Содержание

Список условных сокращений…………………………………………………7
Введение…………………………………………………………………………8
1. Выпрямители. Классификация. Принцип действия………………………..9
1.1. Диодные выпрямители.…………………………………………………….9
1.2. Тиристорный мостовой выпрямитель.…………........................................15
2. Управляемые выпрямители однофазного и трехфазного тока..…………..16
3. Практическое применение управляемого тиристорного выпрямителя.….27
4. Разработка несимметричного трехфазного тиристорного  выпрямителя..31
5. Мероприятия по охране труда и экологии…………………………………50
5.1. Физиологические основы деятельности человека. Динамика работоспособности..……………………………………………………………50
5.2. Оценка тяжести напряженности труда......................................................53
5.3. Освещенность рабочего места………………………………..…………..56  
5.4. Обеспечение пожаро- и взрывобезопасности.…………………………...61
Выводы………………………………………………………………………….69
Список литературы …………………………………………………………….70

Список условных сокращений

КПД – коэффициент полезного действия;
СУ - система управления; 
VD – выпрямительные диоды;
VS – тиристоры (вентили);
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;
ФЧХ - фазо-частотная характеристика;
КЕО -  коэффициент естественной освещенности.

                                   Введение
    Выпрямителем называют устройство, с помощью которого осуществляется преобразование переменного напряжения промышленной частоты в  постоянное напряжение. Потребность в использовании выпрямителя возникает тогда, когда для питания потребителя постоянного тока необходимо использовать энергию из источника переменного тока (например, промышленной или бытовой сети переменного тока).  Выпрямители широко используются в блоках питания компьютеров, агрегатах бесперебойного питания, зарядных устройствах для мобильных телефонов и ноутбуков, на преобразовательных подстанциях электрического транспорта, в электроприводах постоянного тока, разнообразных электронных схемах. Если задачей выпрямителя есть лишь преобразование рода тока (выпрямление), их строят на основе неуправляемых вентилей (диодов). В случае, когда на выпрямитель возложено также регулирование уровня напряжения, подаваемого к потребителю, необходимо использование управляемых вентилей (тиристоров). Регулируемыми выпрямителями называются преобразовательные устройства, совмещающие функцию выпрямления переменного напряжения с регулированием (или стабилизацией) напряжения на нагрузке. Простейшие схемы регулируемых выпрямителей образуются из соответствующих схем нерегулируемых выпрямителей при полной или частичной замене полупроводниковых выпрямительных диодов тиристорами.  Подобного регулирования требует, например, электрический двигатель постоянного тока для изменения скорости вращения. В зависимости от количества фаз питающей сети различают однофазные выпрямители и трехфазные. По уровню мощности выпрямители подразделяют на маломощные (выпрямители сигналов) и мощные или силовые. Темой данной дипломной работы является: разработка несимметричного трехфазного тиристорного  выпрямителя.

                       
1.	Выпрямители. Классификация. Принцип действия.

1.1.	Диодные выпрямители.
 Выпрямителем называют устройство, с помощью которого осуществляется преобразование переменного напряжения промышленной частоты в пульсирующее постоянное напряжение. Основными звеньями выпрямителя являются трансформатор и вентиль. Трансформатор служит для преобразования стандартного переменного напряжения сети в переменное напряжение такой величины, которая необходима для получения на выходе источника питания заданного постоянного напряжения. Трансформатор необходим также для гальванической развязки входа источника питания и сети.
Вентилем называют прибор, обладающий несимметричной характеристикой проводимости - малым сопротивлением для прямого тока и большим сопротивлением для обратного тока. С помощью вентиля осуществляется преобразование переменного напряжения в пульсирующее.
Выпрямители классифицируют по числу фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора; схеме соединения вентилей и форме выпрямленного напряжения. 
В настоящее время в электронных устройствах наиболее распространены однофазные схемы выпрямителей: однополупериодные, двухполупериодные (с нулевым выводом), мостовые и трехфазные: с нулевым выводом, мостовая (схема Ларионова).
Если выходная мощность источника питания не превышает 500 Вт, обычно используют однофазные схемы, Pвых>0,5кВт - трехфазные.
  Наиболее простая выпрямительная схема однополупериодная (рис.1.1) состоит из простого трансформатора и вентиля, в качестве которого в настоящее время чаще других используют полупроводниковый кремниевый диод.

Рис.1.1. Схема однополупериодного выпрямителя (а),  и графики выходного напряжения и тока (б).

Первичная обмотка трансформатора присоединяется к сети. Напряжение вторичной обмотки трансформатора является входным напряжением выпрямителя и непосредственно прикладывается к диоду и нагрузке, которые по отношению к входному напряжению включены последовательно. В зависимости от требуемой величины выпрямленного напряжения трансформатор может быть как повышающим, так и понижающим.
Диод проводит в течение половины периода входного напряжения, когда на его аноде наблюдается положительный относительно катода потенциал. На этом отрезке времени через нагрузку протекает ток i, форма которого повторяет форму входного напряжения выпрямителя. В течение следующего полупериода входного напряжения диод закрыт и ток через нагрузку равен нулю. Таким образом, диод в однополупериодной схеме действует как ключ, управляемый входным напряжением выпрямителя: он замкнут в течение положительного полупериода и разомкнут в течение отрицательного (рис.1.1 б). 
Выходной ток определяется выражением [4]:

                                                                 (1.1)
форма напряжения на нагрузке повторяет форму выходного тока (рис.2.1), и это напряжение с помощью преобразования е может быть представлено следующим рядом:

           (1.2)

видно из этого выражения, выходное напряжение однополупериодного выпрямителя содержит постоянную и ряд гармонических составляющих, причем частота первой гармоники равна частоте сети.
Для определения коэффициента пульсации по действующему значению сначала найдем действующее значение выходного напряжения

                       (1.3)

а затем постоянную составляющую
U0=U2m/π=0,318U2m.

Тогда действующее значение напряжения пульсации

             (1.4)

откуда коэффициент пульсации по действующему значению Кп=1,21.
Величина коэффициента пульсации в однополупериодном выпрямителе оказывается большой, что является существенным недостатком этой схемы. Кроме того, ток во вторичной обмотке трансформатора проходит только в одном направлении, создавая постоянное подмагничивание, что увеличивает размеры и массу трансформатора.
Стремление повысить эффективность выпрямителя привело к созданию двухполупериоднои схемы (рис.1.2), которая отличается от однополупериодной наличием двух диодов и более сложным трансформатором, вторичная обмотка которого имеет отвод от средней точки. В результате этого ток в нагрузке проходит в течение обоих полупериодов входного напряжения.

 Рис.1.2. Схема двухполупериодного выпрямителя электрической энергии.

В течение одного полупериода, когда на аноде диода VD1 будет положительное по отношению к катоду напряжение, через нагрузку будет проходить ток диода VD1, а диод VD2 будет закрыт и его ток равен нулю. Когда полярность входного напряжения выпрямителя изменится, диод VD1 закроется, а диод VD2 откроется и через нагрузку начнет проходить ток диода VD2. Таким образом, и в двухполупериодном выпрямителе диоды действуют как ключи, синхронно переключаясь под действием входного напряжения (рис.1.2). Поэтому за один период переменного напряжения на входе выпрямителя в нагрузке появляются два импульса тока (рис.1.3). Ток нагрузки является суммой двух токов - диодов VD1 и VD2: I=iД1 + iД2. Форма напряжения на нагрузке, как и в однополупериодном выпрямителе, повторяет форму выходного тока. 

       Рис.1.3. Двухполупериодная схема. Временные диаграммы.

Это напряжение с помощью преобразования Фурье представляется таким рядом:
                (1.5)

где опять будет постоянная и ряд гармонических составляющих, но в отличие от однополупериодной схемы здесь первой будет гармоника, соответствующая двойной частоте сети.
Коэффициент пульсации по действующему значению можно определить так же, как в однополупериодном выпрямителе. Но в двухполупериодном

поэтому действующее значение напряжения пульсации

                     (1.6)

откуда коэффициент пульсации по действующему значению
п=0,48=48%,

что значительно меньше, чем в однополупериодном.
Лучше используется и трансформатор. В двухполупериодной схеме ток во вторичной обмотке каждый полупериод протекает в противоположных направлениях, что теоретически устраняет подмагничивание.
В однофазном мостовом выпрямителе (рис.1.4) входное переменное напряжение подводится к одной диагонали моста, а выпрямленное напряжение снимается с другой.

