новая папка / (2) Петросян, Кантерина Лаб 1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭТПТ

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Силовая импульсная техника»

Тема: Генератор с частичным разрядом емкостного накопителя

Студент гр. 5401		Петросян П.Е.
Преподаватель		Вавилов А.В.

Санкт-Петербург

2019

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭТПТ

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Силовая импульсная техника»

Тема: Генератор с частичным разрядом емкостного накопителя

Студентка гр. 5402		Кантерина Н.А.
Преподаватель		Вавилов А.В.

Санкт-Петербург

2019

Задание к лабораторной работе

1. Постройте принципиальную схему генератора в окне редактора схем (рисунок 1). В качестве полностью управляемого ключа выберите в меню WaveformSourсe ключ, управляемый напряжением S (V-Switch).

2. Вычислите значения емкости С_н и зарядного резистора R_зар генератора с частичным разрядом накопительной емкости исходя из формул 1 – 4 и следующих условий: R = 1 Ом, V₁ = 500 В, τ = 1 мс, частота следования импульсов F = 20 Гц, допустимый спад напряжения E = 50 В.

Задайте параметры генератора импульсов V₂, управляющего ключом S₁, следующими: MODEL PULSE PUL (vone = 5 pl = 0 p2 = 0 p3 = 1m p4 = 1m p5 = 0,05).

Задайте параметры ключа S₁ следующими:

VALUE = V, 5, 0, 1m, 1e6.

3. Постройте зависимости тока нагрузки от сопротивления R₁ и емкости C₁.

4. Определите КПД зарядного устройства двумя способами: по зависимости (5) и через соотношение энергий или мощностей, выделяемых в нагрузке и зарядном сопротивлении по зависимости (6):

- при четырех различных значениях емкости накопительного конденсатора С в интервале ± 50 % от рассчитанного значения;

- при различных значениях сопротивления нагрузки R в интервале от 0,5 до 1,5 Ом;

- при различных значениях зарядного сопротивления R₁ ± 50 % от рассчитанного значения.

5. Объясните полученные результаты.

Выполнение работы

Принципиальная схема, построенная в окне редактора схем, с помощью программного обеспечения Micro-Cap 9, представлена на рисунке 1, где V₁ – источник питания; C₁ – емкостный накопитель; R₁ – зарядное сопротивление; R₂ – сопротивление нагрузки; S₁ – полностью управляемый ключ; V₂ IMPULSE – источник управляющего напряжения.

Рисунок 1 – принципиальная электрическая схема исследуемого генератора

В качестве полностью управляемого ключа выбран ключ, управляемый напряжением V-Switch.

Расчёт значения емкости C_н и зарядного резистора R_зар генератора с частичным разрядом накопительной емкости производится исходя из формул 1 – 4 и следующих условий: R₂ = 1 Ом, V₁ = 500 В, τ = 1 мс, частота следования импульсов F = 20 Гц, допустимый спад напряжения ∆E = 50 В.

, (1)

где I_ср – среднее значение тока нагрузки;

E_max – максимальное остаточное напряжение на емкости после окончания импульса;

E_min – минимальное остаточное напряжение на емкости после окончания импульса;

R – сопротивление нагрузки.

, (2)

где С – емкость зарядного конденсатора;

I_ср – среднее значение тока нагрузки;

τ_max – максимальная длительность импульса;

∆E – значение допустимого спада напряжения.

, (3)

где R – зарядное сопротивление;

θ – время заряда;

С – емкость зарядного конденсатора.

, (4)

где T – длительность периода;

τ – длительность импульса (разряда).

Результаты расчета:

I_ср = 475 А;

C = 0,0095 Ф;

θ =49 мс;

R_зар = 1,29 Ом.

Далее задаются параметры генератора импульсов V₂, управляющего ключом S₁, следующими: MODEL PULSE PUL (vone = 5, pl = 0, p2 = 0, p3 = 1m, p4 = 1m, p5 = 0,05).

Параметры ключа S₁ задаются следующими:

VALUE = V, 5, 0, 1m, 1e6.

