ТҮзеткіштің принципі және негізгі есептері

Есептеу сызба жұмыстарын дайындау

Есептеу сызба жұмысындаа бір фазалық басқарылмалы түзеткішті есептейміз, ол қоздырғыш орамалы төрт тартым электр қозғалтқышының кернеуін реттеуге арналған. Есептеу сызба жұмысының мақсаты түрлендіргіш құрылғыларды есептеу және олардың ішінде болатын электро-магниттік процесстерді талдау, дамыту керек. Бұл жұмыстар келешектегі күрделі инверторлық түзеткіш түрлендіргішінің жобасын құруға қажет болады. Теориялық материалды алдын-ала оқу қажет (1)- (3). Әдістемелік нұсқауларға арналған сұрақтар соңында берілген.

 

Есептеу сызба жұмысты безендіру.

1. А4-ші форматтың бір бетіне ғана толтырылады. Оң жағынан 25-30 мм енінен жол қалдырамыз. Бірінші бетінде мазмұны және берілгендері жазылады:

U₁=25000 В түзеткішті қоректендіретін номиналдық кернеу

f_c=50 Гц кернеуді қоректендіретін жиілік

U_dн номиналдық түзетілген кернеу

I_dн түзеткіштің номиналдық жүктеме тогы

a_p реттеу бұрышы

U_k қысқа тұйықталу кернеуінің салыстырмалы мәні

k_n1 түзетілген токтың толықсу коэфициенті

 

сынақ кітапшасының шифры бойынша (1- кесте) параметрлерді аламыз.

1- кесте

 

Шифрдің соңғы санының алдындағы сан
Udн Idн
Шифрдың соңғы саны
uк ар, рад kп1	0,12 0,524 0,25	0,12 0,576 0,24	0,13 0,628 0,23	0,13 0,621 0,22	0,14 0,733 0,21	0,14 0,785 0,20	0,15 0,823 0,19	0,15 0,89 0,18	0,16 0,942 0,17	0,16 0,955 0,16

 

1. есептеулер әдістемелік нұсқаулар арқылы шығарылады, әрбір есептің номері болады және формуласы беріледі. Формулада тек түсіндірілмеген белгілердің мәні түсіндіріледі. Формулада сандар қойылып есептелінеді.
2. барлық есептер үтірден кейін 3 санға дейін шығарылады.
3. кестелер мен суреттеррр номірленген болу керек. Теориядан кесте мен суретте сүйенгенде артынша нөмірленген суреттер мен кесте көрсетілуі тиіс
4. графиктер милиметровкада қара қарандашпенен орындалады. Ось координатттары қалың сызықпен бастырылады. Масштабтары: 1;2;(2,5); 4; 5 х 10+/-ⁿ см/бірлік, мұндағы п- кез-келген сан немесе көл. Графикте масштабты көрсету (белгілеу керек емес, остерді 10,20 немесе 25 мм орналастыру) керек.
5. қателер таза түзетүлу тиіс. үлкен қателерді түзету үшін форматтын 2-ші бетін қолдануға болады. Қателері бар беттерді жапсыруға, жұлып алуға тиым салынады.

 

ТҮзеткіштің принципі және негізгі есептері

Басқармалы түзеткіш симметриялық емес көпір сұлбасы(1-сур^а) арқылы орындалған. Көпірдің екі иіні тиристорлардан VS1-VS2 тұрады, ал қалған екеуі VD1,VD2 диодтан тұрады. Дроссель a арқылы көпірдің шығу жеріне қосылған түрлендіргіштен қоректенетін тартымқозғалтқышы орналасқан. Қозғалтқыштың магниттік ағынының толықсуын төмендету үшін қоздырғыш орамы R_Ш резисторы шунтталған болуы керек. Түзеткіш тогының элементтері және кернеу диаграммасы 1б суретте көрсетілген. Диаграмманы құрған кезде түзетілген ток I ерекше тегіс және ашық. Тиристормен диодтарлдың кернеуі төмендетілгенде және трансформаторлардың активтік кедергі орамдарын 0-ге тең деп аламыз. Кернеуді жартылай периодты қоректендіргенде, трансформаторлардың еселі ормының ЭҚК номерлі ол 1а суретте көрсетілген I_d

Жүктеме тогы тиристор VS1 және диод VD2 арқылы өтеді. Келесі жартылай периодтың басында VD2 диодтан VD1 диодқа ауысып комутациялық процесс өтеді. Еселі орамда l₂ ЭДС полярлығы өзгереді. Ол VD2 диодтың қысылуына соқтырады және l₂ орамдағы тоқ i_VD2 тоқққа тең болып нөлге дейін өзгереді.