      Рис.1.4. Принципиальная схема мостового выпрямителя

Так же, как в простой двухполупериодной схеме, ток через нагрузку в мостовой схеме проходит дважды за период, причем каждый раз в одном и том же направлении. К достоинствам мостовой схемы следует отнести то, что в ней используется простой трансформатор, и то, что она удобна для выпрямления как низкого, так и высокого напряжения. Ее основные недостатки - сложность и то, что в течение каждого полупериода ток проходит через два диода, что увеличивает выходное сопротивление выпрямителя. Однако применение в качестве вентилей полупроводниковых диодов, которые, как известно, имеют малое прямое сопротивление и небольшие размеры, позволило устранить основные недостатки мостовых схем и привело к их широкому использованию [6].
Коэффициент пульсаций выходного напряжения в мостовой схеме тот же, что и в обычной двухполупериодной, так же как и величина максимального значения КПД.

1.2.	Тиристорный мостовой выпрямитель
Если необходимо не только формировать на нагрузке знакопостоянное напряжение, но и изменять при необходимости ее среднее значение (для регулирования сварочного тока, скорости электродвигателя), вместо диодов в выпрямителях используют тиристоры. Если тиристоры получают в цепь управления управляющий сигнал сразу же после того, как напряжение их анодах становится положительным, тиристоры работают также, как и диоды, и процессы в схеме ничем не отличаются от рассмотренных ранее. Если же задержать подачу тока управления, открывание тиристоров происходит позднее (на рис. 1.5б – по окончании времени задержки tз). Пока тиристоры закрыты, ток отсутствует, и напряжение к нагрузке не прикладывается. Из кривой выпрямленного напряжения «вырезается» определенный участок, и среднее значение напряжения уменьшается. Увеличение задержки tз приводит к дальнейшему уменьшению среднего выпрямленного напряжения.

Рис. 1.5. Тиристорный мостовой выпрямитель

Тиристорные выпрямители используются в электроприводах постоянного тока для питания обмоток якоря и возбуждения электродвигателей постоянного тока. Кроме собственно выпрямителя, в его состав входят микропроцессорные системы управления вентилями, скоростью и моментом электродвигателя, дисплей и пульт управления для диалога с пользователем, а также дополнительные элементы, обеспечивающие функционирование электропривода.

 2. Управляемые выпрямители однофазного и трехфазного тока.

    В большинстве практических случаев выпрямители средней и большой мощности применяются не только для выпрямления переменного тока в постоянный, но должны позволять плавно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения Ufj. Это обусловливается необходимостью стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети или тока нагрузки, а также для регулирования напряжения для управления частотой вращения двигателей постоянного тока, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п. При использовании в выпрямителях неуправляемых вентилей среднее значение выпрямленного напряжения, пропорционально напряжению U2 ф. Более широкое применение для регулирования напряжения на нагрузке получил способ, основанный на управлении во времени моментом отпирания вентилей выпрямителя за интервал проводимости. Он базируется на использовании в схеме выпрямителя управляемых вентилей— тиристоров, в связи с чем такой выпрямитель называют управляемым. Однофазные управляемые выпрямители выполняются по схеме и нулевым выводом трансформатора и мостовой схеме. Принцип действия таких выпрямителей рассмотрим на примере схемы с нулевым выводом, а для мостовой схемы укажем лишь ее особенности.
 Однофазная нулевая схема управляемого выпрямителя изображена на рис. 2.1,а. Она отличается от схемы неуправляемого , выпрямителя  тем, что диоды VI и V2 заменены тиристорами VC1 и 1/С.2.
Аноды тиристоров присоединены к выводам вторичной обмотки а и в, а управляющие электроды связаны с системой управления СУ, которая формирует синхронно с напряжением их управляющие импульсы иу1 и иу2 и позволяет изменять их фазу относительно напряжений и2а и и2Ь источника питания.
Пусть на входе выпрямителя действует положительная полуволна напряжения (рис. 2.1,б), чему соответствуют полярности напряжений на обмотках трансформатора, указанные на рис. 2.1,а без скобок.
При использовании в схеме неуправляемых вентилей диод VI  открылся бы в момент времени t0 (рис. 2.1,в), которое является для него моментом естественного отпирания. Тиристор отпирается при наличии положительного напряжения на аноде и отпирающего импульса на управляющем электроде. На интервале t0-t, тиристоры VC1, VC2 будут закрыты и к ним прикладывается напряжение вторичных обмоток трансформатора и2в и и2н' на тиристор VC1 - в прямом направлении, а на тиристор VC2 — в обратном. Напряжение на выходе выпрямителя Ud = 0.

Рис. 2.1. Однофазный управляемый выпрямитель с нулевой точкой: схема включения элементов; б и в — временные диаграммы напряжений и токов при активной нагрузке

   В момент времени t, от системы управления СУ выпрямителя поступает на управляющий электрод тиристора VC1 отпирающий импульс. В результате этот вентиль откроется с некоторой задержкой по отношению к началу положительной волны напряжения Uia и подключит нагрузку Rd на напряжение  вторичной обмотки трансформатора.
Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного отпирания вентиля, выраженный в градусах, называется углом управления или регулирования и обозначается буквой а. В момент отпирания тиристора VC1 напряжение Ud на нагрузке Rd скачком возрастает и далее изменяется по кривой напряжения U2в. В момент t2 напряжение U2в меняет знак, тиристор VC1 запирается, в интервале t2—t3 оба вентиля будут закрыты и ток id в нагрузке не протекает. К тиристору VC1 прикладывается обратное напряжение, а к VC2 — прямое напряжение, равное U2. В момент t3 подается отпирающий импульс Uy2 на тиристор VC2, он вступает в работу и остается открытым до момента t4. Далее через интервал, равный углу а, вновь вступит в работу тиристор VC1 и т.д. При работе выпрямителя на активную нагрузку кривая выпрямленного тока id полностью повторяет форму кривой напряжения Ud (рис. 2.1,в и д). На рис. 2.1,е построена кривая обратного напряжения  на тиристоре VC1 для случая работы схемы с углом регулирования а = 60°. В интервале t0— ti к тиристору VC1 приложено прямое напряжение Uпр = U2e, в интервале ti~t2 тиристор VC1 открыт и падение напряжения на нем практически равно нулю. В момент t2, когда ток id равен нулю, тиристор VC1 закрывается и к нему прикладывается обратное напряжение, равное - U2в, поскольку тиристор VC2 также закрыт.  

Рис. 2.2. Однофазный мостовой управляемый выпрямитель: а.— схема включения элементов; б — д - временные диаграммы напряжений и токов
 
  Однофазная мостовая схема на управляемых вентилях изображена на рис. 2.2.а. Пусть значения напряжений их и и2 обмоток трансформатора T равны. Для работы такого выпрямителя управляющие импульсы должны подаваться одновременно на два тиристора, расположенных в противоположных плечах моста. Пусть, например, в момент времени t, (рис. 2.2,6), определяемый углом а, от системы управления выпрямителя на тиристоры VC1 и VC3 подаются управляющие импульсы иух и иу2 (рис. 2.2,в), вентили открываются. В момент t2 вентили VCf и VC2 запираются, так как напряжение и2 проходит через нуль. В интервале t2—t3 к тиристорам VC1 и VC3 будет приложено обратное напряжение; равное половине напряжения U2 вторичной обмотки трансформатора, а к тиристорам VC2, VC4 - прямое напряжение такого же значения (рис. 2.2,d).       
Далее в момент t3 подаются управляющие импульсы на следующую пару тиристоров - VC2, VC4 и они будут работать аналогично тиристорам VC1 и VC3, но только со смещением по фазе на 180° (интервал f3—г4),и т.д.
Кривые выпрямленного напряжения ud и тока id однофазной мостовой схемы на тиристорах (рис. 2.2.г) аналогичны соответствующим кривым для однофазной схемы со средней точкой. Будут также одинаковыми формы кривых токов через вентиль, а также кривые токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора T (рис. 2.2,б). Максимальное значение Uобр на тиристорах, как и для случая работы схемы на диодах, определяется амплитудой напряжения U2/ По указанной причине тиристоры мостовой схемы следует выбирать на напряжение U2, т.е. вдвое меньше, чем в схеме с нулевой точкой. 
 Трехфазная нулевая схема с тиристорами изображена на рис. 2.3.з. Рассмотрим принцип действия такого выпрямителя для случая, когда вторичные обмотки трансформатора соединены в зигзаг. Для работы схемы на тиристоры подаются управляющие импульсы с некоторым смещением во времени (с задержкой на угол управления а) по отношению к моменту естественного отпирания диодов в неуправляемом выпрямителе, который соответствует точкам пересечения синусоид фазных напряжений.
Пусть, например, управляющие импульсы на тиристоры VC1, VC2, VC3 подаются в моменты, соответствующие середине положительных полуволн фазных напряжений (при этом угол а = = 60°). В этом случае на нагрузке возникают импульсы выпрямленного напряжения Ud в форме четверти синусоиды (рис. 2.3,г).