Импульс тока с первоначальными данными представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Импульс тока

Зависимости токов нагрузки от сопротивления R₁ и емкости C₁ представлены на рисунках 3-10

Рисунок 3 – Импульс тока при увеличении C₁ на 25 %

Рисунок 4 – Импульс тока при увеличении C₁ на 50 %

Рисунок 5 – Импульс тока при уменьшении C₁ на 25 %

Рисунок 6 – Импульс тока при уменьшении C₁ на 50 %

Рисунок 7 – Импульс тока при увеличении R₁ на 25 %

Рисунок 8 – Импульс тока при увеличении R₁ на 50 %

Рисунок 9 – Импульс тока при уменьшении R₁ на 25 %

Рисунок 10 – Импульс тока при уменьшении R₁ на 50%

Определение КПД зарядного устройства по зависимости (5) при четырех различных значениях емкости накопительного конденсатора в интервале ± 50 % от рассчитанного значения

, (5)

Где η – КПД зарядного устройства

С_н – емкость накопительного конденсатора;

E – напряжение источника;

E_max – максимальное остаточное напряжение на емкости после окончания импульса;

E_min – минимальное остаточное напряжение на емкости после окончания импульса.

Результаты расчетов представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 – Определение КПД при различных значениях емкости C₁

С1, мФ	Емах, В	Емин, В	η, %
4,75	493,8	416,9	91,1
7,1	494,5	441,0	93,6
9,5	498,4	454,6	95,3
11,9	498,6	463,0	96,2
14	495,2	468,0	96,3

Таблица 2 – КПД при различных значениях сопротивления нагрузки

R, Ом	Емах, В	Емин, В	η, %
0,5	491,7	413,7	90,5
0,75	493,7	436,1	95,7
1	498,4	454,6	95,3
1,25	495,7	463,2	95,9
1,5	496,2	469,2	96,5

4. Определение КПД зарядного устройства через соотношение энергий источника и энергии, выделяемой в нагрузке

, (6)

где η – КПД зарядного устройства;

W_н – энергия, выделяемая в нагрузке;

W_ист – энергия источника.

Для определения этого соотношения брали значения энергий при времени равном 40 мс. Полученные графики энергий представлены на рисунках 11 – 17

Рисунок 11 – График энергий при первоначальных данных

Рисунок 12 – График энергий при увеличении C_н на 50%

Рисунок 13 – График энергий при уменьшении C_н на 50%

Значения КПД при различных значениях емкости накопительного конденсатора в интервале ± 50 % от рассчитанного значения представлены в таблице 3).

Таблица 3 – Определение КПД при различных значениях емкости С_н

СН, мФ	Wн, кДж	Wист, кДж	η, %
4,75	195,4	214,8	89,7
9,5	215,8	216,1	98,8
14,25	202,5	219,6	92,2

Рисунок 14 – График энергий при увеличении R₂ на 50%

Рисунок 15 – График энергий при уменьшении R₂ на 50%

Значения КПД при различных значениях сопротивления нагрузки от 0,5 до 1,5 Ом представлены в таблице 4.

Таблица 4 – КПД при различных значениях сопротивления нагрузки

Rн, Ом	Wн, кДж	Wист, кДж	η, %
0,5	386,5	410,3	94,2
1	215,8	216,1	98,8
1,5	146,5	147,1	99,6

Рисунок 16 – График энергий при увеличении R₁ на 50%

Рисунок 17 – График энергий при уменьшении R₁ на 50%

КПД при различных значениях зарядного сопротивления ± 50 % от рассчитанного значения (таблица 5).

Таблица 5 – КПД при различных значениях зарядного сопротивления

R1, Ом	Wн, кДж	Wист, кДж	η, %
0,5	213,7	224,8	95,1
1	215,8	216,1	98,8
1,5	198,4	213,0	93,1

Вывод: в данной лабораторной работе рассчитали КПД при изменении параметров генератора. При снижении зарядной емкости происходит значительное снижение E_min, поскольку из-за малого значения RC емкость успевает отдать значительную часть своего накопленного заряда. При увеличении емкости E_min возрастает, хотя при этом может падать E_max, поскольку емкость не будет успевать заряжаться из-за высокого значения RC. При возрастании значения сопротивления нагрузки КПД увеличивается, возрастает E_max (незначительно) и E_min. Это сопротивление работает только тогда, когда емкость разряжается, чем больше сопротивление, тем медленнее падает заряд емкости, тем больше E_min.