Бір мезгілде i_VD2 төмендетілген I_d тогы i_VD1 дейін өседі, ол VD1 диодтан өтеді, оны VS1 тиристоры ашып қойған өзіндік индукция арқылы, ол жүктеме тізбегінде пайда болатын.

Трансформатордың еселі орамындағы тоқтың төмендегі процесі секірмелі болуы мүмкін емес, ондағы трансформатор және қоректендіруші торап L_а индуктивті болып келеді. Орамдағы v₂ ЭҚК өзіндік индукция пайда ьолатын l токтың төмендеу процесін баяулатады. y₂ коммутация интервалында анықтауға болады. Еселі орамдағы U₂ кернеудің нөлге тең болуы осы интервалдағы VD1 және VD2 диодына байланысты. Сондықтан еселі орамның екі артқы жағы да потенциалдарға тең

 

, (1)

 

 

мұндағы Е_2m – еселі орамдағы ЭҚК амплитудалық белгісі.

V= 0; i₂= -I_d, v= j₂, i₂=0,болса, онда:

 

, (2)

 

 

мұндағы Х_a= wL_a трансформатордың индуктивтік кедергісі.

1 сурет

 

Трансформатордың индуктивті кедергісін қысқа тұйықталу арқылы анықтауға болады.

, (3)

мұндағы U_k – қысқа тұйықталу кернеуінің белгісі.

I_dн- номиналдық жүктеме тогы.

2-3 формуланы қойсақ:

 

, (4)

түзетілген U_d кернеу диодтың коммутациланған кезінде және соңында кернеудің төмендетілген қосындысында VD1 және VS1 тек рұқсат етілгенде нөлге тең болады. w₂ орам комутациядан кейін жабық диод VD2- ден жүктеме тізбегінен ажыратылады. ЭҚК өзіндік индукция арқылы жүктеме тоқ өтеді. Ол қозғалтқыш орамдарында және тегістейтін дроссельде пайда болады. Трансформатор энергияны жүктемеге бергенде ол VS2 тиристор арқылы орындалады.беріліс моментінде тиристор сигналы a бұрышымен анықталады. Ол жартылай период басында белгілі болады. VS2 тиристор ашылғанда еселі орамға ЭДС қосынды VS1 тиристорға кері бағытталады. Соның салдарынан тиристорлардың коммутация процесі жүреді. L_VS1 тогы жайлап нөлге дейін төмендейді, ал i_VS2 тогы нөлден I_d дейін өседі.

Диодтардың комутациясы сияқты тиристордың комутация бұрышы j₁ тек оны U₂= l₁+l₂=0; v=a, i₂= 0 болғанда v= a+j₁, i₂= I_d онда:

 

. (5)

тиристордың коммутация процесінің ұзақтылығы I_d жүктеме тогына байланысты, неғұрлым I_d үлкен болса, соғұрлым j₁ бұрышы үлкен болып келеді.

Тиристордың комутация периодында түзетілген кернеу нөлге тең болып қалады, ал сонда күрт өзгереді Е_2m sin(a+j₁). Келесі жартылай периодта түзеткіште, кернеуді қоректендіретін процестер жүреді. Жартылай периодтың басында тоқ комутациясы диодтан VD2 диодқа өтеді, ал түзетілген кернеу нөлге тең болып қалады да, a бұрышында тоқ комутациясының VS2 тиристорынан VS1 тиристорға өту басталады да, соңында түзетілген кернеу үлкейе бастайды. Түзетілген кернеудің U_d орташа мәнін a бұрышы арқылы өзгертіп отыруға болады.

 

. (6)

I_d жүктеме тогына U_a тәуелді болып келеді, тұрақты a бұрышында оны түзеткіштің ішкі сипаттамасы деп атайды. U_d рұқсат етілген шама, ал I_d өсуі тек γ₁ өзгеруіне тығыз байланысты.