Рис. 2.3. Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевой точкой: а — схема включения элементов; б — векторная диаграмма напряжений обмоток трансформатора; в — е — временные диаграммы токов и напряжений

  Изменение фазы (смещение) управляющих импульсов в сторону увеличения или уменьшения угла управления а вызывает соответствующее уменьшение (рис. 2.3.в) или увеличение (рис. 2.3,д) импульсов напряжения Ud. При угле а = 0 кривая выпрямленного напряжения (рис. 2.3.е) будет иметь такую же форму, как в неуправляемом выпрямителе (рис. 2.3,в). Очевидно, что кривая тока id по форме будет повторять кривую выпрямленного напряжения Ud при работе выпрямителя на активную нагрузку.
Из этих кривых видно, что имеются две характерные области работы управляемого выпрямителя. Первая соответствует изменению угла регулирования в пределах 0 < а < 30°, при этом выпрямленный ток будет непрерывным и среднее значение выпрямленного напряжения определяется выражением

    Каждый тиристор схемы в этом случае работает одну треть периода. Вторая область соответствует углам а > 30° и характеризуется тем, что при прохождении фазных напряжений через нуль (точки к, л, м, н на рис. 2.3,г) работающий тиристор закрывается, а так как на очередной вступающий в работу тиристор отпирающий импульс еще не подан, то в кривой выпрямленного напряжения возникают паузы (нулевые участки), в течение которых ток id = 0. Для трехфазной нулевой схемы при работе на активную нагрузку предельным углом регулирования, при котором Ud = 0, является угол  = 150°. Напряжение на вентиле определяется разностью потенциалов анода и общей точки катодов, потенциал которой изменяется по кривой напряжения Ud. Максимальное значение обратного напряжения на тиристоре, так же как в схеме с неуправляемыми вентилями, равно амплитуде линейного напряжения Uj. Для устранения в сердечнике трансформатора потока вынужденного намагничивания вторичные обмотки соединены в зигзаг (рис. 2.3.е). При такой схеме соединения ток фазы вторичной обмотки обтекает одновременно две полуобмотки, расположенные на соседних стержнях, но только в разных направлениях.
 Однако следует отметить, что использование вторичных обмоток по мощности при этом ухудшается. Это объясняется тем, что масса меди двух связанных между собой обмоток увеличивается вдвое, а результирующее напряжение каждой фазы, определяющееся геометрической суммой напряжений двух полуобмоток, расположенных на разных стержнях и сдвинутых по фазе на 120° (рис. 2.3.б), увеличивается только в  1,73 раза по сравнению с результирующим напряжением при двух обмотках, размещенными на одном стержне.
  В трехфазной мостовой схеме с управляемыми вентилями (рис. 2.4.а), так же как и с неуправляемыми, одновременно работают два тиристора: один из катодной (нечетной) группы, другой из анодной (четной) группы, и нагрузка в любой момент времени присоединяется к двум фазам вторичной обмотки трансформатора. Отпирающие импульсы на тиристоры нечетной группы по даются с опережением на 180° по отношению к тиристорам четной группы, присоединенным к тем же выводам вторичной обмотки, так как первые работают при положительных значениях фазных напряжений на анодах, вторые — при отрицательных на катодах (рис. 2.4б).
Работа рассматриваемой схемы выпрямления иллюстрируется диаграммами мгновенных значений фазных напряжений на тиристорах (рис. 2.4.б); кривыми выпрямленного напряжения Ud (рис. 2.4.в), которое получается путем суммирования мгновенных значений напряжений работающих в данный момент вентилей; кривыми анодных токов (рис. 2.4,г) катодной группы - над осью времени, анодной группы — под осью. 
При угле регулирования a = 0 отпирающие импульсы на тиристоры необходимо подавать в моменты, соответствующие точкам пересечения кривых фазных напряжений (точки а, б, в и к, л, м на рис. 2.4.б). В этом случае каждый из вентилей проводит ток, как в неуправляемой схеме, а чередование пар работающих тиристоров происходит через 60° (рис. 2.4,г).
Пока угол регулирования а < 60°, кривые выпрямленного напряжения, а следовательно, и кривые выпрямленного тока id (рис. 2.4,в и г) при активной нагрузке непрерывны. Как видно из рис. 2.4.г, через вступающий в работу тиристор катодной группы ток может проходить только при условии, если одновременно открывается или уже открыт соответствующий (смежный по порядковому но меру) тиристор анодной группы. В противном случае цепь тока id не будет замкнута и очередной вступающий в работу тиристор не откроется.
   Следует отметить, что для обеспечения работы данной схемы в режиме с прерывистым током, а также для первоначального ее запуска на управляющие электроды тиристоров следует подавать либо одиночные импульсы шириной больше 60°, или сдвоенные  
узкие отпирающие импульсы с интервалом между ними в 60°.
Схема управления выпрямителем должна быть построена так, чтобы при подаче отпирающего импульса на вступающий в работу тиристор одного плеча моста одновременно осуществлялась бы подача импульса на управляющий электрод тиристора отстающей фазы противоположного плеча моста. Например, при работе выпрямителя с а = 90° (рис. 25,6), для того чтобы открыть тиристор VC1, в момент 11 необходимо одновременно подать отпирающий импульс и на тиристор VC6. после чего оба вентиля будут проводить ток до момента t2, когда разность мгновенных значений напряжений  будет равна нулю и тиристоры VC1 и VC6 закроются. Затем в момент t3 должен вступить в работу тиристор VC2, который откроется только при условии наличия повторного отпирающего импульса на тиристоре VC1 или при условии, что на управляющий электрод этого тиристора в момент f, будет подан импульс длительностью больше 60°. Тиристоры VC2 и VC1 будут проводить ток до момента t4, далее вступит в работу следующая пара тиристоров VC3 и VC2 и т.д.

 
Рис. 2.4. Трехфазная мостовая схема на управляемых вентилях: а — соединение элементов; б - г — временные диаграммы токов и напряжений при различных углах регулирования

3. Практическое применение управляемого тиристорного выпрямителя.
    
    Трехфазный тиристорный  выпрямитель тока предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения сети в постоянное регулируемое. Выпрямитель является одним из наиболее распространенным и классическим изделием силовой электроники. 
   Общая структура типовой выпрямительной системы представлена на рисунке 3.1:

Рис. 3.1. Трехфазный управляемый выпрямитель тока (напряжения).

   Трехфазное переменное напряжение подается на первичную обмотку сетевого трансформатора TV через сетевой дроссель L. Напряжение со вторичной обмотки поступает на управляемый тиристорный выпрямитель VS, собранный по мостовой схеме Ларионова. Выходное напряжение выпрямителя содержит гармоники и фильтрации, для подавления которых предназначен Г-образный идуктивно-емкостной фильтр Ф. В ряде случаев требуется заземление минусового провода.

   Рассмотрим практические примеры применения этого устройства.
   Пример 1. Распределение мощности по трем фазам при питании однофазной нагрузки
Довольно часто встречается случай, когда нагревательный элемент электрической печи выполнен однофазным. При большом количестве таких печей на предприятии и питании их однофазным напряжением возникают сильные перекосы фаз, что неблагоприятно сказывается на других потребителях и снижает пропускную способность электрической сети. Одним из решений может стать применение выпрямителя – при питании нагрузки через управляемый выпрямитель мощность равномерно распределяется по всем трем фазам:

Рис.3.2. Питание однофазной нагрузки от трехфазного выпрямителя

 Пример 2. Источник питания постоянного тока
   Выпрямитель напряжения может использоваться как регулируемый мощный источник питания постоянного тока. Такой источник может использоваться для различных применений: питания гальванических ванн, зарядки аккумуляторных батарей (тиристорное зарядное устройство), питания приборов и автоматики подстанций оперативным током. В случае необходимости реализации системы питания постоянного тока с защитным заземлением необходима гальваническая развязка через трансформатор. 

                            Рис. 3.3. Источник питания постоянного тока

   Пример 3. Управление двигателем постоянного тока
   Классическое применение трехфазного выпрямителя – регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока.

Рис. 3.4. Регулятор скорости двигателя постоянного тока.

    Для этого необходимо два выпрямителя: один питает обмотку возбуждения, второй обмотку якоря. В настоящее время электропривод постоянного тока интенсивно вытесняется частотно регулируемым приводом  переменного тока; однако по ряду причин и в настоящее время двигателя постоянного тока широко применяются в промышленности и на транспорте. 

4. Разработка несимметричного трехфазного тиристорного  выпрямителя.

Силовую часть выполняем по мостовой несимметричной схеме с тремя тиристорами и нулевым вентилем (рис. 4.1). Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя устанавливается Г-образный LC-фильтр, применение которого обеспечивает жесткую внешнюю характеристику выпрямителя, а также благоприятный режим работы вентилей и трансформатора.

Рис. 4.1. Мостовая несимметричная схема с тремя тиристорами и нулевым вентилем.

