Преобразователь электрической энергии. Порядок расчета параметров и выбора элементов схемы управляемого сетевого преобразователя электроэнергии
Преобразователь электроэнергии – это устройство, которое преобразует электрическую энергию с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами.
Основными признаками для классификации преобразователей электрической энергии являются:
- Характер преобразования. Согласно данному признаку преобразователи электроэнергии делятся на инверторы, выпрямители, автономные инверторы, зависимые инверторы, а также преобразователи напряжения и частоты.
- Способ управления. Согласно данному признаку преобразователи электроэнергии делятся на преобразователи на переменном (фазовые) и постоянном (импульсные) токе.
- Тип схемы. Согласно данному признаку преобразователи электроэнергии делятся на мостовые, нулевые, бестрансформаторные, трансформаторные, однофазные, двухфазные, трехфазные.
К основным функциям преобразователей относятся: преобразование, преобразование и стабилизация, преобразование и регулирование.
Порядок расчета параметров и выбора элементов схемы сетевого преобразователя выглядит следующим образом:
- Выбор схемы преобразователя.
- Выбор и расчет трансформатора.
- Расчет элементов силовой части преобразователя.
- Расчет сетевого выпрямителя.
Выбор схемы преобразователя. Расчет трансформатора преобразователя
При расчете сетевого управляемого преобразователя, обычно, исходными данными являются: номинальное сетевое напряжение, отклонение напряжений питающей сети, номинальное выходное напряжение, амплитуда пульсации выходного напряжения, минимальный и максимальный ток нагрузки, частота преобразования, температура окружающей среды и другие. Выбор схемы преобразователя начинается с расчета его максимальной выходной мощности по следующей формуле:
$Р0 = U0*I0max$
где U0 - номинальное выходное напряжение; I0max - максимальный ток нагрузки.
Теперь можно рассчитать минимальное, номинальное и максимальное входное напряжение преобразователя:
$Uвхмакс = √2*Uc*(1+амакс+(ка/2))$
$Uвхмин = √2*Uc*(1-амакс-(ка/2))$
$Uвх= √2*Uc*(1-(ка/2))$
где: Uc - напряжение сети; ка - абсолютный коэффициент пульсаций на выходе сетевого выпрямителя; амакс - относительное отклонение напряжения питающего сеть в сторону увеличения; амин - относительное отклонение напряжения питающего сеть в сторону уменьшения.
После этого по известным значениям максимальной мощности преобразователя его выходе и номинальному значению напряжения на входе по графику областей предпочтительного применения различных типов преобразователей (пример которого изображен на рисунке ниже), а также рекомендаций описания схемы преобразователей напряжения выбирается схема преобразователя.
Рисунок 1. График областей предпочтительного применения различных типов преобразователей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Область ИЛИ соответствуют равновесному применению двух и более преобразователей разного типа.
Затем рассчитываются амплитудные значения электродвижущей силы обмоток трансформатора, коэффициент трансформации, определяется критическая индуктивность дросселей (при необходимости).
Коэффициент трансформации – это величина, которая выражает преобразовательную характеристику трансформатора относительно какого-либо параметра электрической сети: сопротивления, силы тока, напряжения.
Трансформатором определяются массово-объемные и энергетические показатели преобразователя. Они могут быть выполнены на любом магнитопроводе. Порядок его расчета следующий. Сначала определяются действующие значения электрического тока первичной и вторичной обмотки. Если преобразователь выполнен по полумостовой двухконтактной схеме, то определяются значения токов каждой полуобмотки. Рассчитываются произведение поперечного сечения стержня на поперечное сечение окна (по таблице), при этом должны быть заданы плотность электрического тока в обмотках трансформатора (табличное значение), коэффициент полезного действия преобразователя (строго в пределах от 0,6 до 0,8), приращение магнитной индукции и коэффициент заполнения окна магнитопровода медью. По определенным значения поперечного сечения стержня и окна по специальным таблицам выбирается тип магнитопровода. После этого рассчитывается количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора и поперечное сечение проводов первичной и вторичной обмоток. Затем по таблице выбирается провод, у которого поперечное сечение максимально близко к расчетному. Осуществляется перерасчет поперечного сечения провода, в котором учитываются значения поперечного сечения обмоток трансформатора. Проверяются условия размещения обмотки в окне магнитопровода.