5-6 теңдеуден мынаны аламыз:

 

. (7)

трансформатордың еселі орамадағы тогы I₂ – де тура сан шықпайды, сондықтан γ₁ және γ₂ -ге қарап орташа теңестіріп аламыз. Тоқтың формасына қарап оны тік бұрышты деп аламыз. өйткені 0 ден α ге дейінгі интервалда тоқ нөлге тең, ал α дан ∏ ге дейін тоқ I_d ға тең.

 

. (8)

трансформатордың бір орамындағы тоқтың мәні:

мұндағы - трансформатордың трансформациялық коэфициенті

 

бір орамдағы жұмыс істейтін тоқтың шамасы:

 

(9)

негізгі параметрдің бірі болып түзеткіштің қуат коэфициенті болып табылады, ал трансформатордың бірінші орамасының активті қуатына Pg₁ және толық қуаты S₁ тең, сондағы синусойдалық кернеуді қоректендіретін U₁ активті қуаты мынаған тең:

Р_а1 = I₁₍₁₎ U₁ cosj,

 

Мұндағы I₁₍₁₎ –бірінші орамадағы тоқтың гармоникалық мәні;

 

U₁ –түзеткішті қоректендіретін кернеуі;

j - i₁₍₁₎ және u_1. бұрыштың фазасы.

Бірінші ораманың толық қуаты:

S₁ = I₁U₁.

Түзеткіш қуатының коэфициенті:

.

Тоқтың бірінші гармоникалық мәні тоқты тежеуші коэфициент деп аталады.

(10)

түзеткіш қуатының куатының толық коэфициенті 10 формула бойынща мынаған тең болады.

 

c = n cosj. (11)

i₁₍₁₎ және u₁ жылжымалы бұрыш фазасы а, g₁ және g₂ бұрыштарына тәуелді болып келеді.

Сонда:

. (12)

тік үшбұрышты I_{1 (1)} бірінші ораманың қисық тогы Фурье қатарына қоямыз:

.

Бірінші орамадағы гармоникалық тоқтың мәні:

. (13)

 

 

8,10,13 – ші теңдеулерден мынаны аламыз:

. (14)

трансформатордың типтік қуаты S_T бірінші және екінші орамадағы қуаттың жартылай қосындысына тең болады:

S_T = S₁ = S₂ = U₁I₁. (15)

уақытша диаграммадан біздің білетініміз диод тогы I_d және тиристор тоғы I_T бір-біріне тең:

. (16)

диод тогының және тиристордың мәнінен үшбұрыш тоқ формасын қабылдағанда былай жазылады:

(17)

тиристордағы тоқ тура кернеуі V_прт және диод пен тиристордағы «max» кері кернеуі V_кері мынаған тең болады.:

U_прm= U_{обр m}= Е_2m

Диодтағы кері кернеудің секіруі мынаған тең Е_2m sing₂, ал тиристордағы Е_2msin(a+ g₁). Тиристорда секіру болады, сондықтан du_пр/dt мәні керек емес.

Тиристор үшін өспелі тура тоқтың жылдамдығы du_пр/dt.

Көлемін du_пр/dt – мен анықтауға болады. Бірақ коммутация процесінде тоқты сызықтық заңмен былай аламыз

.

DI = I_d, wDt = g₁ тең деп,

. (18)

> қосымша дроссельдермен тиристорлар орналасу керек.

 

1а сур. көрсетілгендей, әрбір көпір иығында бір тиристор немесе диод болады.

Күштік электроникада тоқпен кернеу үлкендігі мен бір біржақты өткінші параметрлерін анықтау қиын және көпір иығын үнемі бірнеше параллель қосылған бір жақты өткізгіш болады. Қатар байланысының бір жақты өткізгішінің саны n_қат, бір жақты өткізгішке рұқсат етілген кернеу шамасына байланысты. Қазіргі күштік түрлендіргіштерге тек бір жақты өткізгіш тасқындары қолданылады, оларға қалыпты кернеуі U_n қайталанады, ол бір жақты өткізгіш класына тең және ол 100-ге көбейтілген.

