Трифазний випрямляч

Національний технічний університет України «КПІ»

Кафедра Промислової електроніки

КУРСОВА РОБОТА з курсу Перетворювальна техніка

тема: «Трифазний випрямляч»

Керівник Будьонний О.В.

виконав: Грабовий О.О.

Київ 2010

Вступ Схеми випрямлячів трифазного струму застосовують в основному для живлення споживачів середньої і великої потужності. Первинна обмотка трансформатора таких випрямлячів складається з трьох фаз, які з'єднані або зіркою, або трикутником. Вторинні обмотки трансформатора (їх може бути декілька) також є трифазними.

Випрямлячі трифазного струму рівномірно навантажують мережу трифазного струму і характеризуються високим коефіцієнтом використання трансформатора.

У трифазному мостовому випрямлячі, також відомому як схема Ларіонова, послідовно з'єднані два трифазних випрямляючих блоки, що утворюють анодну та катодну групу вентилів.

У порівнянні зі звичайним 3-фазним випрямлячем, випрямлена напруга у мостовій схемі має шестикратні пульсації за період, тобто. Максимальне значення випрямленої напруги дорівнює амплітуді лінійної напруги, тобто, хоч тривалість роботи кожного вентиля така ж сама, як і у трифазній схемі з нульовим виводом, тобто .

У мостовому випрямлячі немає вимушеного підмагнічування осердя трансформатора, оскільки струм у вторинній обмотці такої ж самої форми протікає двічі за період у протилежних напрямках.

До недоліків мостової схеми можна віднести наявність 6 вентилів. Оскільки в цьому випадку при протіканні струму працює відразу 2 вентилі.

Можна виділити 2 типи схеми: симетричну і несиметричну. У симетричній схемі використовують 6 вентилів одного типу: тиристори або діоди. У несиметричній схемі в катодній групі використовуються тиристори, а в анодній — діоди. Або навпаки.

Структурна схема Структуру електричної схеми можна подати у наступному вигляді:

Рис. 1. Структурна схема випрямляча Принципова електрична схема Опис роботи схеми та часові діаграми Опис системи керування Система керування складається із 3 ідентичних блоків, які відповідають за керуванням тиристора кожної фази.

Розглянемо структуру системи керування фази А.

Сигнал фази, А подається на резистор R1_A. Стабілітрони VD1_A та VD2_A перетворюють гармонічній сигнал у трапецеїдальний.

Далі сигнал надходить на групу елементів R2_A та С1_А, які являють собою спрощену модель інтегратора. Напруга на конденсаторі буде мати наступний вигляд:

Для того, щоб наростання напруги відповідало позитивному півперіоду вхідного сигналу необхідно, щоб мінімум напруги починався з 0 В. Тому додаємо ще 5В:

Цей сигнал буде надходити на «+» вхід компаратора. А на вхід «-» — вихідний сигнал із системи стабілізації.

Вихідний сигнал компаратора, який і буде подаватися на тиристори має вигляд:

Аналогічним чином побудовані системи керування тиристорами фаз В та С.

Опис системи стабілізації

На вході системи стабілізації розміщено LC фільтр. Він згладжує вихідну напругу, зменшуючи коефіцієнт пульсації та дозволяє легше налаштувати систему стабілізації.

Вона виконана таким чином, що вентилі являються повністю відкритими при максимальному від'ємному відхиленні вхідної напруги (-15%). При цьому вихідна напруга рівна заданому в завданні значенню 160 В. Якщо ж вхідна напруга почне підвищуватись, це викличе підйом напруги на резисторі R2, сигнал я якого і надходить на «-» вхід компаратора у системі керування. Це призведе до зміщення імпульсу керування, тобто до струм потужність мережа

зменшення вихідної напруги.

Наступна діаграма показує сигнали на «-» та «+» входах компаратора DA_A.

Пряма лінія відповідає сигналу системи стабілізації, коли вентиль повністю відкритий.

Розрахунок елементів схеми Виходячи із заданого значення вихідної напруги, знайдемо напругу на вторинній обмотці трансформатора:

Звідси:

Тоді:

Знайдемо мінімальне та максимальне значення мережі:

Припустимо, що на напруга мережі упала до свого мінімального значення.

Розрахуємо кількість витків трансформатора, щоб напруга навантаження була рівна 160 В.

Розрахунок системи керування:

Вибір елементів будемо проводити для фази А. Для фаз В та С елементи будуть ідентичні.

Приймемо номінал резистора R1_A=1 кОм.

Виберемо стабілітрони VD1_A та VD2_A з напругою стабілізації 10 В.

Виберемо елементи R2_A і С1_А:

Виходячи із співвідношення:, де видно, що при досить малому значенні: .

Нехай R2_A = 10кОм, а С1_А =100нФ. Тоді .

Конденсатор С1_А буде заряджатися до напруги, так як стабілітрони вибрані саме на цю напругу. Але оскільки напруга на вході системи керування змінна, то напруга на конденсаторі буде змінюватись від -5 В до +5 В.

Для того, щоб підняти її мінімум до 0 В, додамо джерело ЕРС в схему на 5 В.

Розрахунок системи стабілізації

Виберемо елементи L1 та С1 довільним чином, регулюючи їх величину у multisim. При номіналах L1=100мГн та С1=1мкФ бачимо, що вихідна напруга має достатнє згладжування:

Виберемо номінали резисторів R1 та R2.

Тиристор фази, А відповідає за пропуск сигналу у проміжку від до. У крайні моменти напруга фази, А складає половину від її амплітуди.

Оскільки заряд на «+» вході компаратора DA_A змінюється від 0 до 10 В, то можемо знайти необхідну напругу на резисторі R2, яка б відповідала відкриттю вентиля VS1 при куті .

Це значення було б справедливе, якби на вході «+» напруга змінювалась за лінійним законом. Оскільки у нас зміна відбувається за експоненціальним законом, то під коректуємо цю напругу в multisim, визначивши необхідну:

Це відповідає напрузі на R2 рівній 1,95 В.

Виберемо R2=12,5Ом, а R1=1кОм.

Висновки В даній курсовій роботі було спроектовано та розраховано трифазний несиметричний мостовий випрямляч. Схема має систему керування, яка автоматично регулюється системою стабілізації напруги, а також LC фільтр на виході. Він зменшує коефіцієнт пульсації схеми, даючи покращення характеристик вихідної напруги і роблячи систему стабілізації більш точною.

Для живлення силової частини схеми та системи керування використовуються 2 ідентичні трифазні понижуючі трансформатори. Подібне рішення було прийнято, оскільки у випадку використання одного трансформатора неможливо зв’язати систему керування та силову частину схеми.

В якості вентилів були вибрані елементи:

1) Діод — КД201 В.

Параметри: .

2) Тиристор — КУ208

Параметри: .

3) Стабілітрон — 1N4740A

Параметри:

Із приведених параметрів видно, що максимальний струм в силовій частині - 5А.

В якості аналогового компаратора було вибрано вітчизняну модель КР554СА3.

Література

1. Руденко B.C., Ромашко В. Я., Трифонюк В. В: Промислава електронікаК.: Либідь, 1993 р

Руденко В. С, Ромашко В. Я., Морозов В. Г. Претворювальна техніка. Частина 1.-К.: 1СДО, 1990р.

Терещук Г. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. М, 1981.