротивление R _д прямой ветви вольт-амперной характеристики выбранных вентилей.

5. Определить мощность потерь вентильных обмоток, коэффициенты использования.

6. По расчетным данным подобрать трансформатор.

Варианты задания представлены в табл. 1.

Табл. 1

№ варианта	Напряжение сети U сети, В	Частота f, Гц	Коэффициент пульсации выпрямителя с фильтром q ф	Модель двигателя постоянного тока (нагрузка)	Среднее значение напряжения на нагрузке U0, В	Средняя мощность, выделяемая на нагрузке Р 0, Вт	k 1	k 2	k 3
			0,2	BG 32×10			0,7	0,8	1,1
			0,1	BG 32×20			0,6	0,95	1,2
			0,15	BG 42×15			0,8	0,7	1,15
			0,01	BG 42×30			0,9	0,72	1,3
			0,02	BG 44×25			0,65	0,9	1,05
			0,03	BG 44×50			0,75	0,85	1,25
			0,04	BG 45×30			0,85	0,75	1,08
			0,05	BG 65×25			0,7	0,87	1,27
			0,06	BG 65×50			0,6	0,8	1,13
			0,07	BG 65×75			0,8	0,95	1,22
			0,08	BG 65S×50			0,9	0,7	1,1
			0,09	BG 75×25			0,65	0,72	1,2
			0,11	BG 75×50			0,75	0,9	1,15
			0,12	BG 75×75			0,85	0,85	1,3
			0,13	П21М			0,7	0,75	1,05
			0,14	ПБ21М			0,6	0,87	1,25
			0,15	П22М			0,8	0,8	1,08
			0,16	П31М			0,9	0,95	1,27
			0,17	П22М			0,65	0,7	1,13

Продолжение табл. 1

№ варианта	Напряжение сети Uсети, В	Частота f, Гц	Коэффициент пульсации выпрямителя с фильтром qф	Модель двигателя постоянного тока (нагрузка)	Среднее значение напряжения на нагрузке U0, В	Средняя мощность, выделяемая на нагрузке Р0, Вт	k1	k2	k3
			0,18	П22К			0,75	0,72	1,22
			0,3	П32М			0,85	0,9	1,1
			0,24	П31М			0,7	0,85	1,2
			0,22	П32М			0,6	0,75	1,15
			0,25	П40М			0,8	0,87	1,3
			0,21	П51М			0,9	0,8	1,05
			0,19	FL28BL26			0,65	0,95	1,25
			0,23	FL28BL38			0,75	0,7	1,08
			0,26	FL42BLS01			0,85	0,72	1,27
			0,27	FL42BLS02		52,5	0,7	0,9	1,13
			0,28	FL42BLS03		77,5	0,6	0,85	1,22
			0,29	FL42BLS04			0,8	0,75	1,1
			0,07	FL57BL(S)005			0,9	0,87	1,2
			0,08	FL57BL(S)01			0,65	0,8	1,15
			0,09	FL57BL(S)02			0,75	0,95	1,3
			0,11	FL57BL(S)03			0,85	0,7	1,05
			0,12	FL57BL(S)04			0,7	0,72	1,25
			0,13	FL86BLS58			0,6	0,9	1,08
			0,14	FL86BLS71			0,8	0,85	1,27
			0,15	FL86BLS98			0,9	0,75	1,13
			0,16	FL86BLS125			0,65	0,87	1,22
			0,17	FL33BL29			0,75	0,8	1,1
			0,18	П11М			0,85	0,95	1,2
			0,2	П11М			0,7	0,7	1,15
			0,1	П11М			0,6	0,72	1,3
			0,15	П11М			0,8	0,9	1,05
			0,01	П11М			0,9	0,85	1,25
			0,02	П11М			0,65	0,75	1,08
			0,03	П11М			0,75	0,87	1,27
			0,04	ПБ11М			0,85	0,8	1,13
			0,05	ПБ11М			0,7	0,95	1,22

Теоретические сведения

Источниками первичного электропитания называются устройства, преобразующие какой-либо вид энергии, содержащийся в природных источниках (ветер, вода, газ, и т.д.) в электрическую энергию. В большинстве случаев напряжение таких источников является стандартным переменным.

Однако ряд потребителей электроэнергии может работать только на постоянном напряжении различных значений; или на переменном напряжении различных значений нестандартной частоты.

Питание таких потребителей осуществляется от источников вторичного электропитания.

Источник вторичного электропитания служит для преобразования электроэнергии первичного источника электроэнергии до вида, необходимого для нормального функционирования питаемых им потребителей.

Источник вторичного электропитания может состоять из функциональных узлов, выполняющих одну или несколько функций: преобразование, выпрямление, инвертирование, стабилизацию, регулирование, и т.д.

Структурная схема такого источника может иметь вид (рис. 1):

Рис. 1. Структурная схема вторичного источника.

Трансформатор осуществляет преобразование энергии переменного тока одного напряжения в энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты.

Выпрямитель – это устройство, служащее для преобразования энергии переменного тока первичного источника в энергию постоянного тока.

Выпрямители могут быть неуправляемыми и управляемыми.

Неуправляемые выпрямители строятся на диодных схемах, возможность изменения значения выпрямленного напряжения при этом отсутствует.

Управляемые выпрямители строятся на тиристорных схемах, при этом выпрямитель не только преобразовывает переменное напряжение в постоянное, но и способен изменять значение выпрямленного напряжения. Примером применения управляемого выпрямителя может служить исполнительный двигатель электропривода постоянного тока, при изменении напряжения питания которого будет меняться частота его вращения.

Сглаживающий фильтр уменьшает уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Стабилизатор напряжения позволяет получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах, при значительно больших колебаниях напряжения сети.