, (19)

мұндағы k_қайт= 1,16 түйіспелі тораптағы кернеудің жоғарылауын есептейтін коэффициент 16% көпір иығындағы параллель қосылған бір жақты өткізгіш тармағының саны орташа рұқсат етілген және бір жақты өткізгіш тогынан анықтауға болады.

; (20)

(21)

 

мұндағы: I_п – максимал рұқсат етілген бір жақты өткізгіш, орта тогы оны шекті тоқ д.а.

I_дm – бір жақты өткізгіштің максимал жіберген тогы.

k_пер=1,6 – бір жақты өткізгіштегі жүктеме тогының(1,6 рет) жоғарылаған коэфициенті

k_нер=0.85 – параллель тармақтарға жіберілетін тоқтың коэфициенті.

Бірнеше параллель тармақ көпір иығында рұқсат етілген тоқтң өсу жылдадығын тиристор арқылы өткенде былай болады:

. (22)

көпірдің бір иығындағы бір жақты өткізгіштегі кернеудің төмендеуі:

 

DU_пл = n_послDU_в, (23)

мұндағы ∆U_B – ашық бір жақты өткізгіштегі кернеудің төмендеуі(справочниктен аламыз).

Түзеткіш құрамындағы пайдалы қозғалыс коэфициенті:

, (24)

мұндағы ∆U_плд – көпірдің диодтық иығындағы кернеудің төмендеуі.

∆U_плт – көпірдің тиристорлық иығындағы кернеудің төмендеуі

түзеткіш құрылғысындағы қуаттың жоғалуы.

 

DР_ву = I_d(DU_плд+DU_плт). (25)

түзетілген тоқ тегіс деп жүктеме тізбектің индуктивтігі шексіздікке ұмтылады L_d. Түзетілген тоқ L_d, I_{d min} шамасымен I_{d max} шамасына түзетілген кернеудің жиілігімен өзгереді:

,

I_d - тоқтың орта мәні

k_n- тура мәннің, I_d Фурье 0атарына 0ойып бұрыштық фазалардың жылысу қосындысынан анықтауға болады.

, (26)

мұндағы I_dm1 – түзетілген тоқтың бірінші гармоникалық құрамындағы амплитудасы.

 

U_d = E мәні түзетілген кернеудің амплитудалық шамасы.

, (27)

2 сурет

 

U_d ны Фурье қатарына қойсақ, оның гармоникалық құрамдасы U_d ның жиілігі тораптың жиілігі f_c тен екі есе артады.

Осы жиіліктегі Х_d шамасы:

Х_d = 4pf_cL_d (28)

L_d индуктивтілікті анықтау үшін:

(29)

U_dm1 анықтау үшін Фурье қатарының коэфициенттері а _n, b _n, n = 1:

(30)

Т функциясының периоды u_d(u)=p интервалда a + g₁ деп pu_d = E_2msinu:

(31)

(32)

 

L_d жүктеме тізбегінің индуктивтілігі және L_а трансформатордың индуктивтілігінің бар болуы түзеткіштегі кернеу диапазонын шектейді. Түзетілген кернеудің минималды мәні тиристор параметрімен байланысты. Оны қосу тоғы I_L деп аталады. Тиристордың қосылуына импульстік сигнал жеткенде жүктеме тоқ нөлге тең болады, ал трансформатордың еселі орамындағы кернеу u₂ = E_2msin а ға тең. Импульс қозғалған уақытында тоқ тез өседі оны тек Кирхгофтың екінші заңымен анықтаймыз:

(33)

 

Мұндағы R – тізбек кедергісі.

I = L_a + L_d – тізбектің индуктивтілігі.

Е=0, u ₂ қысқа импульсте өзгергенде:

тоқтың тізбекке енуіндегі тұрақты уақыт.

Түзеткіштің қалыпты функциясы ол бұрыштың «max» а _max шамасынан

(34)

 

деп және (7) формуланы қолдана отырып мынаны аламыз:

(35)

Тиристордағы басқармалы импульстер түзеткіш жүйесінен шығады. Оның бір структурасының уақытша диаграммалары 3 суретте көрсетілген.

Біз білетініміз амен U_d басқармалы кернеудің өлшеу жолымен анықталады. анықталады U_басқ, және U_басқ үлкен болған сайын U_d кішірейеді.

 

Есептеу сызба жұмысының орындалу реті: