Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания
Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания
3 Тольяттинский политехнический институт Кафедра «Промышленная электроника» Курсовая работа по МАРЭСЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ 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 и элемента вязкого трения с коэффициентом 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 =4,35107Н/м Коэффициент вязкого трения нагрузки =236000Нс/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=hf[ti,Xi]; K2=hf[ti+h/2, Xi+K1/2]; K3=hf[ti+h/2, Xi+K2/2]; K4=hf[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=ЕIд 6.Алгоритм программы и программа расчета 6.1 Алгоритм программы приведен на рисунке 3 6.2 Программа (написана на языке TURBO BASIC) LET h = .00001 Bo = 1 La = .00235 m1 = 100 D = .8 w = 40 C = .00015 ksi = 2 * 10 ^ 7 nu = 4000 E = 10 R = .00105 Ra = .05 Pi = 3.141592654# z = 1 t1 = .00007 t2 = .00621: t56 = t1 integral = 0 integral2 = 0 LET schet = 1 INPUT "параметры выводить на экран? n-нет"; q1$ IF q1$ = "n" OR q1$ = "N" THEN q = 0 ELSE q = 1 SCREEN 12 Uc = 0 LOCATE 1, 45: PRINT "время t(мс)" LOCATE 2, 45: PRINT "белая линия I(А)" LOCATE 3, 45: PRINT "синяя линия Uc(В)" LOCATE 4, 45: PRINT "фиолетовая линия X(мм)" LOCATE 5, 45: PRINT "красная линия V(мм/с)" LOCATE 6, 45: PRINT "зеленая линия a(m/S)" LOCATE 7, 45: PRINT "коричневая линия Ua(В)" 0 LET i1 = I LET Uc1 = Uc LET x1 = X LET V1 = V LET xc = 0 1 LET k1i = E / La - (R / La) * i1 - Uc / La - (Bo * Pi * D * w) * V / La LET i1 = I + h * .5 * k1i LET k2i = E / La - (R / La) * i1 - Uc / La - (Bo * Pi * D * w) * V / La LET i1 = I + k2i * h * .5 LET k3i = E / La - (R / La) * i1 - Uc / La - (Bo * Pi * D * w) * V / La LET i1 = I + k3i * h LET k4i = E / La - (R / La) * i1 - Uc / La - (Bo * Pi * D * w) * V / La LET di = h * (2 * k2i + k1i + 2 * k3i + k4i) / 6 2 LET k1Uc = I / C LET Uc1 = Uc + h * .5 * k1Uc LET k2Uc = I / C LET Uc1 = Uc + h * .5 * k2Uc LET k3Uc = I / C LET Uc1 = Uc + h * k3Uc LET k4Uc = I / C LET dUc = h * (2 * k2Uc + k1Uc + 2 * k3Uc + k4Uc) / 6 3 LET k1x = V LET x1 = X + k1x * h * .5 LET k2x = V LET x1 = X + k2x * h * .5 LET k3x = V LET x1 = X + k3x * h LET k4x = V LET dx = (k1x + 2 * k2x + 2 * k3x + k4x) * h / 6 4 LET k1V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V1 - (ksi / m1) * X LET V1 = V + k1V * h * .5 LET k2V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V1 - (ksi / m1) * X LET V1 = V + k2V * h * .5 LET k3V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V1 - (ksi / m1) * X LET V1 = V + k3V * h LET k4V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V1 - (ksi / m1) * X LET dv = h * (2 * k2V + k1V + 2 * k3V + k4V) / 6 LET I = I + di LET Uc = Uc + dUc LET X = X + dx LET V = V + dv LET integral2 = integral2 + ABS(I) * h LET integral = integral + h * (ABS(I)) ^ 2 LET a = (Bo * Pi * D * w * I - nu * V - ksi * X) / m1 LET Ua = La * di / h + Bo * Pi * D * w * V + I * Ra LET tall = tall + h IF q = 1 THEN LOCATE 1, 1: PRINT "t="; tall * 1000, " " LOCATE 2, 1: PRINT "I="; I, " " LOCATE 3, 1: PRINT "Uc="; Uc, " " LOCATE 4, 1: PRINT "X="; X * 1000, " " LOCATE 5, 1: PRINT "V="; V * 1000, " " LOCATE 6, 1: PRINT "a="; a, " " LOCATE 7, 1: PRINT "Ua="; Ua, " " END IF PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250 - I * .5) PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250 - Uc * .1), 3 PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250) PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250 - V * 100), 4 PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250 - X * 100000), 5 PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250 - a / 3), 2 PSET (t * 20000 * .01 / t2, 250 - Ua * .1), 6 LET t = t + h IF t > t1 THEN IF (((I - ikontr) / I) < .001) AND (param = 0) THEN LOCATE 14, 45 PRINT "Тпп(мс)="; tall * 1000; : INPUT zxc LET param = 1 END IF LET ikontr = I GOTO 5 END IF GOTO 0 5 i2 = I V2 = V x2 = X 7 LET k1i = E / La - (R / La) * i2 - (Bo * Pi * D * w * V / La) LET i2 = I + h * .5 * k1i LET k2i = E / La - (R / La) * i2 - (Bo * Pi * D * w * V / La) LET i2 = I + k2i * h * .5 LET k3i = E / La - (R / La) * i2 - (Bo * Pi * D * w * V / La) LET i2 = I + k3i * h LET k4i = E / La - (R / La) * i2 - (Bo * Pi * D * w * V / La) LET di = h * (2 * k2i + k1i + 2 * k3i + k4i) / 6 8 LET k1x = V LET x2 = X + k1x * h * .5 LET k2x = V LET x2 = X + k2x * h * .5 LET k3x = V LET x2 = X + k3x * h LET k4x = V LET dx = (k1x + 2 * k2x + 2 * k3x + k4x) * h / 6 9 LET k1V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V2 - (ksi / m1) * X LET V2 = V + k1V * h * .5 LET k2V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V2 - (ksi / m1) * X LET V2 = V + k2V * h * .5 LET k3V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V2 - (ksi / m1) * X LET V2 = V + k3V * h LET k4V = (Bo * Pi * D * w * I) / m1 - (nu / m1) * V2 - (ksi / m1) * X LET dv = h * (2 * k2V + k1V + 2 * k3V + k4V) / 6 10 LET I = I + di LET X = X + dx LET V = V + dv LET integral2 = integral2 + ABS(I) * h LET integral = integral + h * (ABS(I)) ^ 2 LET a = (Bo * Pi * D * w * I - nu * V - ksi * X) / m1 LET Ua = La * di / h + Bo * Pi * D * w * V + I * Ra LET tall = tall + h 11 IF q = 1 THEN LOCATE 1, 1: PRINT "t="; tall * 1000, " " LOCATE 2, 1: PRINT "I="; I, " " LOCATE 3, 1: PRINT "Uc="; Uc, " " LOCATE 4, 1: PRINT "X="; X * 1000, " " LOCATE 5, 1: PRINT "V="; V * 1000, " " LOCATE 6, 1: PRINT "a="; a, " "
Страницы: 1, 2
|