Выбор элементов преобразователей
Преобразователи используются для преобразования рода тока (переменный – постоянный) и частоты питающей сети в иное значение. Основу преобразователей составляют силовые полупроводниковые приборы – диоды, тиристоры, транзисторы.
В силовой полупроводниковой технике в настоящее время применяется система предельных параметров, характеризующая предельные возможности использования силовых полупроводниковых приборов и предельные условия их эксплуатации. При любых режимах работы значения воздействующих на прибор величин не должны быть выше предельных параметров. В противном случае силовой полупроводниковый прибор может выйти из строя.
Основными параметрами диодов являются:
1) предельный прямой ток Iп (Iпр.max) — максимально допустимое среднее запериод значение тока, длительно протекающего через диод.
На практике силовые диоды используются совместно с определенными типами охладителей, поэтому в информационных материалах приводятся значения Iп с учетом влияния охладителя и условий охлаждения (указывается скорость охлаждающего воздуха или расход охлаждающей жидкости)
2) максимальное обратное напряжение Uобр.max
3) прямое падение напряжения Uпр
4) обратный ток Iобр
Первые два параметра являются предельными.
Часть параметров, которыми характеризуются мощные тиристоры, аналогична параметрам, указанным выше для силовых диодов. Кроме того, в технических условиях обычно указываются:
1) динамические параметры, характеризующие условия эксплуатации тиристоров в схемах преобразователей: время включения tвкл, мкс – это время от момента подачи управляющего импульса до момента снижения прямого напряжения на тиристоре до 10% начального значения при работе на активную нагрузку; время выключения (восстановления запирающей способности) tвыкл, мкс; ток удержания Iудерж, А — минимальный прямой ток, протекающий через тиристор при разомкнутой цепи управляющего электрода, при котором прибор еще находится в открытом состоянии; ток утечки Iут, А — ток, протекающий через тиристор с разомкнутой цепью управляющего электрода при приложении к нему напряжения в прямом направлении;
2) параметры цепи управления (катод — управляющий электрод), характеризующие переход тиристора из закрытого состояния в открытое: отпирающий ток управления Iу, мА — наименьшее значение тока управления, необходимое для переключения прибора.
Мощные транзисторы, используемые в схемах преобразовательных устройств, выбираются по следующим параметрам:
максимальный ток коллектора Iк.max ток, при котором мощность, рассеиваемая на коллекторе, не превышает максимально допустимое значение;
максимальное напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ.max;
максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе, Pк.max – мощность, при которой температура коллекторного перехода (с учетом условий охлаждения прибора) не превышает максимально допустимую;
4) статический коэффициент усиления по току h21 – отношение тока коллектора к току базы.
Работа транзисторов в предельных режимах соответствует границе гарантированной надежности, поэтому использование предельных режимов в схемах, от которых требуется высокая надежность, не допускается.
Для выпрямления переменного тока в основном используются мостовые схемы.
При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазного мостового выпрямителя. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных устройств промышленной электроники, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.
Приведём основные расчётные соотношения для однофазного мостового выпрямителя.
Среднее значение выпрямленного напряжения
Uн = 0,9U2,
где U2 – действующее значение напряжения на вторичной обмотке
Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке
Iн = Uн/Rн
Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза меньше тока Iн, проходящего через нагрузку, т.е.
Iв.ср = 0,5Iн
Обратное напряжение, приложенное к закрытым вентилям
Uобр.max = √2U2 = 1,57Uн
Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам
I2 = U2/Rн (30) I1 = I2/n
Типовая мощность трансформатора
ST = 1,23Pн
Оценка качества выпрямленного напряжения производится посредством коэффициента пульсации, который представляет собой отношение амплитуды первой (основной) гармонической Uн1m к среднему значению напряжения Uн и определяется по формуле
q = Uн1m / Uн = 2/(m2 -1)
где m – число выпрямленных полупериодов.
Для рассматриваемой схемы частота первой гармоники пульсации fn1 = 2fc при частоте питающей сети fc = 50 Гц составляет 100 Гц. Подставляя m = 2, коэффициент пульсации: q = 0,67.
Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку вентилей по току, уменьшает коэффициент пульсаций и повышает частоту пульсации выпрямленного напряжения, что облегчает задачу его сглаживания. Коэффициент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя составляет 0,057.
Трехфазная мостовая схема выпрямления состоит из трансформатора, первичные и вторичные обмотки которого соединяются в звезду или треугольник, и шести диодов.
Обратное напряжение на закрытом вентиле определяется разностью потенциалов его катода и анода. Максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора:
Uo6p.max = √2 U2л = 1,05 Uн
Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазной схемой с нулевым выводом получается вдвое
U2 = π/3√6 = 0,425Uн
Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше тока Iн
Iв.ср = 0,33Iн
Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам
I2 = Iв,д = √(2/3) = 0,585Iн (51) I1 = I2/
Типовая мощность трансформатора
ST = π/3 Pн = 1,045Pн
Пример:
В схеме используется однофазный мостовой выпрямитель VD1-VD4 для питания электромагнита постоянного тока YA1 и цепи динамического торможения. Определим предельные параметры диодов выпрямителя. Для этого рассчитаем ток нагрузки:
Iн = Iэм + Iдт = 0,46 + 5 = 5,46 А
где Iэм – ток электромагнита, рассчитанный по 2.9;
Iдт - ток динамического торможения
Среднее значение тока через каждый диод определяем:
Iв.ср = 0,5Iн = 0,5∙5,46 = 2,73 А
Максимальное обратное напряжение определяем:
Uобр.max = √2U2 = √2∙65 = 92 В
В соответствии с полученными значениями предельных параметров из справочника выбираем диоды марки Д215Б с эксплуатационными параметрами:
Обратное напряжение – 200 В;
Средний прямой ток – 5 А.
Предельные параметры выбранного диода превышают рассчитанные.
- Электрооборудование предприятий и гражданских зданий
- Введение
- Расчет мощности и выбор электродвигателей
- Для металлорежущих станков
- Для фрезерных станков
- Для шлифовальных станков
- Расчет и выбор электрических аппаратов и элементов электрической схемы
- Выбор электромагнитных пускателей
- Результаты выбора магнитных пускателей
- Результаты выбора промежуточных реле
- Выбор реле времени
- Результаты выбора реле времени
- Выбор электромагнитов
- Выбор сигнальных ламп и ламп местного освещения
- Выбор аппаратов ручного управления
- Iном Iдлит; Iоткл Iдлит,
- Iном Iдлит,
- Iном Iпуск,
- Характеристики переключателей
- Результаты выбора кнопок управления
- Выбор трансформатора
- Выбор элементов преобразователей
- Выбор конденсаторов
- Расчет параметров и выбор аппаратов защиты
- Выбор тепловых реле магнитных пускателей
- Расчет и выбор проводов и кабелей
- Структурная схема электрооборудования станка
- Размещение электрооборудования и схема соединений и подключения
- Выбор технического решения модернизации
- Заключение
- Литература