скачать рефераты

скачать рефераты

 
 
скачать рефераты скачать рефераты

Меню

Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания скачать рефераты

Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания

3

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 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