Временные диаграммы выпрямленного напряжения, токов в вентилях и в фазе вторичной обмотки трансформатора при работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку и углах регулирования , ,  приведены на рисунке 4.2 а, б и в соответственно. При построении диаграмм предполагалось, что трансформатор и вентили – идеальные, а индуктивность дросселя фильтра .
Тиристоры VS1-VS3 образуют катодную группу вентилей, диоды VD1-VD3 – анодную.В каждый момент времени ток проводят два вентиля: из катодной группы тот тиристор, на который подан сигнал управления и у которого в данный момент времени на аноде наиболее высокое положительное напряжение относительно катода, из анодной группы пропускает тот диод, у которого на катоде относительно анода наибольшее отрицательное напряжение. Коммутация диодов происходит в точках естественной коммутации. Напрямер, когда проводят VS1 и VD2, к нагрузке прикладывается линейное напряжение . В т. 1 VD2 закрывается и в работу вступает VD3, т.к. на его катоде наиболее низкий потенциал, при этом к нагрузке прикладывается напряжение. При открытии VS2 VS1 закрывается.
Выпрямленное напряжение имеет троекратные пульсации за период.
Уравнение нагрузочной характеристики имеет вид:

Рассмотрим режим работы . В отличие от симметричной схемы, в нашей схеме не появляются отрицательные участки выпрямленного напряжения . При прохождении отрицательной полуволны, например, тиристор VS1 будет оставаться открытым и проводить ток вместе с диодом VD1 той же фазы. В результате на интервале  нагрузка будет зашунтирована открытыми VS1 и VD1, который выполняет функцию нулевого вентиля. С целью уменьшения нагрузки на основные вентили и снижения потребляемой мощности на интервале, 
включается диод VD0, который шунтирует нагрузку на интервале . Другое назначение VD0 заключается в том, что хотя очень часто защиту УВ при перегрузке по току и к.з. в нагрузке осуществляют посредством снятия импульсов управления с тиристоров в момент перегрузки, однако в рассматриваемой схеме при RL-нагрузке при снятии сигнала управления с тиристоров и отсутствии VD0 не все тиристоры закрываются, тот тиристор, который проводил ток до снятия сигнала управления, продолжает его проводить. В результате , несмотря на то, что импульсы управления не поступают. Для обеспечения запирания всех тиристоров включается VD0.

          Рис. 4.2а. .			                Рис. 4.2б. 
 Рис. 4.2. Временные диаграммы выпрямленного напряжения, токов в вентилях и в фазе вторичной обмотки трансформатора при работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку и углах регулирования.

                       
 Рис. 4.2в. Временные диаграммы выпрямленного напряжения, токов в вентилях и в фазе вторичной обмотки трансформатора при работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку и углах регулирования -.

Определим коэффициенты изменения питающего напряжения

Определим (ориентировочно) активное сопротивление и индуктивность рассеяния фазы трансформатора, приведенные ко вторичной обмотке:

 В нашем случае при соединении обмоток звезда-звезда, Kr=2,5, KL=10-3, S=3 и Bm=1 Тл при fc=400 Гц.
В качестве материала сердечника выбираем сталь Э330 толщиной 0,15мм, для которой ориентировочно принимаем Bm=1Тл.
Определим падение напряжения на активном сопротивлении трансформатора при минимальном и максимальном токах нагрузки:

Определим потери выпрямленного напряжения, обусловленные коммутацией, при минимальном и максимальном токе нагрузки:

Определим (ориентировочно) падение напряжения на активном сопротивлении дросселя фильтра при максимальном и минимальном значении тока нагрузки:

			

Максимальное среднее значение выпрямленного напряжения на входе фильтра (с учетом потерь на элементах):

- предварительное падение напряжения на тиристоре и диоде соответственно (при выборе элементов значения будут уточняться).
Минимальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора при минимальном напряжении сети:

Номинальное и максимальное фазное напряжение вторичной обмотки:

Минимальное среднее значение напряжения на входе фильтра:

Максимальный угол регулирования:

Среднее значение напряжения на входе фильтра и угол регулирования в режиме, соответствующем максимальной токовой нагрузке нулевого вентиля:

Средний ток тиристоров и диодов выпрямителя в режиме максимальной токовой нагрузки:
при 

при  и наличии нулевого вентиля: 

Действующее значение тока тиристоров и диодов в режиме максимальной нагрузки (при ):

Среднее и действующее значение тока нулевого вентиля в режиме :

Обратное напряжение на вентилях выпрямителя:

На основании данных расчета из справочника выбираем:
а) оптронные тиристоры типа ТО142-80 шестого класса с параметрами: допустимое повторяющееся напряжение , рекомендуемое рабочее напряжение , предельный ток , пороговое напряжение , динамическое сопротивление в открытом состоянии , импульсный отпирающий ток управления , импульсное отпирающее напряжение управления = 2,5 В, неотпирающий ток управления .
б) диоды Д112-16 третьего класса с параметрами: повторяющееся импульсное напряжение , предельный ток , пороговое напряжение , динамическое сопротивление , диапазон рабочих температур (-50…+150°С).
Мощность статических потерь в тиристоре:

Мощность статических потерь в диоде:

Мощность статических потерь в нулевом вентиле:

Требуемая площадь теплоотводящего радиатора для тиристора:

где - коэффициент теплоотдачи, зависящий от конструкции материала и степени чернения теплоотвода; для черненного ребристого алюминиевого теплоотвода .
- максимальная рабочая температура перехода, которая для надежности выбирается на 10…20°С меньше .
 - тепловое сопротивление между корпусом и теплоотводом, в нашем случае выбираем . Для уменьшения теплового контактного сопротивления поверхности корпуса вентиля и радиатора в местах контакта смазываем теплопроводящей пастой КПТ-8.
Требуемая площадь радиатора для диода:

Требуемая площадь радиатора для нулевого вентиля:

Уточняем величины прямого падения напряжения на тиристоре и диоде:

Производим расчет сглаживающего фильтра. Коэффициент пульсаций по основной гармонике на входе фильтра максимален при , из графика на рис. 4.2 [1], находим .
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке (по основной гармонике):

Требуемый коэффициент сглаживания фильтра:

Определяем произведение LC, полагая, что коэффициент передачи постоянной составляющей фильтра :

,
- число пульсаций за период.
Определяем индуктивность дросселя из условия получения индуктивной реакции фильтра в заданном диапазоне изменения тока нагрузки:

Определим амплитуду пульсаций по первой гармонике:

Действующее значение:

С учетом полученного значения L, максимального тока нагрузки, амплитуды пульсаций, делаем вывод, что стандартных дросселей, удовлетворяющих таким параметрам не существует, поэтому производим расчет дросселя фильтра с помощью данных из [3].
Для обеспечения лучшего сглаживания, рассчитаем дроссель с индуктивностью 10 мГн.
Выбираем Ш-образный сердечник из стали 3411(Э310). В=1,3 Тл, плотность тока j=5А/мм2;

КО=0,35, КС=0,95.

Выбираем магнитопровод ШЛ40х80 (ScKc=30см2, So=40см2).
Определим количество витков:

Сечение провода: 

.

Определяем немагнитный зазор:

Определим результирующую индуктивность:

Вычислим сопротивление дросселя:

Расчетное значение емкости фильтра:

Рабочее напряжение конденсатора:

Выбираем конденсатор с органическим диэлектриком К73-17-400В-0,47 мкф с параметрами: пределы отклонения от номинального значения , допустимая амплитуда пульсаций на частоте 50 Гц и температуре 70°С составляет , в диапазоне частот от 50 Гц до 50 кГц допустимая амплитуда переменной составляющей рассчитывается по формуле:

,

Где K, n – коэффициенты, зависящие соответственно от частоты пульсаций и тампературы окружающей среды. При температуре 60°С согласно ТУ, n=0,9; при частоте пульсаций , коэффициент К=0,093.
Найдем полученный коэффициент пульсаций:

, 

что удовлетворяет требованиям технического задания.
Уточняем минимальное, номинальное и максимальное напряжения фазы вторичной обмотки:

Действующее значение тока в фазе вторичной обмотки трансформатора в режиме максимальной токовой отдачи ().

При : 

.

Расчетная мощность вторичных обмоток трансформатора:

Расчетное значение тока первичной обмотки (без учета тока х.х. трансформатора):

- коэффициент трансформации.

Рассчитаем мощность первичных обмоток:

Типовая мощность трансформатора: 

Расчет трансформатора производим по методике, описанной в [3], исходя из следующих начальных данных:

1. 

2. Выбираем ленточный магнитопровод стали Э330 толщиной 0,15мм.
3. Из графиков  выбираем величины:
, В=1Тл, , по таблице 1.6, 1.7. [5] определяем Км=0,41, Кс=0,9.
Из выражения (1.1) определяем:

Из 4.3 определяем граничные значения а, см:

4. По таблице [5] выбираем магнитопровод ЕЛ 32х64, размеры которого:
a=32мм, h=64мм, c=64мм, b=40мм, H=128мм, L=224мм
Активная площадь сечения Qса=11.5см2, средняя длина магнитной линии lCT=44.8см, величина QcQo=262см4, активный объем Vса=715см3, масса магнитопровода Gст=5450г.
5. Из графиков на рис. 1.8, 1.9 [5] определяем удельные потери , удельная намагничивающая мощность .
По формуле (1.4) [5] определяем потери в стали: 

.

