Выбор электродвигателя Моделирование и анализ электронных схем Основы электротехники Методические указания Основы электроники Лабораторные работы Основы теории цепей

Расчетное задание Элементы проектирования электропривода

Решение задачи выбора типа ЭК

удовлетворяющего заданным параметрам на практике довольно часто оказывается неоднозначным, поскольку при ее решении необходимо учитывать множество аспектов. Поясним это на примере данной задачи.

При поиске ЭК будем исходить из требуемого  = 10 В и допустимого тока пульсации ЭК  порядка 0,1 А. Обратимся к каталогу зарубежной фирмы EPCOS,находим раздел Product Search в котором возможен параметрический поиск элементов, производимых фирмой. Далее выбираем раздел - конденсаторы (Capacitors) и осуществляем поиск среди алюминиевых ЭК (Search all Aluminum Electrolytic Capacitors). В окне задания требуемых параметров ЭК выбираем =10 В. Поскольку габариты конденсатора пропорциональны его току пульсации , то выбираем ЭК с минимальными габаритами: диаметр – 4 мм, длина – 5,4 мм. Данным поиска отвечают только ЭК из серии B41112 (рис. 2.12), имеющие допуск по емкости M (±20%) и SMD исполнение, т.е. предназначены для печатного монтажа.

Расчет токов коротких замыканий в энергосистеме методом симметричных составляющих. В результате различного вида коротких замыканий в сложной энергосистеме возникает несимметричный режим. Расчет токов коротких замыканий в различных точках энергосистемы является важной инженерной задачей. Также расчеты выполняются методом симметричных составляющих.

Рис. 2.12. Окно вывода результатов параметрического поиска ЭК.

В окне вывода результатов поиска (show results) можно скачать файл технической документации в формате pdf. В файле документации [24] находим данные ЭК на  = 10 В (рис. 2.13). Так как величины токов пульсаций ЭК  приведены для частоты 120 Гц, то следует учесть коэффициент пересчета (frequency multiplier for rated ripple current) на частоту 100 Гц. В файле документации указан коэффициент пересчета - 0,7 для частоты 50 Гц (см. рис. 2.13). Величину коэффициента пересчета для частоты 100 Гц следует выбрать в диапазоне 0,85 ÷ 0,95.

Рис. 2.13. Данные ЭК серии B41112 на  = 10 В.

Очевидно, что если выбрать ЭК на требуемый ток пульсации порядка 0,1А, то его емкость С будет значительно меньше требуемой. Если же выбрать ЭК исходя из требуемой емкости С, при этом возможно параллельное соединение ЭК:

,

то общий ток пульсации значительно превысит требуемый.

 Обратимся к каталогам других производителей ЭК. Например, стандартные серии ЭК (HP3, HU3, HU4, HU5 и ряд др.) с выводами типа “snap-in” фирмы Hitachi начинаются только с рабочих напряжений 16 В, при этом данные ЭК рассчитаны на токи пульсации  от нескольких ампер и более. Аналогичная ситуация и с ЭК требуемых  и С других производителей (см. таблицу 2.3).

  Таблица 2.3.

Фирма

Серия

, В

С,

мкФ

, А

(85º С)

Габариты

D x L, мм

Hitano

ECR

10

10 000

1,66 (120 Гц)

16 х 36

Hitano

ELP

10

10 000

2,16 (120 Гц)

22 x 30, 25 x 25

Evox Rifa

PEH 169

10

10 000

6,08 (100 Гц)

35 x 51

Таким образом, в данном случае разработчику придется выбрать параллельное соединение нескольких ЭК или один ЭК с завышенными параметрами (С или ). В любом случае, при обеспечении требуемого коэффициента пульсаций , величина тока пульсации  ЭК будет значительно завышена. Массогабаритные показатели ФУ при этом ухудшатся, но улучшатся надежностные, увеличится срок службы ЭК, так как имеем хороший запас по току.

Из приведенного примера видно, что конечный выбор ЭК будет определяться множеством аспектов – требованиями к фильтрующему устройству, минимизации габаритов, требуемым сроком службы ЭК, технологическим, ценовым и другими факторами.

