Методические указания к лабораторной работе №4 Дисц. «Энергетическая электроника» icon

Методические указания к лабораторной работе №4 Дисц. «Энергетическая электроника»


Смотрите также:
Методические указания к лабораторной работе №1 Дисц. «Энергетическая электроника»...
Методические указания к лабораторной работе №3 Дисц. «Энергетическая электроника»...
Методические указания к лабораторной работе №2 Дисц. «Энергетическая электроника»...
Методические указания к лабораторной работе 8 моделирование...
Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине...
Методические указания к лабораторной работе Томск 2008...
Методические указания к лабораторной работе алгоритм Джонсона по курсу «теория информационныx...
Методические указания к лабораторной работе по курсу механизация животноводческих ферм...
Методические указания к лабораторной работе по курсу механизация животноводческих ферм...
Методические указания к лабораторной работе 3 изучение потенциометрического...
Определение скорости снаряда методом крутильных колебаний Методические указания к лабораторной...
Методические указания к лабораторной работе Дисц. «Оптимизация режимов работы энергосистем»...



Загрузка...
скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ


ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ


Кафедра электрических станций


ИНВЕРТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА


Методические указания

к лабораторной работе № 4


Дисц. «Энергетическая электроника»


Для спец. 10.01, 5 курс д/о


Киров 2000


УДК 621.311.2


Составитель : ст. преподаватель Н.В. Петров,

каф. «Электрические станции»


Рецензент : ст. преподаватель А.В. Вычегжанин,

каф. «Электроэнергетические системы»


Подписано в печать Усл. печ. л 1,0

Бумага типографская Печать матричная

Заказ № Тираж 37 Бесплатно

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором

610000, Киров, ул. Московская , 36

Изготовление обложки, изготовление ПРИП


 Вятский государственный технический университет, 2000


Права на данное издание принадлежат Вятскому

государственному техническому университету



  1. ^ ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ




  1. Изучить принцип действия, назначение и виды инверторов.

  2. Усвоить требования, предъявляемые к схемам.

  3. Ознакомиться с методами расчета и характеристиками схем инверторов.

  4. Закрепить полученные знания о схемах инверторов, выполнив лабораторную работу.




  1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Разновидности инверторов, применяемых в качестве источника питания переменного тока


При построении устройств и систем электропитания часто возникает задача преобразования постоянного тока в переменный ток. Такие устройства называются инверторами. Они могут быть реализованы с применением транзисторов или тиристоров. К ним можно отнести схемы, представленные на рисунке 1:




Рисунок 1 — Схемы однотактных инверторов а) последовательного; б) параллельного.


В схеме на рисунке 1а, в дросселе запасается энергия во время открытого состояния транзистора , которая отдается в нагрузку при запирании транзистора. При отрицательной полярности управляющего напряжения транзистор открыт и в предположении малости сопротивления участка коллектор – эмиттер все напряжение источника питания приложено к нагрузке. При этом ток дросселя будет нарастать по линейному закону. После запирания транзистора ток дросселя замыкается через нагрузку, создавая отрицательную полуволну напряжения. Этот ток уменьшается по экспоненциальному закону. Для установившегося режима работы инвертора постоянная составляющая напряжения на нагрузке равна нулю и, соответственно, площади ограниченные положительными и отрицательными полупериодами должны быть одинаковыми. При этом пиковое значение отрицательной полуволны превышает напряжение источника питания. Ток от источника питания равен сумме токов нагрузки и дросселя при открытом транзисторе и нулю – при закрытом.

В схеме на рисунке 1б при закрытом транзисторе (отрицательная полуволна управляющего напряжения) ток замыкается через дроссель , конденсатор и сопротивление нагрузки . При этом конденсатор заряжается и через него проходит ток, уменьшающийся по экспоненциальному закону. После отпирания ток через дроссель увеличивается по линейному закону, создавая в нем запас энергии. Ток в цепи нагрузки обусловлен разрядом конденсатора через открытый транзистор и имеет противоположное направление.

Временные диаграммы токов и напряжений для схем на рисунке 1 приведены на рисунке 2.




Рисунок 2 — Временные диаграммы токов и напряжений для схем последовательного инвертора а) и параллельного инвертора б).


Недостатком схемы инвертора на рисунке 1а является неравномерная во времени загрузка источника питания (импульсный характер ). Этот недостаток отсутствует у схемы инвертора на рисунке 1б, где транзистор и нагрузка включены параллельно.