6. Из выражений (1.5) – (1.7) [5] определяем ток х.х. и его составляющие:

Определим ток первичной обмотки, полагая :

Из (1.9) [5] определяем абсолютное значение тока х.х.:

7. Из (1.12) [5] Определяем поперечные сечения проводов обмоток:

Из таблицы 2.1 [6] выбираем провод марки ПЭВ-1:

, , , ;
, , , .

Действительная плотность тока в обмотках:

Средняя плотность токов в обмотках:

8. Из (1.13) [6] определяем числа витков в обмотках:

9. Конструктивный расчет обмоток:
 Число витков в каждом слое: 

Из (1.17) [6] определяем число рядов обмоток:

, .

Из (1.19) [6] определяем радиальные размеры обмоток:

Радиальный размер двух обмоток:

Из (1.21) [6] свободный промежуток в окне магнитопровода:

10. Определяем потери в проводах обмоток:

11. Из (1.28) [6] определяем КПД трансформатора:

11. Из (1.29) - (1.31) определяем : [6]

Определим коэффициент мощности схемы при минимальном и максимальном углах регулирования:
При :

При :

.

5. Мероприятия по охране труда и экологии
5.1. Физиологические основы деятельности человека. Динамика работоспособности.

      Характер и организация трудовой  деятельности  оказывают  существенное влияние  на  изменение   функционального   состояния   организма   человека. Многообразные  формы  трудовой  деятельности   делятся   на   физический   и умственный труд. Физический труд характеризуется в первую очередь повышенной  нагрузкой на опорно-двигательный  аппарат  и  его  функциональные  системы  (сердечно-сосудистую, нервно  -  мышечную,  дыхательную  и  др.),  обеспечивающие  еготдеятельность.  Физический  труд,  развивая  мышечную  систему  и  стимулируя обменные процессы, в  то  же  время  имеет  ряд  отрицательных  последствий. Прежде всего это социальная неэффективность физического труда,  связанная  с низкой   его   производительностью,   необходимостью   высокого   напряжения физических сил и потребностью в длительном  —до  50  %  рабочего  времени  —отдыхе.
      Умственный труд объединяет работы, связанные с приемом и  переработкой информации,  требующей  преимущественного  напряжения  сенсорного  аппарата, внимания, памяти, а  также  активизации  процессов  мышления,  эмоциональной сферы. Для данного вила  труда  характерна  гипокинезия,  т.е.  значительное снижение  двигательной   активности   человека,   приводящее   к   ухудшению реактивности организма и повышению  эмоционального  напряжения.  Гипокинезия является одним из условий формирования  сердечно-сосудистой  патологии  улиц умственного  груда.  Длительная  умственная  нагрузка  оказывает  угнетающее влияние на психическую деятельность:  ухудшаются  функции  внимания  (объем, концентрация,  переключение),  памяти  (кратковременной  и  долговременной),восприятия (появляется большое число ошибок).
      В современной трудовой деятельности чисто физический  труд  не  играет
существенной   роли.   В   соответствии   с   существующей   физиологической классификацией  трудовой  деятельности  различают:  формы  труда,  требующие значительной  мышечной  активности;  механизированные  формы  труда;   формы труда,  связанные  с  полуавтоматическим  и  автоматическим   производством:
групповые формы труда (конвейеры); формы труда,  связанные  с  дистанционным управлением, и формы интеллектуального (умственного) труда. Формы труда, требующие значительной мышечной активности,  имеют  место при отсутствии механизации. Эти  работы  характеризуются  в  первую  очередь повышенными энергетическими затратами.  Особенностью  механизированных  форм труда являются изменения характера мышечных нагрузок и усложнения  программы действий. В условиях механизированного производства  наблюдается  уменьшение объема  мышечной   деятельности,   в   работу   вовлекаются   мелкие   мышцы конечностей,  которые  должны  обеспечить  большую   скорость   и   точность движений, необходимых для  управления  механизмами.  Однообразие  простых  и большей частью локальных действий, однообразие и малый объем  воспринимаемой в  процессе  труда  информации  приводит  к  монотонности  труда.  При  этом снижается  возбудимость  анализаторов,  рассеивается   внимание,   снижается скорость реакций и быстро наступает утомление [5].
      При полуавтоматическом производстве человек  выключается  из  процесса непосредственной  обработки  предмета  труда,  который   целиком   выполняет механизм. Задача человека ограничивается  выполнением  простых  операций  на обслуживании станка: подать материал для обработки, пустить в ход  механизм, извлечь  обработанную  деталь.  Характерные  черты  этого   вида   работ   — монотонность, повышенный темп. и ритм работы, утрата творческого начала.
      Конвейерная форма труда  определяется  дроблением  процесса  труда  на
операции, заданным ритмом, строгой последовательностью выполнения  операций, автоматической  подачей  деталей  к  каждому  рабочему   месту   с   помощью конвейера. При этом чем меньше интервал времени,  затрачиваемый  работающими на операцию, тем  монотоннее  работа,  тем  упрощеннее  ее  содержание,  что приводит к преждевременной усталости и быстрому нервному истощению.
      При   формах   труда,   связанных    с    дистанционным    управлением
производственными  процессами  и  механизмами,  человек  включен  в  системы управления как  необходимое  оперативное  звено.  В  случаях,  когда  пульты управления требуют частых активных  действий  человека,  внимание  работника получает разрядку в многочисленных движениях или рече двигательных актах.  В случаях редких  активных  действий  работник  находится  главным  образом  в состоянии готовности к действию, его реакции малочисленны.
      Формы  интеллектуального   груда   подразделяются   на   операторский,
управленческий,    творческий,    труд    медицинских    работников,    труд
преподавателей,  учащихся,  студентов.  Эти  виды  различаются  организацией трудового  процесса,  равномерностью   нагрузки,   степенью   эмоционального напряжения.
      Работа оператора отличается большой ответственностью и высоким нервно-эмоциональным  напряжением.  Например,  труд  авиадиспетчер  характеризуется переработкой большого объема  информации  за  короткое  время  и  повышенной нервно-эмоциональной   напряженностью.   Труд   руководителей    учреждений, предприятий   (управленческий   труд)   определяется   чрезмерным    объемом информации, возрастанием дефицита времени  для  ее  переработки,  повышенной личной ответственностью за принятые  решения,  периодическим  возникновением конфликтных ситуаций.
      Труд преподавателей и медицинских  работников  отличается  постоянными контактами с людьми, повышенной ответственностью, часто дефицитом времени  и информации для  принятия  правильного  решения,  что  обусловливает  степень нервно-эмоционального напряжения. Труд учащихся и студентов  характеризуется напряжением  основных  психических  функций,  таких  как  память,  внимание, восприятие; наличием стрессовых ситуаций (экзамены, зачеты).
      Наиболее сложная форма трудовой деятельности, требующая  значительного объема памяти, напряжения, внимания, — это  творческий  труд.  Труд  научных работников,    конструкторов,    писателей,    композиторов,     художников, архитекторов  приводит  к  значительному   повышению   нервно-эмоционального напряжения. При таком  напряжении,  связанном  с  умственной  деятельностью, можно наблюдать тахикардию, повышение  кровяного  давления,  изменение  ЭКГ, увеличение  легочной   вентиляции   и   потребления   кислорода,   повышение температуры  тела  человека  и  другие  изменения  со  стороны  вегетативных функций [5].

                  5.2. Оценка тяжести напряженности труда.