Пример 2. Рассчитать выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение  = 50 В при токе  = 1,0 А. Параметры сети: трехфазная с «0», напряжение питающей сети переменного тока 220/380 В, частота сети  = 50 Гц. Коэффициент пульсаций выпрямителя по первой гармонике  = 0,025.

Решение:

1. Найдем сопротивление нагрузки выпрямителя

 (Ом)

При этом полезная мощность в нагрузке

 (Вт)

2. В качестве схемы выпрямления выбираем однофазную мостовую схему (схема Греца), которая характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности.

3. Для выбранной схемы выпрямления определяем средний ток вентиля, значение обратного напряжения на вентиле и максимальное значение тока через вентиль по приближенным формулам (см. таблицу 2.1)

 (А),

 (В),

 (А).

Выбираем в качестве вентилей выпрямительные диоды 1N4002 [12], которые характеризуются хорошей перегрузочной способностью по току:  = 1 А,  = 30 А,  = 100 В,  = 1,1 В,  = 0,6 В. Подсчитаем внутреннее сопротивление вентиля согласно формуле (1.5):

 (Ом)

 4. Ориентировочные значения активного сопротивления обмоток и индуктивности рассеяния трансформатора, приведенные к фазе вторичной обмотки, определяем согласно (1.2) и (1.3) и данным таблицы 2.1:

 (Ом)

  (Гн)

Принято: амплитуда магнитной индукции  в магнитопроводе - 1 Тл, число стержней трансформатора s = 1, p = 2.

5. Активное сопротивление фазы выпрямителя r (таблица 2.1)

 (Ом)

6. Поскольку выпрямленное напряжение 50 В, то в дальнейшем расчете пренебрежем пороговым напряжением диодов. Определяем значения основного расчетного параметра А по (2.13)

,

.

Воспользуемся возможностями пакета MathCAD для нахождения угла отсечки   [23]:

Таким образом, рад, что в градусах составляет 40.

7. Относительное реактивное сопротивление фазы согласно (2.21)

,

 

 при этом угол  равен 19,3.

Таким образом, величина реактивного сопротивления фазы сопоставима с активным сопротивлением и данные расчета по аналитическим выражениям, когда предполагается x = 0, и по графическим зависимостям (рис. 2.5 – 2.8) будут несколько отличаться.

8. Действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора согласно (2.14)

 (В),

исходя из графических зависимостей (рис. 2.5) оно несколько больше за счет падения напряжения на реактивном сопротивлении фазы:

 и  (В).

Индексом “” будем обозначать значения, полученные из графических зависимостей.

9. Уточняем значение обратного напряжения диода (см. табл. 2.1):

 (В) <  = 100 (В)

 10. Вычисляем действующее значение тока вторичной обмотки (2.15):

 (А),

 

исходя из графических зависимостей (рис. 2.6):

 и  (А)

11. Эффективное значение тока через вентиль (см. табл. 2.1):

 (А)

 12. Уточняем значение импульса тока через вентиль (2.16):

  (А),

исходя из графических зависимостей (рис. 2.7):

 и  (А) <  = 30 (А)

13. Находим коэффициент трансформации (2.22):

 14. Вычисляем действующее значение тока первичной обмотки (см. табл. 2.1):

 (А)

15. Определяем мощности первичной, вторичной сторон и значение габаритной мощности трансформатора (см. табл. 2.2):

 (ВА)

16. Коэффициента использования трансформатора по мощности:

 0,682

17. Определяем емкость конденсатора исходя из обеспечения требуемого коэффициента пульсаций по первой гармонике из (2.19):

   (мкФ)

исходя из графических зависимостей (рис. 2.8) получим немного меньшее значение:  при этом C  2000 (мкФ).

Требуемая емкость конденсатора с учетом допустимого отклонения емкости в пределах ±20%:

C ≥ 2400 (мкФ).

Порядок разработки проектной документации регламентируется строительными нормами [3]. Деятельность проектировщиков непосредственно связана с термином "система", являющимся одним из фундаментальных понятий современной науки. Система (от греч. systema - целое, составленное из частей; соединение) - это множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. Согласно данному определению, любой объект может рассматриваться как система.
Вернуться на главную сайта