Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Электропривод и автоматизация промышленных установок

РАСЧЕТНОГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

По дисциплине: «Силовые преобразовательные устройства»

На тему: «Расчет элементов преобразователей частоты»

Номер зачетной книжки - 134052

Специальность: 5B071800 Электроэнергетика

Выполнил: Гусейнов А.Д. Группа ЭАТ-13-2

Руководитель: доц. Алексеев С. Б.

_________ «____» ___________2016 г.

Алматы, 2016 г.

Содержание

Введение 2

1 Расчет напряжения источника питания АИН с ШИМ 4

2 Расчет среднего значения тока через транзистор и диоды обратного, тока 5

3 Расчет компенсирующего конденсатора 7

Список используемой литературы 9

Введение

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электроснабжения, преобразующие напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока. Автономный инвертор с широкоимпульсной модуляцией выходного напряжения, содержащий мостовую схему инвертора, выходной Г-образный LC-фильтр, отличающийся тем, что имеет систему управления, содержащую трансформаторно-выпрямительный блок, генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор синусоидального напряжения, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределительно-усилительные блоки, причем первый и второй входы трансформаторно-выпрямительного блока соединены с первым и вторым выходами автономного инвертора, а его выход соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых через первый и второй входы генератора типа кривой соединены с выходом задающего генератора синусоидального напряжения, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами первого и второго распределительно-усилительных блоков соответственно, первый и второй выходы первого и второго усилительно-распределительных блоков соединены с управляющими входами транзисторов мостовой схемы однофазного инвертора напряжения. Технический результат - повышение стабильности. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электроснабжения, преобразующие напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.

Наиболее близким по техническому решению является однофазный автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией, содержащий мостовою схему инвертора, выполненную на транзисторах и выходной Г-образный LC-фильтр. Недостатком автономного инвертора напряжения является то, что его система управления не обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Техническим решением поставленной задачи является обеспечение стабилизации выходного напряжения автономного инвертора напряжения.

1 Расчет напряжения источника питания АИН с ШИМ

Рисунок 1- Схема автономного инвертора напряжения с широко-импульсной модуляцией

где - номинальное значение линейного напряжения на статоре двигателя;

- максимально допустимое значение коэффициента модуляции;

Для идеализированного АИН 1. Практически всегда <1, так как определенную часть периода несущей частоты занимают процессы коммутации. При использовании современных IGBT транзисторов несущая частота f_K достигает 16 кГц, а 1.

Максимальное значение коэффициента модуляции можно рассчитать по формуле:

где - время выключения транзистора;

При f_K = 2 кГц

Отсюда

В

2 Расчет среднего значения тока через транзистор и диоды обратного, тока

При больших кратностях отношениях несущей частоты и частоты модуляции для расчета среднего значения тока через транзистор воспользуемся формулой:

где - амплитудное значение тока статора двигателя;

- угол сдвига фаз между первичными гармониками тока и напряжением нагрузки на выходе инвертора;

Для расчета выбираем асинхронный двигатель серии 4А, предназначенный специально для частотного регулирования.

Таблица 1 - Данные двигателя 4А90L4У3

Мощность РН, кВт	Номинальный ток при 380 В IH, А	Номинальная частота вращения nH, об/мин	Коэффициент мощности,
2,2	6	1500	0,83

Найдём амплитудное значение тока статора:

А

При полученном амплитудном значении тока статора, рассчитаем среднее значение тока через транзистор:

А

Если АИН должен работать при весьма низкой выходной частоте, то наиболее тяжелым режимом для тиристора будет случай, когда он в течение длительного времени коммутирует амплитудное значение тока нагрузки. Среднее значение тока через диоды обратного тока определим по формуле:

А

Выбор транзисторов и диодов АИН производим исходя из напряжения на входе инвертора с учетом перенапряжений, которые могут возникнуть на компенсирующем конденсаторе в моменты, когда ток от АИН направлен к источнику питания (торможение). Это напряжение выбираем исходя из допустимого перенапряжения конденсатора .

Расчетное значение напряжения на входе

= 625,54 В

Выбираю диод Д171-400-11 .

Таблица 2 – Характеристика диода Д171-400-11

Наименование диода	Предельные эксплуатационные параметры диодов					Значения электрических характеристик диодов				Tj
	IF(AV)	UR	IFRMS	IFSM	UTO		rT	trr
	А	В	А	кА	В		мОм	мкс	°C
Д171-400-11	400	660	625	14	0.9		0.56	25	-60...+190

Условные обозначения электрических параметров силовых диодов: • I_F(AV) - Максимально допустимый средний прямой ток. • U_R - Постоянное обратное напряжение. • I_FRMS - Максимально допустимый действующий прямой ток. • I_FSM - Ударный прямой ток. • U_TO - Пороговое напряжение диода. • r_T - Динамическое сопротивление. • t_rr - Время обратного восстановления. • T_j - Температура перехода диода.

Выбираю полевой транзистор КП707Г1 на напряжение до 700В.

Таблица 3 - Характеристика полевого транзистора КП707Г1

Паpаметpы	Обозначение	Единица измерения	Предельные значения
Напpяжение сток-исток	Uси max	В	700
Напpяжение затвор-исток	Uзи max	В	±20
Постоянный ток стока	Iс max	А	2
Импульсный ток стока	Iси max	А	10
Рассеиваемая мощность	Pmax	Вт	75
Прямой ток диода	Iпр. max	А	2
Темпеpатуpа пеpехода	Тпеp	°С	150

3 Расчет компенсирующего конденсатора

Для ряда электроприводов, где тормозной режим не имеет решающего значения, допускается использование для питания АИН обычного неуправляемого выпрямителя. При этом рекуперация энергии в сеть невозможна, однако АД может работать в генераторном режиме с ограниченными тормозными моментами за счет рассеивания энергии в виде потерь в двигателе и инверторе. При питании АИН от источника питания с односторонней проводимостью (от выпрямителя) при возникает необходимость в установке на входе АИН компенсирующего конденсатора, который принимает энергию в моменты времени, когда ток направлен к источнику питания. Ёмкость компенсирующего конденсатора может быть найдена по формуле:

Ф

Анализ показывает, что емкость компенсирующего конденсатора не зависит от выходной частоты. Это обстоятельство позволяет использовать АИН с ШИМ по синусоидальному закону для работы на весьма низких выходных частотах. Ёмкость компенсирующего конденсатора обратно пропорциональна несущей частоте. Благодаря тому, что несущая частота достаточно высока, ёмкость компенсирующего конденсатора в АИН с ШИМ, как правило, меньше, чем в АИН без ШИМ.

Заключение

В данной работе я рассчитывал параметры и работу широко-импульсного модулятора. В первом разделе производился расчет напряжения питающей сети. Во второй расчет токов через устройства. В третьей был расчет компенсирующего устройства, то есть конденсатора. Далее выбрал диод по расчетному напряжению на входе и транзистор полевой по среднему значению тока.

Список используемой литературы

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. – Москва: Энергоиздат, 1981.

2. Алексеев С.Б. Силовые преобразовательные устройства. Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2006

3. С. Рама Редди Основы силовой электроники. - Москва: Энергия,