Большая Энциклопедия Рефератов - Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций

p> Моментом включения тиристора можно управлять подавая управляющий импульс тока на n-р-переход, прилегающий к катоду.
При прохождении тока нагрузки через открытый тиристор все три его n-р- перехода смещены в прямом направлении и управляющий электрод перестает влиять на процессы, происходящие в тиристоре. При спадании прямого тока тиристора до нуля после рассасывания заряда неосновных носителей в базовых областях тиристор запирается и управляющие свойства восстанавливаются.

[pic]

Рис.3.5 Схемы включения тиристора и его вольт-амперная характеристика.

В схеме, содержащей источник питания Е, тиристор VS и резистор нагрузки R (рис. 3.5, а), возможны два устойчивых состояния, одно из которых соответствует открытому, а второе - закрытому тиристору. Наложение характеристики цепи резистор - источник на характеристики тиристора (рис.
3.5, б) позволяет получить прямые токи отключенного (точка А и включенного
(точка В) тиристора. Повышение напряжения источника от 0 до E при Iу=0 вызывает перемещение рабочей точки по нижней ветви характеристики до точки
А. Если подать управляющий импульс тока амплитудой и длительностью, достаточной для поддержания этого тока на время открывания тристора, то рабочая точка перейдет в точку, соответствующую открытому состоянию тиристора.

[pic]
Рис.3.6 Наложение характеристики цепи резистор - источник на характеристики тиристора
Спад открывающего импульса тока в цепи управления не влияет на процессы в открытом тиристоре, его рабочая точка остается в положении В.
Восстановление управляющих свойств тиристора произойдет лишь при его обесточивании на время, большее времени его закрывания.
В открытом состоянии тиристор пропускает очень большие токи (до нескольких сотен ампер) и оказывает им малое сопротивление. В этом его преимущество. Применяя тиристоры, следует иметь в виду, что скачкообразное изменение сопротивления в момент открывания может привести к очень большим броскам тока. Особенно велики эти броски в тех схемах, где нагрузка R шунтируется конденсатором.
Зарядка конденсатора через открывшийся тиристор может вывести последний из строя. Поэтому для уменьшения бросков тока последовательно с тиристором включают дроссель. В выпрямительных схемах тиристоры лучше работают при активной нагрузке или при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента.
В управляемый выпрямитель тиристор вводят как обычный вентиль, а к его управляющему электроду подводят от цепи управления (ЦУ) импульсы, включающие тиристоры с запаздыванием на угол ( относительно выпрямляемого напряжения (рис. 3.6).
Через тиристор VS1, включающийся в момент, соответствующий (t =( на выход выпрямителя передается напряжение первой фазы вторичной обмотки e21. При
(t=( напряжение e21 становится отрицательным, однако тиристор запереться не может, так как это привело бы к обрыву тока, проходящего через дроссель L.
Индуктивность дросселя L выбирают большей критической, чем и поддерживают непрерывный ток. Поэтому в те моменты, когда e21 отрицательно, на дросселе
L наводится ЭДС самоиндукции с полярностью и значением, обеспечивающими напряжение на катоде, меньше e21.
При (t=(+( открывается тиристор VS2, через который на выход передается напряжение e22, являющиеся на данном этапе положительным. Ток дросселя переходит на вторую фазу, а тиристор VS1 оказавшись обесточенным и смещенным в обратном направлении, запирается и т. д. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя e0 создается лишь теми частями напряжений вторичных полуобмоток E21 и E22, которые соответствуют открытому состоянию тиристоров.
Напряжение на нагрузке, получающееся почти равным постоянной составляющей напряжения e0, подводимого к фильтру LС, растет при умень-

[pic]

Рис.3.7 Схема регулировки выпрямления напряжения. шении угла ( и спадает при его увеличении. Регулировка выпрямленного напряжения, достигаемая изменением фазы управляющих импульсов, не связана с гашением избытка мощности в самом регулируемом выпрямителе, что является основным его преимуществом.
Схемы выпрямления с тиристорами такие же, как обычных выпрямителей.
Основное внимание далее уделяется двухфазным схемам выпрямителей.
Для простоты полагаем падение напряжения на открытом тиристоре много меньшим рис. 3.7 выпрямленного напряжения, а токи утечки (прямой ток при закрытом тиристоре и обратный ток при отрицательном напряжении) - малыми по сравнению с током нагрузки. Это позволит считать тиристор идеальным (прямое падение напряжения в режиме насыщения, прямой и обратный токи утечки, а также ток отключения в нем равны нулю). Такие упрощения не приведут к большой погрешности, так как ток через вентиль схемы определяется сопротивлением нагрузки, а не фазы. По этой же причине можем считать идеальными дроссель L и трансформатор, т. е. пренебречь индуктивностью рассеяния и активными сопротивлениями их обмоток.
Сначала рассмотрим одну первую фазу регулируемого выпрямителя (рис. 3.7).
Нагрузку выпрямителя полагаем состоящей из дросселя L и конденсатора С, образующих фильтр, и активной нагрузки R, а выходное напряжение - постоянным и равным е0. Исходя из графика рис. 3.6 запишем

Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентиля напряжение e0 совпадает с ЭДС первой фазы трансформатора e21 в интервале

( 32,5°. Если индуктивность дросселя L- меньше Lкр, где или сопротивление нагрузки выпрямителя больше Rmax где то ток в дросселе станет равным нулю раньше, чем откроется тиристор второй фазы. Как только ток станет равным нулю, тиристор обесточится и выключится.
Такой режим не очень выгоден, так как связан с большими переменными составляющими токов тиристов и обмоток трансформатора. Поэтому чаще всего индукчивность дросселя L выбирают такой, чтобы при максимально возможном сопротивлении нагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.
В режиме непрерывного тока дросселя ток фазы приближается по форме к прямоугольной (рис. 3.8,а,б). Его действующее значение без учета пульсаций
Действующее значение тока первичной обмотки, в которую трансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается в раз больше, чем тока nlr, т. е.

[pic]

Рис.3.8 Ток дроселя.
По форме ток первичной обмотки в каждый из полупериодов повторяет ток фазы, равный току iL (рис. 3.8, в). Первая гармоника этого тока при малых пульсациях сдвинута на угол а. относительно напряжения на первичной обмотке.
Таким образом, при тиристорный выпрямитель потребляет от сети не только активный, но и реактивный ток. Это является недостатком такого выпрямителя.
Полный перепад пульсаций на выходном конденсаторе С найдем так же, как и при исследовании неуправляемого выпрямителя. В результате получим выражение:

Здесь коэффициент ((() является функцией угла (.

Подводя итог, отметим следующие особенности схемы тиристорного регулируемого выпрямителя:
1)снижение выходного напряжения в теристорном выпрямителе достигается благодаря уменьшению отбора мощности от сети переменного тока; оно не связано с гашением значительной ее части в выпрямителе;
2)при регулировке выпрямитель потребляет не только активную, но и реактивную мощностью сети переменного тока;
3)при изменении угла регулирования ( от 0 до 0,5( выходное напряжение меняется от максимума до 0;
4)пульсация выпрямленного напряжения заметно возрастает с ростом угла регулирования;
5)режим непрерывного тока в дросселе нарушается, если не соблюдается отношение

4. Расчет управляемого выпрямителя на теристорах.

[pic]

Рис. 4.1 Принципиальная схема выпрямителя с индуктивной нагрузкой к примеру расчета.
Рис. 4.2 Принципиальная схема управляемого выпрямителя к примеру расчета.

В управляемом выпрямителе создаются значительные пульсации напряжения, для уменьшения которых обычно применяют многозвенный сглаживающий фильтр.
Коэффициент пульсаций на входе фильтра зависит от угла регулирования (:

где К = 1 для первой гармоники частоты пульсаций.
Для уменьшения коэффициента пульсаций можно применить коммутирующие диоды.
Пример. Исходные данные:

1. Пределы регулирования выпрямленного напряжения U’0 = 70(100 В.

