Проектирование полупроводникового преобразователя электрической энергии - однофазного автономного инвертора напряжения. Сведения об автономных инверторах напряжения. Схема электрическая принципиальная и функциональная силовой части преобразователя.
Аннотация к работе
В данном курсовом проекте проектируется полупроводниковый преобразователь электрической энергии - однофазный автономный инвертор напряжения. Автономный инвертор - устройство, преобразующее постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающий на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.Обеспечить стабилизацию (регулирование) напряжения на выходе инвертора можно изменением длительности импульсов управления ключами в зависимости от дестабилизирующих факторов. На рисунке 2 представлена принципиальная схема транзисторного инвертора напряжения с насыщающимся трансформатором, где R1, R2 - создают смещение на базе транзисторов VT1 и VT2, работающих в ключевом режиме, конденсатор C - обеспечивает прохождение переменной составляющей напряжения обратной связи, обмотки WOC1, WOC2 - образуют цепь положительной обратной связи (ПОС) по напряжению для этого они включены согласно по отношению к обмоткам силового контура W11, W12. Если рассматривать реальные процессы, то к концу полупериода работы инвертора напряжения происходит "спад" вершины импульса U2 за счет влияния цепи намагничивания на величину коллекторного тока, что приводит к значительным потерям на силовых ключах. Транзисторный инвертор с самовозбуждением с коммутирующим трансформатором приведен на рисунке 3. однофазный инвертор напряжение преобразователь При подаче управляющих импульсов X1, X4 на транзисторы VT1, VT4 на интервале времени [t3; t4] ток протекает по контуру: " " U1; коллектор - эмиттер VT1; обмотка трансформатора (T) в первичной цепи; коллектор - эмиттер VT4;Схема однофазного мостового транзисторного инвертора напряжения показана на рисунке 9 [1]. Рассмотрим работу схемы инвертора при симметричном управлении, то есть при условии, что транзисторы VT1, VT2 включаются одновременно и находятся во включенном состоянии 180 градусов по частоте выходного напряжения, а транзисторы VT3, VT4 тоже включаются одновременно, но со сдвигом по фазе на 180 градусов по отношению к первой паре транзисторов. При этом в нагрузке нарастает ток i2 в направлении, указанном на схеме, причем эдс самоиндукции в этом случае препятствует увеличению тока в контуре. На этом интервале ток нагрузки протекает от индуктивности нагрузки через диод VD3, через источник Ed в обратном направлении и через диод VD4 в нагрузку. На рисунке 10 (б) представлена кривая входного тока инвертора, которая показывает, что в течение первой полуволны выходного напряжения кривая входного тока совпадает с кривой тока нагрузки, в момент изменения полярности выходного напряжения кривая входного тока претерпевает разрыв и в течение второй полуволны выходного напряжения кривая входного тока повторяет кривую тока нагрузки, но с обратной полярностью.Исходя из проведенного анализа и сделанных выводов, схема электрическая принципиальная однофазного инвертора напряжения приведена на рисунке 11. Для обеспечения работоспособности проектируемого преобразователя выбираем элементы, с помощью которых осуществляется защита схем от короткого замыкания и перегрузки: датчик тока (схема защиты будет разработана далее). На рисунке 12 представлены временные диаграммы работы инвертора.Разработка системы защиты и управления автономным инвертором производится согласно рекомендациям [10]. Системы управления автономными инверторами должны обязательно содержать в себе задающий генератор, обеспечивающий фиксированную, стабильную частоту выходного напряжения. Здесь задающий генератор (ЗГ) представляет собой неуправляемый генератор импульсов, выходная частота которого в 2 раза превышает требуемую выходную частоту инвертора. Импульсы с задающего генератора поступают на распределитель импульсов (РИ), который, во-первых, распределяет эти импульсы по 2 каналам, в результате чего частота их в каждом канале снижается в 2 раз и становится равной выходной частоте генератора. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы управления приведены на рисунке 14.В качестве силовой схемы однофазного инвертора напряжения примем мостовой однофазный транзисторный инвертор напряжения, выполненный на IGBT-транзисторах. Вследствие того, что при закрывании ранее открытого транзистора (например, VT1) имеется интервал времени рассасывания и спада, VT1 закрывается дольше, в сравнении с открывающимся VT2, следовательно, есть небольшой интервал времени (доли мкс), когда VT2 уже открылся, а VT1 еще открыт, протекает сквозной ток. Для исключения этого сквозного тока необходимо в электронной схеме управления ключами применять элементы задержки, которые задерживают открывание ранее закрытых ключей (для данного случая VT2, но также и VT1, когда он открывается), следовательно, образуется интервал времени (десятые доли мкс), когда VT1 закрылся, а VT2 еще не открылся, т.е. оба они закрыты, что недопустимо, так как действует закон сохранения тока в цепях с индуктивностью и ЭДС самоиндукции может выжечь закрывающийся ключ. Второй сквозной ток протекает по цепи E VT1-VD2-земля (против направления VD2). Эти дро
План
Оглавление
Техническое задание
Введение
1. Анализ вариантов технических решений
1.1 Общие сведения об инверторах напряжения
1.2 Анализ вариантов решения задачи
2. Разработка схемы электрической принципиальной силовой части преобразователя
3. Разработка схемы электрической функциональной системы управления
4. Расчет и выбор элементов в силовой части преобразователя