МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБР-АЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» КАФЕДРА № 32 ОЦЕНКА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ассистент должность, уч. степень, звание подпись, дата А.С. Романова инициалы, фамилия ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА АКТИВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ по дисциплине: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ ГР. № 3122М подпись, дата Санкт-Петербург 2021 Д.Б.Асфар инициалы, фамилия 1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Для заданного варианта задачи рассчитать номинальное значение фазного тока, IфN; среднее значение модуля фазного сетевого тока за полупериод сети, Iф.ср; индуктивность сетевого реактора, Lр; емкость сетевого фильтра, С; емкость фильтра цепи постоянного тока, Сd; коэффициент модуяции μN при заданных значениях напряжения фазы сети Uф.с и напряжения цепи постоянного тока Udc; фазовый сдвиг между первыми гармониками сетевого тока и напряжения на входе полупроводникового коммутатора φ 1 для номинального режима. Рассчитать и построить регулировочную характеристику АВ, U dc=f(μ) при изменении 1>μ>μN. Рассчитать и построить зависимость, kн1=f(μ) при изменении 1>μ> μN; среднее значения тока транзистора; действующее значения тока транзистора; максимальное амплитудное значение тока транзистора; среднее значение тока диода; действующее значения тока диода; статические потери в транзисторе; статические потери в диоде; динамические потери в транзисторе; динамические потери в диоде; мощность потерь одного ключа; суммарная мощность потерь полупроводникового коммутатора; температура охладителя; температура полупроводниковых переходов транзисторов; температура полупроводниковых переходов диодов. Рассчитать и построить зависимость коэффициента гармоник сетевого напряжения kн2=f(μ) при изменении 1>μ> μN. Рассчитать и построить зависимость коэффициента гармоник сетевого тока kг.т=f(μ) при изменении 1>μ> μN. 2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Вариант 1 PdN = 1 кВт; Udc = 460 В; UфсN = 127 В; mc = 3; kт = 2; fс = 50 Гц; kп.н.2 = 0,01; kг.т. = 0,05; ∆Ud.шим. = 15 В; fн = 5 кГц; Tо.ср. = 25 ℃; 𝜑 = 0,1 рад. 3 ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ФОРМУЛЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯ - Номинальное значение фазного тока: 𝐼ф = 𝑃𝑑 1000 = = 2,62 А 3𝑈ф 3 ∙ 127 - Среднее значение модуля фазного сетевого тока за полупериод сети: 2 ∙ √2 2 ∙ √2 𝐼ф.ср. = 𝐼ф ∙ ( ) = 2,62 ∙ ( ) = 2,34 А 𝜋 𝜋 - Индуктивность сетевого реактора: 𝐿𝑝 = 𝑈𝑑𝑐 6 ∙ 𝜋 ∙ 𝑓н ∙ ∆𝐼ф - Амплитуда пульсации сетевого тока: - Тогда 𝐿р = 460 6 ∙ 3,14 ∙ 5000 ∙ 0,05 ∙ √2 ∙ 2,62 = 0,026Гн - Емкость фильтра цепи постоянного тока: 𝐶𝑑 = 𝐼ф𝑁 ∙ √3 ∆𝑈𝑑.шим ∙ 𝑓н ∙ √2 = 2,62 ∙ √3 15 ∙ 5000 ∙ √2 = 428 мкФ - Коэффициент модуляции: 𝜇= 2√2 ∙ 𝑈фс 2√2 ∙ 127 = = 0.878 𝑈𝑑𝑐 460 - Фазовый сдвиг между первыми гармониками сетевого тока и напряжения на входе полупроводникового коммутатора 𝜑1 для номинального режима: 𝐼ф (𝑋𝐿 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝑅𝐿 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝜑1 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( ) −𝑈ф + 𝐼ф (𝑅𝐿 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑 − 𝑋𝐿 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜑 2.62(4.84 ∗ 𝑐𝑜𝑠0.1 + 48.23 ∗ 𝑠𝑖𝑛0.1) = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( ) = −1.47 −127 + 2.62(48.23 ∗ 𝑐𝑜𝑠0.1 − 4.84 ∗ 𝑠𝑖𝑛0.1) 𝜑1 = 0,05 𝑧𝐿 = 𝑈нг 127 = = 48.47 Ом 𝐼нг 2.62 𝑅𝐿 = 𝑧𝐿 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑нг = 48.47 ∙ 0,9 = 48.23 Ом 𝑥𝐿 = 𝑧𝐿 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜑нг = 48.47 ∙ 0.09 = 4.84 Ом - Рассчитаем и построим зависимость, kн1=f(μ) при изменении 1>μ>μN. 1,472 𝑘г.