Различные варианты двухтактных инверторов приведены на рисунке 3.




Рисунок 3 — Схемы двухтактных инверторов с дифференциальным трансформатором а), мостовая б), полумостовая в) и полумостовая с общей точкой источника питания и нагрузки.


Схема на рисунке 3а имеет меньшее количество транзисторов, чем мостовая, но имеется удвоенное число витков первичной обмотки у трансформатора со средним выводом. Мостовая схема (рисунок 3б) имеет лучший коэффициент использования мощности трансформатора и к закрытому транзистору прикладывается вдвое меньшее напряжение. В схеме на рисунке 3в используется два конденсатора, которые поочередно перезаряжаются в циклах коммутации транзисторов и обеспечивают протекание тока по первичной обмотке трансформатора. Схема на рисунке 3г отличается отсутствием трансформатора и наличием гальванической связи нагрузки с источником питания.

Схемы инверторов с использованием тиристоров приведены на рисунке 4.



Рисунок 4 — Схемы тиристорных инверторов параллельного а), однотактного последовательного б), мостового параллельного в) и двухтактного последовательного г) типов


На управляющие электроды тиристоров поочередно через определенные интервалы времени подаются управляющие импульсы. В схемах на рисунках 4а и 4в конденсатор при открывании одного тиристора обеспечивает запирание другого тиристора путем подачи на его анод напряжения отрицательной полярности. Дроссель обеспечивает непрерывность тока от источника питания и при большой его индуктивности ток через него практически постоянный. Тиристоры VD1 и VD2 последовательно откры­ваются положительными импульсами тока, создаваемы­ми схемой управления. Важную роль в работе схемы иг­рает коммутирующий конденсатор С1, который при открывании одного из тиристоров обеспечивает закрыва­ние другого путем создания на его аноде напряжения отрицательной полярности. Дроссель L обеспечивает не­прерывность тока источника питания при коммутации тиристора. При больших индуктивностях дросселя мож­но считать ток iL практически постоянным.

В какой-то момент времени тиристор ^ VD1 открывается подачей на его управляющий элек­трод положительного импульса тока. Анодный ток от­крытого тиристора VD1, протекая через левую половину первичной обмотки трансформатора Т, индуктирует на правой половине обмотки ЭДС. Конденсатор С1 перезаряжается, причем ток iС будет уменьшаться. Напряжение UVD1 на открытом тиристоре VD1, мало, а его ток iVD1=iL при доста­точно большой индуктивности дросселя L остается прак­тически постоянным.

В момент, когда на управляющий электрод тири­стора VD2 подается открывающий импульс тока напряжение на коммутирующем конден­саторе С1 имеет наибольшее значение. Это напряжение оказывается приложенным через малое внутреннее сопротивление открытого тиристора VD2 к тиристору VD1. Тиристор VD1 оказывается под обратным на­пряжением, в результате чего он закрывается. При этом ток коммутирующего конденсатора изменяет свое направление и конденсатор С1 вновь начинает перезаряжать­ся. К моменту времени, когда вновь будет происходить коммутация тиристоров, полярность напряжения на кон­денсаторе будет противоположна.

Таким образом, процесс коммутации тиристоров пе­риодически повторяется и на нагрузке действует пере­менное напряжение, форма которого отличается от сину­соидальной и прямоугольной.

Необходимо отметить, что после закрывания тири­стора VD1 напряжение на его аноде сохра­няет отрицательное значение в течение времени . Обязательным условием нормальной работы инвертора является , где – время выклю­чения тиристора. Если неравенство не выполняется, то тиристор не успевает закрыться и это приведет к короткому замыканию. В мостовой схеме на рисунке 4в тиристоры открываются и закрываются попарно, чем обеспечивается перезарядка конденсатора С1 и, соответственно, надежная коммутация тиристоров. Достоинством мостовой схемы является простота конструкции трансформатора (нет средней точки) и лучшее использование его мощности. Схемы на рисунке 4б и 4г используют для надежной коммутации тиристоров дроссель с выводом средней точки. В момент открывания VD1 через нагрузку начинает протекать ток, одновременно заряжающий конденсатор С1. Процесс заряда описывается уравнением

. (1)

Решение этого уравнения имеет вид

, (2)

где – напряжение источника постоянного тока;

– коэффициент затухания колебательного процесса;

– частота собственных колебаний контура, образованного дросселем, конденсатором и сопротивлением нагрузки.

В последовательном инверторе используется колеба­тельный режим заряда конденсатора С1, для которого. Ток заряда в этом режиме согласно из­меняется по закону затухающей синусоиды с периодом .

Напряжение на конденсаторе UC1 в момент открывания тиристора VD1, обусловлено процессами, происходя­щими при открытом тиристоре VD2. Через половину пе­риода колебательного процесса ток заря­да конденсатора станет равным нулю, а напряжение на конденсаторе достигнет максимального значения. В этот момент происходит закрывание тиристора VD1 по­скольку ток через него в обратном направлении проте­кать не может. При этом напряжение на коммутирую­щем дросселе также достигнет максимального значения и появляется импульс на уп­равляющем электроде тиристора VD2, что обеспечивается выбором периода Т коммутирующих импульсов, равного периоду колебательного процесса заряда конденсатора Т=Т0 .

После открывания тиристора VD2 конденсатор С1 на­чинает разряжаться через этот тиристор, нижнюю поло­вину коммутирующего дросселя и нагрузку. Разряд кон­денсатора также носит колебательный характер и ток разряда определяется из соотношения

. (3)

В момент открывания тиристора ^ VD2 напряжение на коммутирующем дросселе скачком изменяет свою поляр­ность на противоположную. Это напряжение через открытый тири­стор VD2 обеспечивает надежное закрывание тиристора VD1. В процессе разряда конденсатора С1 напряжение на его обкладках изменяет свою полярность и к моменту подачи отпирающего импульса на VD1 равно максимальному значению. Ток разряда в этот момент времени обращается в нуль. При этом тиристор VD2 закрывает­ся, а приходящий в это время коммутирующий импульс тока открывает тиристор VD1. Изменяющееся скачком на­пряжение на дросселе обеспечивает надежное закрыва­ние тиристора VD2. Далее описанные процессы периодиче­ски повторяются.

Рассмотренный режим работы последовательного ин­вертора, называемый граничным, предполагал равенство периода коммутирующих импульсов и периода собствен­ных колебаний цепи заряда и разряда конденсатора. В этом режиме форма выходного напряжения близка к синусоидальной. Возможны два других режима.

Если тиристор ^ VD2 открывается не сразу после закры­вания тиристора VD1, то между импульсами тока в на­грузке имеется временная пауза. Такой прерывистый режим работы последовательного инверто­ра называется режимом с естественной коммутацией. Он может быть обеспечен выбором периода коммутирующих импульсов, большего периода собственных колебаний це­пи заряда конденсатора С1: T>T0.

Если выполняется неравенство T0, то тиристор VD2 открывается до того, как закрывается тиристор VD1 и в течение некоторого времени оба тиристора проводят ток. Такой режим называется режимом с вынужденной коммутацией. Форма выходного тока в этом режиме приближает­ся к прямоугольной. Нормальная работа инвертора в режиме с вынужденной комму­тацией возможна только в слу­чае, если напряжение на дроссе­ле в момент коммутации будет больше напряжения источника питания. Недостаток рассмотренной схемы последовательного инвер­тора заключается в том, что ток источника носит прерывистый характер и энергия источника поступает в цепь нагрузки только в то время, когда открыт тиристор VD1. Временные диаграммы различных режимов работы последовательного инвертора показаны на рисунке 5.




Рисунок 5 — Временные диаграммы токов нагрузки последовательного инвертора а) в граничном режиме; б) в режиме с естественной коммутации; в) в режиме с вынужденной коммутацией


^

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ



В соответствии с вариантом задания (Таблица 1 Приложение А), указанным преподавателем, произвести расчет инвертора и его параметров в соответствии с приведенными в методических указаниях расчетными формулами. Для индуктивностей принять R=0.

Для определения частоты , на которой работает инвертор, необходимо выполнение условия . Коэффициент затухания необходимо поддерживать в диапазоне 0,04 - 0,12. Определить величину и рассчитать значение емкости конденсатора С1 для получения частота выходного напряжения . Выбрать тиристоры, используя данные таблиц 2-5 Приложения А.


4. Контрольные вопросы


4.1 Назначение и разновидности схем инверторов;

    1. Принцип действия последовательного однотактного инвертора;

    2. Принцип действия параллельного однотактного инвертора;

    3. Принцип действия двухтактного инвертора с дифференциальным трансформатором на рисунке 3а;

    4. Принцип действия мостового двухтактного инвертора на рисунке 3б;

    5. Принцип действия полумостового двухтактного инвертора на рисунке 3в;

    6. Принцип действия полумостового двухтактного инвертора с общей точкой источника питания и нагрузки на рисунке 3г;

    7. Принцип действия параллельного тиристорного инвертора 4а;

    8. Принцип действия однотактного последовательного тиристорного инвертора на рисунке 4б;

    9. Принцип действия мостового параллельного тиристорного инвертора на рисунке 4в;

    10. Принцип действия двухтактного последовательного тиристорного инвертора на рисунке 4г;

    11. Режимы работы инверторов при T>T0 , T=T0 и T0 .



^ 5. Рекомендуемая литература


5.1 Электротехнический справочник. под. ред. И.Н. Орлова и др. Т.3 Кн.2 Раздел 60 Источники вторичного электропитания -М.: Энергоатомиздат, 1988. – с. 490-533.

5.2 Гельфанд Я.С. Выпрямительные блоки питания и зарядные устройства в схемах релейной защиты. -М.: Энергия, 1971.

5.3 Полупроводниковые приборы (Справочник) под. редакцией Н.Н. Горюнова - М.: Энергоиздат, 1982.

5.4 Нетушила А.В. Справочное пособие по электротехнике и основам электроники -М.: Высшая школа, 1986.

5.5 Алексеев О.В. и др. Электротехнические устройства. – М.: Энергоиздат, 1981. – 336 с., ил.


Приложение А

Таблица 1 — Исходные данные для расчетных вариантов

№ п/п

Входное напряжение

Uвх, В

Сопротивление нагрузки Rн, Ом

Схема

1

12

0,1



2

24

0,3



3

36

0,25



4

48

0,4



1

2

3

4

5

12

0,15



6

24

0,25



7

36

0,35



8

48

0,5



9

60

0,4



10

100

0,45



11

120

0,55



12

140

0,75




Таблица 2 — Силовые тиристоры

тип
















1

2

3

4

5

6

7

8

Т112-10; T1I2-16

0,15; 0,2

2,5; 3

100—1800

1,85; 1,8

50—1000

100

(4,0)

Т122-20;Т 122-25

0.3; 0,35

3

100—1800

1,75

50—1000

100

(6,0)

T130-40; Т130-50

0,75; 0,8

5; 6

100—1200

1,75

50—1000

100

(8,0)

Т130-63; Т130-80

1,2; 1,35

6

100—1200

1,65

50—1000

100

(10,0)

Т132-40; Т132-50

0,75; 0,8

5; 6

100—1200

1,75

50—1000

100

(6,0)

Т132-16; Т132-25

0,22; 0,33

9

1300—2000

2,2

50—1000

100

(6,0)

Т142-32

0,38

9

1300—2000

2,1

50—1000

100

(8,0)



В Ы П И С К А


из протокола заседания кафедры “Электрические станции”

№ от


Слушали : Ст. преподавателя кафедры Петрова Н.В. об издании методических указаний “Поперечная дифференциальная токовая направленная защита параллельных линий” по дисциплинам “Защита и автоматика элементов СЭС”, “Релейная защита и автоматика” “Релейная защита”, для студентов 4 курса, специальностей ЭПА, ЭС, Э , в ВятГТУ.


Постановили: рекомендовать к изданию МУ Петрова Н.В. ”Поперечная дифференциальная токовая направленная защита параллельных линий” в ВятГТУ тиражом 100 экземпляров.


Зав. каф. ЭС А.В. Новиков


Ученый секретарь Р.В. Медов


В Ы П И С К А


из протокола заседания методического совета ЭТФ


№ от


Слушали: Новикова А.В., доцента кафедры “Электрические станции” об издании методических указаний ст. преподавателя Н.В. Петрова “Поперечная дифференциальная направленная токовая защита параллельных линий” для студентов 4 курса, специальностей ЭПА, ЭС, Э по дисциплинам “Защита и автоматика элементов СЭС”, “Релейная защита и автоматика”, “Релейная защита”.


Постановили: рекомендовать методические указания Петрова Н.В. “Поперечная дифференциальная токовая направленная защита параллельных линий” для специальности ЭПА, ЭС, Э, 4 курса к изданию в ВятГТУ, тиражом 100 экземпляров.


Председатель методсовета ЭТФ А.В.Голговских


Ученый секретарь М.Ф. Осинина





Скачать 150.89 Kb.
оставить комментарий
Н.В. Петров
Дата29.09.2011
Размер150.89 Kb.
ТипМетодические указания, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх