Курсовая работа: Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания
Курсовая работа: Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания
Тольяттинский политехнический институт
Кафедра «Промышленная электроника»
Курсовая
работа по МАРЭС
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ С ТИРИСТОРНОЙ СХЕМОЙ ПИТАНИЯ
вариант 1114
Студент:
Глушенков М.С.
Группа:
Э-305
Преподаватель:
Кудинов А.К.
Тольятти 1998 г.
Содержание
1.
Описание объекта исследования
2.
Исходные данные
3.
Задание для курсовой работы
4.
Составление математической модели
5.
Методика расчета искомых параметров и характеристик
6.
Алгоритм программы и программа расчета
7.
Результаты расчета и вывод
1. Описание объекта исследования
Объектом исследования является электродинамический
преобразователь энергии с тиристорной схемой питания, который может применяться
в вибростендах, при виброакустическом просвечивании земной коры, в медицине и
других отраслях техники.
1.1 Электродинамический преобразователь
Схематично
электродинамический преобразователь изображен на рис.1. Он состоит из
магнитопровода 1 с обмоткой подмагничивания 2 цилиндрической формы. В кольцевом
воздушном зазоре магнитопровода помещается подвижная обмотка якоря 3, имеющая
два вывода 4 для подключения к схеме питания. Обмотка подмагничивания 2
запитывается постоянным потоком и может быть заменена постоянным магнитом.
Постоянный поток Ф0, созданный этой обмоткой пронизывает воздушный
зазор и помещенную в него обмотку якоря 3. Обмотка якоря 3 жестко связана с
нагрузкой, состоящей в общем случае из массы m1 , пружины жесткостью
x
и элемента вязкого трения с коэффициентом n
1.2 Схема питания преобразователя
Тиристорная
схема питания преобразователя представлена на рис.2. Она состоит из источника
питающего напряжения Е и двух тиристорных мостов – коммутирующего (на
тиристорах VS1…VS4) и реверсивного (на тиристорах VS5…VS8). Задача схемы
заключается в формировании в обмотке якоря преобразователя переменного тока
заданной частоты. Частота может быть как фиксированной, так и изменяться по
заданному закону. Коммутирующий мост обеспечивает формирование в заданные
моменты времени фронтов и спадов импульсов тока, а реверсивный - чередующееся
изменение направления импульсов тока в нагрузке.
Схема
работает следующим образом.
В
момент времени t1 подаются отпирающие импульсы на управляющие выводы
тиристоров VS1, VS4, VS5, VS8. Ток источника протекает по контуру
Е-VS1-C-VS4-VS5-H-VS8. (Здесь Н – нагрузка). При этом формируется фронт
импульса тока нагрузки (рис.3). В момент t2 включается тиристор VS3,
при этом VS4 выключается, т.к. к нему прикладывается напряжение конденсатора С
в обратном направлении. Начиная с этого момента ток протекает по контуру
Е-VS1-VS3-VS5-H-VS8. При этом формируется плоская часть импульса тока нагрузки
(рис.3). В момент времени t3 включается тиристор VS2, при этом VS1
выключается, т.к. к нему во встречном направлении прикладывается напряжение
конденсатора С. Начиная с этого момента ток замыкается по контуру
Е-VS2-C-VS3-VS5-H-VS8 и формируется спад импульса тока нагрузки. В момент времени
t5 ток становится равным нулю и тиристоры VS2, VS3, VS5, VS8
естественным образом выключаются. На этом заканчивается формирование положительной
полуволны импульса тока. В момент времени t6 вновь подаются отпирающие
импульсы на тиристоры VS1, VS4 коммутирующего моста и другую пару тиристоров
VS6, VS7 реверсивного моста. Последовательность включения тиристоров
коммутирующего моста остается прежней и в нагрузке формируется аналогичный
первому импульс тока, имеющий противоположное направление. Важно иметь в виду,
что временные интервалы t3…t4 и t5…t6
не могут быть меньше определенной величины, определяемой свойствами тиристоров.
Алгоритм управления тиристорами и пояснение работы схемы представлено на рис 3.
Алгоритм
управления тиристорами.
Рис
3
2. Исходные данные
2.1 Общие для всех заданий исходные
данные
Индукция
магнитного поля в зазоре ................... В0=0,93Тл
Средний
диаметр обмотки якоря.......................... D=0,3 м
Число
витков обмотки якоря................................. W=56
Активное
сопротивление обмотки якоря.............. Ra=0,05Ом
Емкость
конденсатора коммутирующего моста.. С=53,5мкФ
Пороговое
напряжение тиристоров...................... Uпор=1,41В
Динамическое
сопротивление тиристоров .......... Rдин=0,98мОм
Время
выключения тиристоров............................ tвыкл=50мкс
Минимальная
частота опорного сигнала............. fмин=40Гц
Жесткость
пружины нагрузки............................... x=4,35×107Н/м
Коэффициент
вязкого трения нагрузки ............... n=236000Н×с/м
2.2
Индивидуальное задание (вариант 1114)
ЭДС
источника питания........................................ Е=10В
Индуктивность
обмотки якоря.............................. La=1,3мГн
Масса
нагрузки...................................................... m1=56,75кг
3. Задание для курсовой работы
а)
Определить минимальные значения интервалов 0…t1, 0…t2,при
которых обеспечивается заданное время выключения тиристоров.
б)
При найденных значениях t1 и t2 определить:
Тпп-время
переходного процесса при включении схемы;
fмакс-максимальную
частоту работы схемы;
P(f=fmin),
P(f=fmax)-активные мощности, потребляемые от источника питания Е на
частоте fmin и fmax;
IН(f=fmin),
IН(f=fmax)-действующие значения тока нагрузки на частоте fmin
и fmax.
в)
На одном рисунке построить графики зависимостей i(t), ua(t), v(t),
x(t) при установившемся режиме и частоте f=fmax/2.
г)
Дополнительное задание:
Исследование
аварийных режимов
Промоделировать
работу схемы в случае короткого замыкания нагрузки. Изобразить на графике
временные диаграммы i(t),uс(t)
Оценить
и описать изменения в работе схемы при плавном уменьшении емкости С.
4. Составление математической модели
Тиристоры
во включенном состоянии можно моделировать цепью из последовательно включенных
источника напряжения Uпор и сопротивления Rдин
В
выключенном состоянии тиристор можно моделировать большим сопротивлением или разрывом.
При
составлении уравнений электрической части в качестве уравнения обмотки якоря
вибратора следует использовать выражение:
Математическая
модель:
а)
промежуток t1…t2:
 :
  б)
промежуток t2…t3: 
в)
промежуток t3…t5(условие переключения IL=0)
г)
промежуток t5…t6(IL=0;Uc=const):
Для
отрицательной полуволны знаки указаны в скобках
5. Методика расчета искомых параметров и
характеристик
Для
решения систем дифференциальных уравнений математической модели применяли
формулы численного интегрирования Рунге-Кутта четвертого порядка, которые имеют
вид:
Xi+1=Xi+(K1+2K2+2K3+K4)/6,
Где:
К1=h×f[ti,Xi];
K2=h×f[ti+h/2,
Xi+K1/2];
K3=h×f[ti+h/2,
Xi+K2/2];
K4=h×f[ti+h,
Xi+K3];
h-шаг
интегрирования.
а)
составляем программу, которая рассчитывает параметры IL, Uc,
X, V на каждом шаге интегрирования. Задаем значения t1 и t2
при которых обеспечивается заданное время выключения тиристоров 50мкс (t3…t4;
t5…t6).
б)
при найденный значениях t1 и t2 определили:
время
переходного процесса как время от начала включения схемы до установившихся
значений параметров;
действующие
значения тока нагрузки на частоте fmin и fmax находим по
формуле прямоугольников, которая при достаточно малом шаге интегрирования дает
требуемую точность вычислений
активные
мощности, потребляемые от источника питания Е на частоте fmin и fmax,
по формуле Р=Е×Iд
6.Алгоритм программы и программа расчета
6.1 Алгоритм программы приведен на
рисунке 3
Страницы: 1, 2, 3, 4 |