н1 = √ − 1 = 0.82 0,878 Рисунок 1. Зависимость, kн1=f(μ) при изменении 1>μ>μN. - Среднее значение тока транзистора: 𝐼тр ср = 𝐼ф.ср 1 𝜋𝜇 2,34 1 3,14 ∙ 0,89 ∙( + ∙ cos(𝜑1 )) = ∙( + ∙ cos(−1.47)) = 0,54А 2𝑁п 2 8 2 2 8 - Действующее значение тока транзистора: 𝐼тр = 𝐼ф 1 2𝜇 2.62 1 2 ∙ 0,81 √( − √( − ∙ cos(𝜑1 ) = ∙ cos(−1.47) = 1.26 А 𝑁п 4 3𝜋 1 4 3 ∙ 3,14 - Максимальное амплитудное значение тока транзистора: 𝐼тр.𝑚 = 𝐼тр = 0,63 2 - Среднее значение тока диода: 𝐼д.ср. = 𝐼ф.ср 1 𝜋𝜇 2,34 1 3,14 ∙ 0,878 ∙( − ∙ cos(𝜑1 )) = ∙( − ∙ cos(−1,47)) = 0,54А 2𝑁п 2 8 2 2 8 - Действующее значения тока диода: 𝐼д = 𝐼ф 1 2𝜇 2,62 1 2 ∙ 0,878 √( − √( − ∙ cos(𝜑1 ) = ∙ cos(−1,47) = 1,26А 𝑁п 4 3𝜋 1 4 3 ∙ 3,14 -Возьмем транзистор EFM109S с параметрами Rvt 400 mOm и Uк-энас =2,5 В. Возьмем диоды ДЛ112-10 с параметрами Uпр=0,92 В и Rдин=15,2 mOm. - Статические потери в транзисторе: 𝑃ст.𝑉𝑇 = 0,54 ∙ 2,5 + 1,262 ∙ 0,4 = 9,42 Вт - Статические потери в диоде: 𝑃ст.𝑉𝐷 = 0,44 ∙ 0,92 + 1,42 ∙ 0,54 = 1,46 Вт - Динамические потери в транзисторе: 𝑃к.тр = 50 ∙ 1,92 48 ∙ = 12 Вт 3,4 5 - Динамические потери в диоде: 𝑃к.д = 50 ∙ 0,44 460 ∙ = 9,2 Вт 1,4 500 - Мощность потерь одного ключа: 𝑃кл = 9.42 + 1.46 + 12 + 9.2 = 32.08 Вт - Суммарная мощность потерь полупроводникового коммутатора: Рпк = 1 ∙ 32.08 = 32.08Вт - Температура охладителя: 𝑇0 = 32.08 ∙ 1.5 + 30 = 78 ° - Температура полупроводниковых переходов транзисторов и диодов: 𝑇𝑣𝑡 = 90° 𝑇𝑣𝑑 = 75° - Рассчитаем и построим зависимость коэффициента гармоник сетевого напряжения kн2=f(μ) при изменении 1>μ>μN; Рисунок 2. - Рассчитаем и построим зависимость коэффициента гармоник сетевого тока k г.т=f(μ) при изменении 1>μ>μN. Рисунок 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной практической работе изучено устройство, принцип работы, вывод основных расчетных соотношений активного выпрямителя напряжения. Рассчитаны такие параметры, как номинальное значение фазного тока, среднее значение модуля фазного сетевого тока за полупериод сети, индуктивность сетевого реактора, емкость сетевого фильтра, емкость фильтра цепи постоянного тока, коэффициент модуляции μN при заданных значениях напряжения фазы сети и напряжения цепи постоянного тока, фазовый сдвиг между первыми гармониками сетевого тока и напряжения на входе полупроводникового коммутатора для номинального режима, среднее значения тока транзистора, действующее значения тока транзистора, максимальное амплитудное значение тока транзистора, среднее значение тока диода, действующее значения тока диода, статические потери в транзисторе, статические потери в диоде, динамические потери в транзисторе, динамические потери в диоде, мощность потерь одного ключа, суммарная мощность потерь полупроводникового коммутатора, температура охладителя, температура полупроводниковых температура полупроводниковых переходов диодов. переходов транзисторов,