   Энергетические затраты человека  зависят  от  интенсивности.  Мышечной работы,   информационной   насыщенности   труда,   степени    эмоционального напряжения и  других  условий  (температуры,  влажности,  скорости  движениявоздуха  и  др.).  Суточные  затраты  энергии  для  лиц  умственного   труда (инженеров, врачей, педагогов  и  др.)  составляют  10,5...  11,7  МДж;  для работников  механизированного  труда  и   сферы   обслуживания   (медсестер, продавщиц,  рабочих,   обслуживающих   автоматы)   —11,3...12,5   МДж;   для работников,  выполняющих  работу  средней  тяжести  (станочников,  шахтеров, хирургов, литейщиков, сельскохозяйственных рабочих  и  др.),  —12,5...  15,5 МДж; для работников, выполняющих тяжелую  физическую  работу  (горнорабочих, металлургов, лесорубов, грузчиков), —16,3...18 МДж.
      Затраты энергии меняются в зависимости от рабочей  позы.  При  рабочей
позе сидя затраты энергии превышают на 5—10 % уровень основного обмена;  при рабочей позе стоя—на 10...25 %, при вынужденной  неудобной  позе—на  40...50%. При интенсивной  интеллектуальной  работе  потребность  мозга  в  энергии составляет 15...20 % общего обмена в организме (масса мозга составляет  2  % массы  тела).  Повышение  суммарных  энергетических  затрат  при  умственной работе определяется степенью нервно-эмоциональной  напряженности.  Так,  при чтении вслух сидя расход энергии повышается  на  48  %,  при  выступлении  с публичной лекцией —на 94 %, у операторов вычислительных машин  —на  60...100%. [6].
      Уровень энергозатрат может служить критерием тяжести  и  напряженности выполняемой работы, имеющим важное значение для оптимизации условий труда  иего  рациональной  организации.  Уровень  энергозатрат  определяют   методом полного  газового  анализа  (учитывается  объем  потребления   кислорода   и выделенного углекислого  газа).  С  увеличением  тяжести  труда  значительно возрастает потребление кислорода и количество расходуемой энергии.
      Тяжесть и напряженность труда характеризуются степенью функционального напряжения организма. Оно может быть энергетическим, зависящим  от  мощности работы,— при физическом труде,  и  эмоциональным  —  при  умственном  труде, когда имеет место информационная перегрузка.
      Физическая  тяжесть  труда  —это  нагрузка  на  организм  при   труде,
требующая    преимущественно    мышечных    усилий    и     соответствующего энергетического обеспечения. Классификация труда по тяжести производится  по уровню энергозатрат с учетом вида нагрузки (статическая или динамическая)  и нагружаемых мышц.
      Статическая работа связана с фиксацией  орудий  и  предметов  труда  в
неподвижном состоянии, а также  с  приданием  человеку  рабочей  позы.  Так, работа, требующая  нахождения  работающего  в  статической  позе  10...25% рабочего времени, характеризуется как работа средней тяжести  (энергозатраты172...293 Дж/с); 50  %  и  более—тяжелая  работа  (энергозатраты  свыше  293Дж/с).
      Динамическая  работа  —  процесс   сокращения   мышц,   приводящий   к
перемещению  груза,  а  также  самого  тела  человека  или  его   частей   в
пространстве. При этом энергия расходуется как на поддержание  определенного напряжения в мышцах, так и на механический эффект. Если  максимальная  масса поднимаемых вручную грузов не превышает 5 кг для женщин и 15 кг для  мужчин, работа характеризуется как легкая (энергозатраты до  172  Дж/с);  5...10  кг для женщин и 15...30 кг для мужчин —средней тяжести; свыше 10 кг для  женщин или 30 кг для мужчин —тяжелая.
      Напряженность  труда  характеризуется   эмоциональной   нагрузкой   на
организм при труде, требующем преимущественно интенсивной  работы  мозга  по получению  и  переработке  информации.  Кроме  того,  при   оценке   степени напряженности учитывают эргономические показатели:  сменность  труда,  позу, число движений  и  т.п.  Так,  если  плотность  воспринимаемых  сигналов  не превышает 75 в час, то работа характеризуется как  легкая;  75...175—средней тяжести; свыше 176— тяжелая работа.
      В соответствии с гигиенической классификацией  труда  (Р.2.2.013—  94)
условия  труда  подразделяются  на   четыре   класса:   1   —   оптимальные;
2—допустимые; 3—вредные; 4—опасные (экстремальные) [6].
      Оптимальные условия труда обеспечивают максимальную производительность труда и минимальную напряженность организма человека. Оптимальные  нормативы установлены для параметров микроклимата и факторов трудового  процесса.  Для других факторов условно применяют такие условия труда,  при  которых  уровни неблагоприятных факторов не превышают принятых  в  качестве  безопасных  для населения (в пределах фона).
      Допустимые условия  труда  характеризуются  такими  уровнями  факторов среды   и   трудового   процесса,   которые   не   превышают   установленных гигиеническими  нормативами  для  рабочих  мест.  Изменения  функционального состояния организма восстанавливаются во  время  регламентированного  отдыха или к началу  следующей  смены,  они  не  должны  оказывать  неблагоприятное воздействие в ближайшем и отдаленном периоде на здоровье работающего  и  его потомства.  Оптимальный  и  допустимый   классы   соответствуют   безопасным условиям труда.
    Вредные    условия    труда    характеризуются    уровнями     вредных
производственных   факторов,   превышающими   гигиенические   нормативы    и оказывающими неблагоприятное воздействие на  организм  работающего  и  (или) его потомство.
      Экстремальные   условия   труда   характеризуются   такими    уровнями
производственных факторов, воздействие которых в течение рабочей смелы  (или ее части) создает угрозу для жизни, высокий риск возникновения тяжелых  форм острых профессиональных поражений [6].

                         5.3. Освещенность рабочего места.
При освещении производственных помещений используют естественное освещение, искусственное, осуществляемое электролампами и совмещенное. Естественное освещение подразделяется на боковое (осуществляется через окна), верхнее (через аэрроционные фонари, проемы перекрытий), комбинированное. Искусственное освещение может быть двух видов: общее и комбинированное. Общее освещение бывает равномерное без учета расположения объекта и общее локализированное с учетом расположения рабочих мест. Применение одного местного освещения внутри здания не допускается. В административных и складских помещениях может быть использована система общего освещения. На машиностроительных предприятиях при выполнении слесарных и токарных работ используется комбинированное освещение. По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное и дежурное. Рабочее освещение обязательно для всех помещений для обеспечения нормальной работы движения людей. Аварийное освещение используется для продолжения работ в тех случаях, когда внезапно отключается рабочее освещение. Эвакуационное освещение используется при аварийном отключении рабочего освещения в местах, опасных для прохода людей [7].
Требования к производственному освещению. Основная задача освещения сводится к созданию наилучших условий для обзора объекта. Эту задачу можно решить осветительной системой, отвечающей следующим требованиям:
освещенность должна соответствовать зрительной работе, которая определяется следующими параметрами:
•	объект различия - наименьший рассматриваемый объект, отдельные его части и дефекты;
•	фон - поверхность, прилегающая к объекту
•	контраст объекта с фоном характеризуется соотношением яркости рассматриваемого объекта и фона;
необходимость обеспечения равномерного распределения яркости рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства;
на рабочей поверхности должны отсутствовать резнители;
в поле зрения должна отсутствовать прямая или отраженная блесткость. Блесткость - повышенная яркость светящихся поверхностей;
величина освещенности должна быть постоянной во времени. Это достигается использованием стабилизирующих устройств;
следует выбрать оптимальную направленность светового потока;
необходимо правильно выбрать спектральный состав света;
все элементы осветительных установок, понижающих трансформаторы, должны быть долговечными, электро-, взрыво- и пожаробезопасными.
Основные светотехнические величины и единицы их измерения. 
Основную единица силы света: 1 кандела (кд) - сила света, испускаемая с поверхности площадью в 6*10-5м2 полного излучателя в перпендикулярном направлении.
Освещенность Е - отношение светового потока (dФ) к элементу поверхности (dS) на который он падает. Единица измерения - люкс (лк).
Яркость L элемента поверхности dS под углом  относительно нормали этого элемента - это отношение светового потока к произведению телесного угла и cos L=кд/м2
Электрические источники света.
При сравнении источников света пользуются следующими характеристиками:
1) 	электрические (напряжение и мощность);
2) 	светотехнические (световой поток и максимальная сила света);
3) 	эксплутационные (световая отдача, срок службы);
4) 	конструктивные (форма лампы, форма тела накаливания);
В качестве источника света для освещения используют лампы накаливания и газоразрядные лампы. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения (являются наиболее распространенными). Несмотря на преимущества (простота, удобство в эксплуатации), они имеют и недостатки: низкая световая отдача порядка 7 люмен/Вт, малый срок службы (до 2000 часов) [7].
Газоразрядные лампы - приборы, в которых излучения оптического диапазона возникают в результате электростатического разряда в атмосфере инертных газов и паров металла. Основным их преимуществом является большая световая отдача (до 100 люмен/Вт), большой срок службы (до 12000 часов) и широкий спектр. Недостатки: пульсация светового потока при рассмотрении быстродвижущихся и вращающихся пусковых деталей, а также необходимость создания сложных пусковых устройств. У некоторых таких ламп период загорания может достигать 15 минут.
Самыми распространенными являются люминесцентные лампы, имеющие форму цилиндрической трубы. Внутренняя поверхность ее покрыта люминофором, который служит для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет. В зависимости от распределения спектральных составляющих света лампы бывают дневного света (ДВ), дневного света с улучшенной светопередачей (ЛДЦ), холодно-белого (ЛЖБ).
К газоразрядным лампам еще относят и дуговые, ртутные люминесцентные лампы,  галогенные лампы, дуговые ртутные и дуговые ксеноновые, обладающие стабилизирующим размером.
Светильники. Представляют собой совокупность источника света и осветительной арматуры. Осветительная арматура служит для перераспределения светового потока, в результате чего повышается эффективность осветительной установки. Другой функцией осветительной арматуры является охранение глаз работающего от чрезмерно больших яркостей источника света. Степень возможного ограничения слепящего действия источника света зависит от защитного угла светильника, который образуется между горизонтальной линией и линией, соединяющей нить накала с противоположным краем отражения. Важной характеристикой светильника является КПД, который показывает отношение светового потока светильника к световому потоку лампы. По распределению света в пространстве светильники бывают прямого, рассеянного и отраженного света. Выбор типа светильника зависит от характера выполняемых работ. В зависимости от конструктивных особенностей светильники бывают открытые, закрытые, защищенные, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащитные. Из ламп накаливания наибольшее распространение получили светильники прямого света в открытом и защищенном исполнении. Ряд светильников выпускают для помещений с тяжелыми условиями труда. Специальным видом светильников являются световоды, применяемые для освещения на взрывоопасных производствах.
Нормирование искусственного освещения. В действующих нормах производственного освещения задаются как количественные (мин. освещенность), так и качественные характеристики (показатель ослепленности, глубина пульсации). Величина минимальной освещенности устанавливается по характеристике зрительной работы, которую определяют наименьшим размером объекта различия, контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. Различают 8 разрядов и 4 подразряда работ в зависимости от зрительного напряжения [7].
Нормирование естественного освещения. Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в широких пределах, которые зависят от времени года, суток, метеорологических условий. Поэтому естественное освещение нельзя задать количественно. В качестве нормированной величины для естественного освещения используют коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение освещенности в данной точке внутри помещения к значению наружной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода. Нормированные значения этого коэффициента определяются по таблице с учетом характера зрительной работы, системы освещения, района расположения объекта. Кроме количественного показателя КЕО используют качественный показатель - неравномерность естественного освещения. Для естественного освещения с размером объекта 0,15 мм естественное освещение находится в пределах 3-10 %.
Расчет искусственного освещения. Задача расчета - определение потребляемой мощности электрической осветительной установки для создания в производственном помещении заданной освещенности. Проектируя установку необходимо решать следующие задачи:
•	выбор источника света. Для освещения помещения желательно брать газоразрядные лампы, а для местного освещения - лампы накаливания;
•	определение систему освещения;
•	выбор типа светильника с учетом характеристик светового распределения по экономическим показателям, с учетом взрыво- и пожаробезопасности;
•	определение количества светильников;
•	определение нормы освещенности на рабочем месте. Для этого необходимо установить характер выполняемых работ по наименьшему размеру объекта различия.