2. Сопротивление нагрузки Rн = 100 Ом =const, При регулировании ток нагрузки изменяется от I0max= U’0max/Rн = 100:
100 = 1 А до I0min= 70:100 = 0,7 А.

3. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке Кпвых = 0,2%.

4. Напряжение сети 220 В частоты 50 Гц.

Расчет:

1. Для сравнительно небольшой мощности Р0тах =U’0I0 = 100 • 1 = 100 Вт выбираем однофазную мостовую схему выпрямления с Г-образным LС-фильтром
(рис. 4.2).

2. Основные параметры выпрямителя при максимальном выходном напряжении
U’0 = 100 В, т. е. при ? = 0

Uдр=0,1U’о =0,1x100=10 В при Р0=100 Вт; (4.2.)

U0=U'о+Uдр=100+10=110В; U2=1,11U0 =1,11x110=122В; (4.3.)

I2=0,707I0=0,707x1=0,707A; Kтр=U2/U1=122/220=0,555; (4.4.)
I1=IоKтр=1x0,555=0,555A; Pтип=1,11U0I0=1,11x110x1=122BA; (4.5.)

I0в=0,5I0=0,5x1=0,5A; ImB=I0=1A; (4.6.)

Uобр=1,57U0=1,57x100=173В; Kпвх=0,67(67%); (4.7)

3. Определение основных параметров выпрямителя при минимальном выходном напряжении, т. е. при ?= ? мах

4. Выбор типа вентилей. В мостовой схеме для упрощения управления выбраны два вентиля неуправляемых и два тринистора. Выбираем вентили по максимальному обратному напряжению Uобрm = 173 В и максимальному значению выпрямленного тока I0в = 0,5 А и I 0вн = 0,626 А.

Выбираем диоды типа Д242Б (Uобр.доп = 200 В; Iо = 2 А). Выбираем тринисторы типа КУ201Ж (Uобр.доп = 200 В; Iо = 2 А, Iупр тах = 0,2 А).

5. Определение коэффициента сглаживания: q=Кп.вх/Кп.вых=1,51:0,002=755. (4.19)

Принимаем двухзвенный фильтр с коэффициентом сглаживания одного звена:

6. Определение элементов каждого звена фильтра:

Амплитуда переменного напряжения на конденсаторе первого звена С1:
Выбираем конденсатор типа К50-12 емкостью С1=С1==50 мкф, Uраб=250В:

U~mконд=6%; Uраб =0,06x250 =15,2 В > 6,1 В.
Индуктивность дросселя

7. Проверка условия отсутствия резонансных явлений в фильтре

8. Расчет элементов цепи управления.

Расчет цепи управления сводится к определению элементов фазосдвигающей цепи RC или LC (или расчету магнитного усилителя), выбору диодов Д3, Д6 и расчету трансформатора Тр2

Конденсатор С3 выбирается емкостью в десятки - сотни микрофарад при частоте сети 50 Гц. Выбираем два конденсатора типа К52-3 по 80 мкФ, включенные параллельно с рабочим напряжением Uраб = 90 В; U~mдоп = 35%
Uраб = 0,35 x 90 = 31,5 В.

Для построения регулировочной характеристики задаются углом ?0 = 10, 20,
30 и т, находят величину R3 табл. 6 значение U’0?- Результаты расчетов сведены в табл. 3.

Таблица 3 Характеристики угла а0.
|?0 |10 |20 |30 |40 |46 |
|Rз=1/?Сtg?, Ом |220 |113 |74 |55 |47 |
|U’0?=U’0cos?, В |98,5 |94 |06,6 |76,6 |70 |

Тринисторы КУ201Ж выбираем с запасом по току более чем вдвое, поэтому максимальное значение управляющего тока необходимо уменьшать до величины
Iупрампл =0,09 А.

9. Выбираем резистор Rз = 270 Ом типа СП5-2ТА на 2 Вт.

Мощность, рассеиваемая резистором:

Выбираем ограничительные резисторы R1 = R2 = 11 Ом типа МЛТ-0,125:

Амплитуда переменного напряжения на половине вторичной обмотки трансформатора Тр2

Выбор диодов Д1, Д4 производится по току Iупрампл и напряжению U’~m
Выбираем диоды типа Д202 (Uобр = 100 В; I0в = 0,4 А), у которых

Ri? Uпр/Iупр.ампл = 1: 0,09 = 11 Ом.

Уточняем амплитуду переменного напряжения:

U’~m=Iупр.ампл(R1+R3max+Ri)=0,09(11+270+11)=26,2В.
Затем проводится конструктивный расчет трансформатора Тр2 для данных:

В случае применения фазосдвигающей цепи LR3 задаются величиной L, дросселя и находят пределы изменения величины резистора R3 из выражения

Если необходимы более широкие пределы регулирования напряжения, то помимо переменного резистора используют дроссель насыщения, Если регулирующим элементом служит магнитный усилитель, то проводятся выбор его магнитопровода и расчет его обмоток.

Таблица 5 Таблица расчета Uдр.
|Pо,Ватт |Uдр=Iо Rдр |
| |Fc=50 Гц |fc=400 Гц |
| |V | |
|До 10 |0,2 —0,15 |0,08 —0,065 |
|10—30 |0,15 —0,12 |0,065—0,05 |
|30—100 |0,12 —0,09 |0,05—0,035 |
|100—300 |0,09 —0,06 |0,035—0,025 |
|300—1000 |0,06 —0,045 |0,025—0,018 |
|1000—3000 |0,045—0,03 |0,018—0,012 |
|3000—10 000 |0,03 —0,02 |0,012—0,009 |

Таблица 6 Параметры схемы выпрямления.
| | |Значения параметра в зависимости от схемы |
| | |выпрямления |
|№ | | |
|п/п|Параметр | |
| | |Двухполу-п| | |Трехфазная |
| | |ериодная |Однофазная |Трехфаз-на|мостовая |
| | |со средней|мостовая |я | |
| | |точкой | | | |
| | | | | | | |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |
|1 |Действующее |2x1,11U0 |1,11xU0 |0,815U0 |0,43U0|0,74U0|
| |значение | | | | | |
| |напряжения | | | | | |
| |вторичной обмотки| | | | | |
| |U2 | | | | | |

Продолжение таблицы 6
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |
|2 |Действующий ток |0,707I0 |0,707 I0 |0,58 I0 |0,815 |0,47 |
| |вторичной | | | |I0 |I0 |
| |Обмотки I2 | | | | | |
|3 |Действующий ток |IoKтр | IoKтр |0,47 IoKтр|0,815 |0,47 |
| |первичной обмотки| | | |IoKтр |IoKтр |
| |I1 | | | | | |
|4 |Типовая мощность |1,34IоUо |1,11 IоUо |1,35 IоUо |1,05 |1,05 |
| |трансформатора | | | |IоUо |IоUо |
| |Ртип | | | | | |
|5 |Подмагничивание |Нет |Нет |Есть |Нет |Нет |
| |трансформатора | | | | | |
|6 |Среднее значение |0,5 I0 |0,5 I0 |0,33 I0 |0,33 |0,33 |
| |тока вентиля Iов | | | |I0 |I0 |
|7 |Действующее |0,707 I0 |0,707 I0 |0,58 I0 |0,58 |0,58 |
| |значение тока | | | |I0 |I0 |
| |вентиля Iв | | | | | |
|8 |Амплитудное |I0 |I0 |I0 |I0 |I0 |
| |значение тока | | | | | |
| |вентиля Imв | | | | | |
|9 |Обратное |3,14 |1,57Uо |2,09 Uо |1,05 |1,05 |
| |напряжение на | | | |Uо |Uо |
| |вентиле Uобрm | | | | | |
|10 |Число вентилей N |2 |4 |3 |6 |6 |
|11 |Частота пульсаций|2fc |2fс |3fс |6fс |6fс |
| |fп | | | | | |
|12 |Расчетный |7 |5,2 |6,6 |2,5 |7,6 |
| |коэффициент Кт | | | | | |
|13 |Расчетный |5,5x10-3 |6,4x10-3 |3,3x10-3 |10-3 |3x10-3|
| |коэффициент КL | | | | | |
|14 |Падение | | | | | |
| |напряжения на ак-|IоRтр |IоRтр |IоRтр |2 |0,67 |
| |тивном | | | |IоRтр |IоRтр |
| |сопротивлении ?UT| | | | | |
| |трансформатора | | | | | |
|15 |Падение |2IоfсLs |2 IоfсLs |3 IоfсLs |6 |4 |
| |напряжения на | | | |IоfсLs|IоfсLs|
| |реактивном | | | | | |
| |сопротивлении | | | | | |
| |трансформатора | | | | | |
| |?Ux | | | | | |

5. Экология

5.1. Защита от воздействия электромагнитного поля промышленной частоты

Влияние поля на здоровье людей. В процессе эксплуатации электроэнергетических установок - открытых распределительных устройств
(ОРУ) и воздушных линий (ВЛ) электропередачи напряжением 400 кВ и выше - отмечено ухудшение состояния здоровья персонала, обслуживающего эти установки. Субъективно это выражается в ухудшении самочувствия работающих - повышенная утомляемость, вялость, головные боли, плохой сон, боли в сердце и т. п.
Специальные наблюдения и исследования, проводимые в Советском Союзе и за рубежом, позволили установить, что фактором, влияющим на здоровье обслуживающего персонала, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок. В электроустановках напряжением менее 400 кВ также возникают электромагнитные поля, но менее интенсивные и, как показывает длительный опыт эксплуатации таких установок, не оказывающие отрицательного влияния на биологические объекты.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечной деятельности и системы кровообращения. При этом наблюдаются повышенная утомляемость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и т. п.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. Электромагнитное поле можно -рассматривать состоящим из двух полей: электрического и магнитного. Можно также считать, что в электроустановках электрическое поле возникает при наличии напряжения на токоведущих частях, а магнитное - при прохождении тока по этим частям.

При малых частотах, в том числе при 50 Гц, электрическое и магнитное поля практически не связаны между собой, поэтому их можно рассматривать отдельно друг от друга и также отдельно рассматривать влияние, оказываемое ими на биологический объект. Исходя из этого, определена поглощаемая телом человека энергия электрического и магнитного полей. При этом в любой точке электромагнитного поля, возникающего в электроустановках промышленной частоты, поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля. Вместе с тем измерениями в реальных условиях установлено, что напряженность магнитного поля в рабочих зонах ОРУ и ВЛ напряжением до 750 кВ включительно не превышает 20 - 25 А/м, в то время как вредное действие магнитного поля на биологический объект проявляется при напряженности 150 - 200 А/м.

Это позволило сделать вывод, что отрицательное действие на организм человека электромагнитного поля в электроустановках промышленной частоты обусловлено электрическим полем; магнитное же поле оказывает незначительное биологическое действие и в практических условиях им можно пренебречь.

Электрическое поле электроустановок частотой 50 Гц можно рассматривать в каждый данный момент как электростатическое поле, т. е. применять к нему законы электростатики. Это поле создается между двумя электродами (телами), несущими заряды разных знаков, на которых начинаются и оканчиваются силовые линии.
Поле электроустановок является неравномерным, т. е. напряженность его изменяется вдоль силовых линий. Вместе с тем оно обычно несимметричное, поскольку возникает между электродами различной формы, например между токоведущей частью и землей или металлической заземленной конструкцией.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6

В соцсетях