Содержание

        

1.Введение………………………………………….3

2.Задание…………………………………………... 4

3.Теоретическая часть……………………………..5

4.Расчетная часть…………………………………..7

5.Выводы…………………………………………..11

6.Использованная литература……………………12
1.Введение
    Разработка и внедрение в серийное производство силовых кремниевых вентилей открыли широкие возможности по созданию статических преобразователей электрической энергии.

     Важнейшим типом преобразователя электрической энергии является автономный (независимый) инвертор, служащий для пре­образования постоянного тока в переменный с заданным числом фаз; напряжение и частота инвертированного напряжения в общем случае могут регулироваться по любому заданному закону.

     Автономный инвертор занимает особое место среди других ти­пов преобразователей электрической энергии не только потому, что он находит важное практическое применение непосредственно, а и потому, что он является главной составной частью сложных пре­образователей частоты с явно выраженным звеном постоянного тока и трансформаторов постоянного тока с явно выраженным звеном переменного тока.
  2. Задание
Выполнить расчет тиристорного инвертора для питания установки индукционного нагрева. Технические данные согласно варианту, приведены ниже.

	Технические данные
Вариант	Частота, кГц	Мощность, кВт
30	10,0	100

По справочным данным подобрать тиристоры и диоды.
Для выполнения расчетов используем принципиальную схему мостового инвертора со встречно-параллельными диодами.


Рис. 1. Принципиальная схема мостового инвертора со встречно-параллельными диодами и удвоением частоты.
     3.Теоретическая часть.

Описание работы схемы.
В качестве источников питания повышенной частоты в промышленности широко применяются полупроводниковые преобразователи частоты на базе тиристорных автономных инверторов. На рисунке 1 приведена принципиальная схема мостового инвертора со встречно-параллельными диодами, у которого в диагональ постоянного тока через разделительный конденсатор С_Р и защитную катушку индуктивности L_З включена нагрузка R_Н ,  в диагональ переменного тока моста включен


Рис. 1. Принципиальная схема мостового инвертора со встречно-параллельными диодами           и удвоением частоты.
последовательный колебательный контур, состоящий из коммутирующего конденсатора С_К и коммутирующей катушки индуктивности L_K.


Рис. 2. Осциллограммы токов в схеме инвертора.
Принцип действия инвертора следующий. Разделительный конденсатор С_Р заряжен до напряжения источника питания постоянного тока. При включении тиристоров VS1 и VS4 происходит заряд  коммутирующего конденсатора С_К  по цепи, состоящей из  коммутирующей катушки индуктивности L_K, защитной катушки индуктивности L_З и нагрузки R_Н . Ток I_н по цепи течет в направлении, показанном стрелкой.

Параметры инвертора рассчитаны так, что процесс имеет колебательный характер. После того, как напряжение на конденсаторе  станет выше напряжения источника питания и колебательный ток, текущий через тиристоры  VS1, VS4  пройдет через нуль, они выключаются.

Тогда через диоды VD1, VD4   и нагрузку начнет протекать ток в обратном направлении до тех пор, пока емкость не разрядится напряжение  источника, и диоды VD1, VD4  также выключатся. В течение промежутка времени, пока ток проводили диоды VD1, VD4 , к тиристорам VS1, VS4 прикладывалось небольшое обратное напряжение и они восстановили  управляемость. Затем включаются тиристоры VS2, VS3  , емкость С_к перезаряжается, но при этом через нагрузку снова течет ток в прямом направлении.

         После выключения тиристоров VS2 и VS3  включаются обратные диоды VD2 и VD3, и ток через нагрузку потечет опять в обратном направлении.

         Таким образом, в течение одного цикла работы вентилей  моста на выходе инвертора формируется два полных периода синусоидального напряжения.

         Несмотря на то, что амплитуда и среднее значение полуволны тока, протекающего через тиристоры, больше, чем через неуправляемые диоды, ток i
_н
, текущий через нагрузку, имеет форму, близкую к синусоидальной благодаря емкости С_р, не пропускающей постоянной составляющей (рис.2).

         Среднее значение токов, протекающих через тиристоры, больше средних значений токов, текущих через неуправляемые диоды на величину входного тока инвертора Id
.
4.Расчетная часть.

        

  1.Для рассматриваемой схемы согласно [1] примем следующие оптимальные коэффициенты, определяющие параметры инвертора:

      .-добротность колебательного контура инвертора,

     , вспомогательный параметр,

     - коэффициент раскачки,

    - коэффициент распределения индуктивности.

 2.Входной ток инвертора:

  A,                                                                              (1)

   где - мощность инвертора,

         =520B- напряжение питания инвертора.

  3.Действующее значение тока нагрузки:

    380 A.                                               (2)  4.Активное сопротивление нагрузки:

     Ом.                                                                      (3)

 5. Действующее значение напряжения  нагрузки:

      В                                                                  (4)

 6.Круговая частота выходного тока инвертора:

      .                                                                                   (5)

 7 .Собственная   частота колебательного контура инвертора:

  .                                         (6)

 8.Полная  индуктивность колебательного контура инвертора:

                                                 (7)

 9.Коммутирующая катушка индуктивности:

                                                      (8)                                                                            

10. Защитная катушка индуктивности:

                                                                 (9)

11.Эквивалентная  емкость конденсаторов  колебательного

 контура инвертора:

                      .                                                               (10)
12.Емкость разделительного конденсатора  принято выбирать:

                                                                                (11)

  Емкость коммутирующего конденсатора:                                                                              

                                                                         (12)

13.   Максимальное напряжение на тиристорах и встречных диодах  инвертора.

 По приведенному на рисунке 1 графику зависимости относительного максимального напряжения на тиристорах от добротности θ, при k_L=0,7 [1] найдем

                                                                                     (13)


Рис. 1. Зависимость относительного максимального напряжения  на тиристорах от добротности θ.
                 Обратное напряжение на встречном диоде равно прямому напряжению на соответствующем тиристоре.
14.  Максимальный и средний за период ток через тиристоры инвертора.

По приведенному на рисунке 2 графику зависимости относительной величины максимального тока через тиристор от добротности θ найдем                                               ,



Учитывая, что форма импульса тока через тиристор близка к синусоидальной, длительность импульса близка к  периода работы



 Рис. 2. Зависимость относительной величины максимального тока  через тиристор от добротности θ
тиристора, найдем  относительную величину среднего тока через тиристор 

                                                                      (14)
                                       
15.  Максимальный и средний за период ток через встречные диоды.
                                                                         (15)             
Учитывая то, что форма импульса тока через встречный диод близка к синусоидальной, длительность импульса близка к  периода работы диода, найдем  относительную величину максимального тока только через диод .

Максимальное значение тока через встречный диод

                                                                    (16)

16.Время, предоставляемое тиристору, для восстановления запирающих свойств равно половине периода рабочей частоты:

                                                                           (16)

По справочным данным производителя тиристоров выбираем   тиристор ТБ233-200-9[6/1], с параметрами :

-максимально-допустимое напряжение-900В,

-максимально-допустимый средний ток-200А,

-минимально-допустимое время восстановления-10мкс.

По справочным данным производителя диодов выбираем диод ДЧ351-200-14[6/2], с параметрами :

-максимально-допустимое напряжение-1400В,

-максимально-допустимый средний ток-200А.
































5.Выводы.
При выполнении расчетно-графической работы был произведен расчет тиристорного инвертора для питания установки индукционного нагрева. В ходе работы был изучены области применения и принцип работы тиристорных инвенторов. 
6.Использованная литература
1.www.ferrol.ru/nomen/130819.html
2.www.esa-energo.ru