5.4.	Обеспечение пожаро- и взрывобезопасности.
Горение - химическая реакция окисления, сопровождающаяся процессами выделения тепла и света. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (О2,, Cr, F, Br, I) и источника загорания. В зависимости от свойств горючей смеси горение может быть гомогенным (все вещества имеют одинаковое агрегатное состояние) и гетерогенным В зависимости от скорости распространения пламени горение может быть дефлакрационным (порядка нескольких м/с), взрывным (10 м/с), детанационным (1000 м/с). Пожарам свойственно дефлакрационное горение. Денатационное горение - при котором импульс воспламенения передается от слоя к слою не за счет теплопроводности, а вследствие импульса давления. Давление в денатационной волне значительно больше давления при взрыв, что приводит к сильным разрушениям.
Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание и взрыв.
Вспышка - быстрое горение горючей смеси не сопровождающаяся образованием сжатых газов при внесении в нее источника зажигания. При этом для продолжения горения оказывается недостаточным то количество тепла, которое образуется при кратковременном процессе вспышки.
Возгорание - явление возникновения горения под действием источника зажигания.
Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся оставшаяся часть горючего вещества остается холодной.
Самовозгорание - явление резкого увеличения скорости тепловых реакций в веществе, приводящее к возникновению горения в отсутствии источника возгорания. При этом окисление происходит вследствие соединения о2 воздуха и нагретого вещества за счет тепла химической реакции окисления. Самовозгорание - самопроизвольное появление пламени. Взрыв - горение вещества, сопровождающееся выделением большого количества энергии [8].
Причины пожаров на предприятии. Предприятия радиоэлектронной и машиностроительной промышленности отличаются повышенной пожароопасностью, т.к. их характеризуют сложность производственных процессов, значительное количество легковоспламеняемых и горючих веществ. Главная причина пожаров на предприятии - нарушение ТП. Основы защиты от пожаров определены ГОСТом "Пожарная безопасность" и "Взрывобезопасность". Этими стандартами допускается такая частота возникновения пожаров и взрывов, что вероятность их возникновения <10-6. Мероприятия по пожарной профилактике подразделяются на организационные, технические и эксплуатационные. Организационные мероприятия предусматривают правильную эксплуатацию машин, правильное содержание зданий и противопожарный инструктаж рабочих и служащих. К техническим мероприятиям относятся соблюдение противопожарных норм, правил при проектировании зданий, при устройстве электропроводки, отопления, вентиляции и освещения. Мероприятия режимного характера - запрещение курения в неустановленных местах, производство сварных и огнеопасных работ в пожароопасных помещениях. Эксплуатационные мероприятия - профилактические осмотры, ремонт и испытания технологического оборудования.
Противопожарные меры проектирования предприятий.
Здание считается правильно спроектированным, если наряду с решением функциональных, санитарных и технических требований обеспечиваются условия пожаробезопасности. В соответствии с ГОСТом все строительные материалы по возгораемости делят на три группы [8]:
•	несгораемые, под действием огня и высоких температур не возгораются и не обугливаются (металлы и материалы минерального происхождения);
•	трудносгораемые, способны возгораться и гореть под воздействием постороннего источника возгорания (конструкции из древесины, покрытые огнезащитным слоем);
•	сгораемые, способны самостоятельно гореть после удаления источника возгорания.
При пожаре конструкции могут нагреваться до высоких температур, прогорать, получать сквозные трещины, что может привести к пожарам в смежных помещениях.
Способность конструкции сопротивляться воздействию пожара в течении некоторого времени при сохранении эксплутационных свойств называют огнестойкостью. Огнестойкость конструкции характеризуется пределом огнестойкости, представляющим собой время в часах от начала испытания конструкции до появления в ней трещин, отверстий сквозь которые проникают продукты горения. В зависимости от величины предела огнестойкости здания подразделяют на 5 степеней. Повысить огнестойкость здания можно облицовкой и отштукатуриванием металлических частей конструкции. При облицовке стальной колонны гипсовыми плитами толщиной 6-7 см предел огнестойкости повышается с 0,3 до 3 часов. Одним из эффективных средств защиты древесины является пропитка ее антипиринами. Зонирование территории заключается в группировке в отдельный комплекс объектов, родственных по функциональному назначению и пожарной опасности. При этом помещения с повышенной пожароопасностью должны быть расположены с подветренной стороны. Т.к. котельные и литейные цеха являются причинами возникновения пожара, то их располагают с подветренной стороны по отношению к открытым складам с легковоспламеняемыми веществами. Для предупреждения распространения пожара с одного здания на другое между ними устраивают противопожарные разрывы. Количество передаваемого тепла от горящего объекта к соседнему зданию зависит от свойств горючих материалов, температуры пламя, величины излучающей поверхности, наличием противопожарных преград, взаимного расположения зданий и метеорологических условий. При определении расположения пожарного разрыва учитывают степень огнестойкости здания. Для предотвращения распространения огня используют противопожарные преграды. К ним относят: стены, перегородки, двери, ворота, люки, перекрытия. Противопожарные стены должны быть выполнены из несгораемых материалов с пределом огнестойкости не менее часов. А окна и двери с пределом огнестойкости - не менее 1 часа. Перекрытия не должны иметь проемов и отверстий, через которые могут проникать продукты горения. 
Огнетушащие вещества и аппараты пожаротушения. В практике тушения пожаров наибольшее распространение получили следующие принципы прекращения горения [8]: 
1) 	изоляция очага горения путем разбавления негорючими газами до концентрации, при которой горение затухает;
2) 	охлаждение очага горения;
3) 	интенсивное торможение скорости химической реакции в пламени;
4) 	механический срыв пламени в результате воздействия на него сильной струи газа или воды;
5) 	создание условий огнепреграждения, при которых пламя не распространяется через узкие каналы.
При воздействии на очаг пожара воды происходит охлаждение или разбавление горючей среды, в результате чего снижается содержание О2. Однако, вода находит ограниченное применение при тушении нефтепродуктов, т.к. они всплывают на поверхность и продолжают гореть. Тогда эффект тушения водой может быть повышен за счет подачи ее в распыленном виде. Для обеспечения тушения пожара в начальной стадии в большинстве зданий в водопроводной сети устанавливаются внутренние пожарные краны. К установкам водяного пожаротушения относят спринклерные и дренчерные установки. Спримклерная остановка - разветвленная, заполненная системой труб, оборудованных спринклерными головками, которые под воздействием определенной температуры (340, 414, 450К) расплавляются и вода из системы под давлением выходит из отверстий головок и орошает конструкцию помещений. Дренчерное оборудование отличается от спринклерного тем, что дренчерные головки постоянно открыты (на них нет замков). Они используются для создания водяных завесов. Воду в дренчерную сеть подают через автоматические открывающиеся клапаны. Производства  с высокой пожароопасностью не могут быть защищены от пожаров этими установками, т.к. они инерционны. Тогда надо использовать быстродействующие автоматические установки пожаротушения с клапанами. Кроме воды при тушении пожаров может быть использован углекислый газ. Обычно он находится в баллонах в сжиженном состоянии и применяется для тушения в снегообразном состоянии в виде хлопьев с температурой -70С, а также в газообразном состоянии (для тушения пожаров в закрытых помещениях). В снегообразном состоянии - для тушения в небольшой зоне горения. Концентрация газа (СО2) в закрытом помещении  30 %. 
Азот применяется для тушения пожаров в закрытых помещениях в тех же концентрациях что и СО2. Огнегасительное действие СО2 и N сводится к понижению концентрации О2 в зоне горения. В настоящее время находят применение огнегасительные вещества на основе голоидированных углеводородов. При введении их в зону горения происходит торможение химических реакций и горение прекращается. Для тушения пожаров широко используется огнегасительная пена. При тушении пена покрывает горящее вещество, изолирует его от окружающей среды, препятствует проникновению горючих веществ в зону горения. В процессе разрушения пены образуется жидкая пленка, смазывающая горящее вещество. При взаимодействии серной кислоты и растворов ее солей с угольной кислотой в результате реакции выделяется С2О2. С помощью пенообразователя получают устойчивую химическую пену способную прилипать и удерживаться на горящем веществе. Порошковые огнегасительные составы применяются для тушения небольших количеств горючих веществ, а также при тушение веществ, при тушении которых нельзя применить другие вещества. При этом выделение тепла прекращается. Сухой и чистый рассеянный песок тушит рассеянные газы. 
Аппараты для тушения пожаров. Для тушения пожаров применяют огнетушители, переносные установки. К ручным огнетушителям относятся пенные, углекислотные, углекислотно-бромэтиловые и порошковые. 
Пенные огнетушители используются для тушения пожара и обладают следующими достоинствами: простотой, легкостью, быстротой приведения огнетушителя в действие и выбрасыванием жидкости в виде струи. Заряд пенного огнетушителя состоит из двух частей: кислотной и щелочной. На предприятиях используются пенные огнетушители ОХП10. Продолжительность действия - 65 секунд, дальность - 8 метров, масса - 15 кг. Огнетушитель приводится в действие поворотом рукоятки вверх до отказа. При этом открывается пробка колбы, затем огнетушитель поворачивается головкой вниз, в результате чего кислота выливается в баллон и происходит химическая реакция. Образующийся при этом СО2 вызывает вспенивание жидкости, создает в баллоне давление 1000 кПа и выбрасывает жидкость в виде струи пены из баллона. 
Используются стандартные передвижные пеногенераторы, которые позволяют непрерывно получать химическую пену. Пеногенератор типа ПГМ-50 применяют для тушения легковоспламеняющейся и горючей жидкости. Ручные огнетушители высокократной пены типа ОВП-5 заряжают 5-и % раствором пенообразователя. При работе огнетушителя сжатая двуокись углерода выбрасывает раствор пенообразователя через насадку, образуя струю высокократной пены. Химические пенные и воздушнопенные огнетушители нельзя применять для тушения пожаров на электроустановках, находящихся под напряжением. В этом случае используют углекислотные огнетушители. К ним относятся огнетушители ОУ-2 и ОУ-5. Такой огнетушитель состоит из баллона, запорно-пускового вентиля, сифонной трубки, гибкого металлического шланга, диффузора (распылителя),  рукоятки и предохранителя. Запорный вентиль имеет предохранительное устройство в виде мембраны, которая сбрасывается при повышении давления в баллоне. При повышении давления от 17000 до 20000 кПа срабатывает предохранительное устройство, время действия которого 60 секунд, дальность - 2 м. Для приведения огнетушителя в действие его надо расположить вблизи очага пожара, повернуть диффузор в направлении огня, открыть поворотом маховика вентиль и направить углекислоту в очаг горения. Углекислотнобромоэтиловый огнетушитель ОУБ-7 используется для тушения горящих твердых и жидких веществ, для тушения электроустановок под напряжением. Он состоит из баллона емкостью 7 л, заполненной бромистым этилом и двуокисью углерода, а также сжатым воздухом для выбрасывания вещества. Порошковый огнетушитель предназначен для тушения небольших очагов загорания щелочных металлов и кремнеорганических соединений. Он состоит из сварного корпуса емкостью 10 л, крышки с предохранительным клапаном и сифонной трубкой, баллончиком для газа емкостью 0,7 л, соединенным с корпусом при помощи трубки, гибкого шланга с удлинителем. Рабочее давление в корпусе 700 кПа. Порошок из корпуса огнетушителя выталкивается сжатым инертным газом через сифонную трубку наружу.
Пожарная сигнализация. Возможность быстрой ликвидации пожара зависит от своевременного оповещения о пожаре. Распространенным средством оповещения является телефонная связь. Также быстрым и надежным видом пожарной связи является электрическая система, которая состоит из 4 частей: прибора-извещателя (датчиков), которые устанавливаются на объекте и приводятся в действие автоматически; приемной станции, принимающей сигналы от получателя; системы проводов, соединяющей датчики с приемной станцией; аккумуляторных батарей. Электрическая пожарная сигнализация в зависимости от схемы соединения с приемной станцией бывает лучевая и кольцевая. При лучевой схеме от датчика до приемной станции делается отдельная проводка, называемая лучом. Луч состоит из двух самостоятельных проводов: прямого и обратного. При кольцевой схеме все извещатели установлены последовательно на один общий провод, оба конца которого выведены на приемный аппарат.

                                             Выводы
Темой данного дипломного проекта является разработка несимметричного трехфазного тиристорного  выпрямителя. В ходе выполнения данной работы рассмотрены основные виды выпрямителей электрических сигналов, их основные параметры и характеристики. Приведена классификация выпрямителей, их принципы действия и практическое применение. Исследованы виды и режимы работы различных выпрямителей. Проведен анализ существующих схемных решений.       Разработан и спроектирован несимметричный трехфазный тиристорный управляемый выпрямитель. В ходе разработки были определены основные параметры схемы, номиналы элементов, был рассчитан трансформатор и сглаживающий дроссель. Разработанная схема выпрямителя обладает  параметрами удовлетворяющими требованиям технического задания.
   Разработаны мероприятия по технике безопасности, охране труда и экологии. 

                        Список литературы

1.	Руденко В.С., Морозов В.Г., Ромашко В.Я. Методические указания к курсовой работе по курсу «Преобразовательная техника», Киев КПИ 1984г.
2.	В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В.Г. Морозов, «Перетворювальна техніка», Київ 1996р.
3.	 В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, «Расчет источников электропитания устройств связи», М. 1979г.
4.	 Ю.С. Забродин, «Промышленная электроника», М. 1982г.
5.	 И.И. Белопольский и др., «Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности», М. 1973г.
6.	Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания РЭА, М.: Радио и связь, 1981г.
7.	Костиков В.Г., Никитин В. Е. Источники электропитания высокого напряжения, М.: Радио и связь, 1986г.
8.	Найвельт Г.С. И др. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, М.: Радио и связь, 1985г.
9.	Букреев С.С. Головацкий Г.Н. Источники вторичного электропитания, М.: Радио и связь, 1983г.
10.	Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств, М.: Горячая линия – Телеком, 2001г.
11. Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники: М.: «Энергия», 1999.-392 с.
12. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов.-М.:«Радио и связь»,1988.-576 с.
13. Справочник по электрическим машинам: / Под общей редакцией Копылова и Б.К. Клокова Т. 1. - М.: «Энергоатомиздат», 1988.-456 с.
14. О.Г.Чебовский, А.Г. Моисеев: Электрические аппараты. Л: <<Энергостат>>,1991- 304с.
15. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для тех. спец. вузов / Под      ред. С. В. Белова. – М. : Машиностроение, 1993.
16. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / В.Е. Анофриков, С.А. Бобок, М.Н. Дудко, Г.Д. Елистратов / ГУУ. М., ЗАО « Финстатинформ»,1999. 
17. Охрана труда. Под ред. Б.А. Князевского. М., «Высшая школа», 1972. 
 18. Охрана труда в энергетике. Под ред. Б.А. Князевского. М., «Энергоатомиздат», 1995/