Размещено на http://allbest.ru

Элементы автоматизированного электропривода

Введение. Техническое задание

приводной электродвигатель преобразователь

Целью данной курсовой работы по курсу “Элементы автоматизированного электропривода” является выбор системы и разработка отдельных узлов и элементов автоматизированного электропривода.

В данной курсовой работе надо спроектировать электропривод переменного тока. В соответствии с заданием для разработки предоставляется транзисторный электропривод на основе асинхронного двигателя мощностью 3 кВт.

Задачей данной курсовой работы является закрепление материала по изучению элементной базы силовой преобразовательной техники, различного рода датчиков и защит, а также схем типовых блоков.

Таблица 1 - Техническое задание

Параметр	Значение
1. Тип двигателя	асинхронный двигатель
2. Тип преобразователя	Транзисторный
3. Мощность на валу, кВт	3
4. Частота вращения, об/мин	750
5. Диапазон регулирования при статизме 10%	50
6. Режим работы электродвигателя	S6
7. Нагрузочная характеристика
8. Приведенный момент инерции	Jm/Jp=4,0
9. Полоса пропускания спектра частот преобразователя	Рассчитать
10. Полоса пропускания спектра частот двигателя	Рассчитать с нагрузкой и без нагрузки
11. Пуск	Управляемый
12. Торможение	Рекуперативное
13. Реверс	Отсутствует
14. Генераторный режим	Отсутствует
15. Реализация условий энергосбережения	В системе с преобразователем
16. Наличие регуляторов	По необходимости
17. Типы защит ЭП	Тепловая, нулевая, от перенапряжений, токовая, максимальная токовая
18. Виды блокировок	Неправильный порядок чередования фаз
19. Разрабатываемый блок	Силовой блок
20. Разрабатываемый датчик	Датчик контроля состояния вентилей в трехпульсном УВ

1. Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя

В соответствии с заданием по курсовому проекту тип приводного электродвигателя - асинхронный двигатель (АД). Мощность на валу электродвигателя составляет Р=3 кВт.

Помимо мощности основными критериями в выборе электродвигателя являются режим работы и характер нагрузки.

В соответствии с заданием по курсовому проекту электродвигатель работает в перемежающимся режиме S6, при котором в отличие от режима S3, периоды работы электродвигателя с номинальной нагрузки (рабочие периоды tp) чередуются с периодами работы его вхолостую (паузами t0), причем как рабочие периоды, так и периоды работы вхолостую не настолько длительны, чтобы превышение температуры частей машины могли достигнуть установившихся значений (рисунок 1). Продолжительность цикла составляет не более 10 мин.

Рисунок 1 - Перемежающийся режим работы

В соответствии с ГОСТ 183 продолжительность включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%; продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин.

Исходя из этого можно определить рабочий период tp и время паузы t0.

(1)

(2)

Расчет мощности производим методом эквивалентной момента на основе нагрузочной диаграммы Мc=f(t) (рисунок 2).

Согласно заданию регулирование угловой скорости СД осуществляется при постоянном моменте .

Мощность на валу ЭД: Рр = 3 кВт.

Частота вращения: nн = 750 об/мин.

Определим угловую скорость:

(3)

Мощность двигателя при его работе на холостом ходу примем:

Ро = 0,2 Рр = 0,6 кВт.

Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма ЭД

Определить расчетную эквивалентный момент ЭД по формуле:

(4)

где Р_i - величина статической мощности на i-ом участке нагрузочной диаграммы, Нм;

t_i - время работы с мощностью Р_i, с.

кВт.

Из каталога выбираем двигатель с принятым стандартным из условия:

(5)

где .

То есть, выбираем из условия .

В соответствии с вышеизложенным выбираем асинхронный двигатель АИР80В2 со следующими характеристиками:

Таблица 3 - Характеристики асинхронного двигателя АИР80В2

Частота вращения электродвигателя составляет 750 об/мин.

По заданию двигатель должен обеспечить возможность регулирования скорости с постоянством мощности. Требуется обеспечить диапазон 1:50. Для обеспечения заданного диапазона регулирования необходимо применение 3-х ступенчатого редуктора со следующими передаточными числами ступеней: i1=2, i1=4, i3=5.

2. Обоснование и выбор структуры силового блока преобразователя. Разработка принципиальной схемы силового блока

2.1 Обоснование и выбор структуры силового блока преобразователя

Согласно задания на курсовой проект необходимо разработать транзисторный преобразователь частоты для управления синхронным двигателем. В качестве преобразователя частоты будем использовать транзисторный автономный инвертор. Рассмотрим основные типы и схемы существующих АИ.

По типу коммутирующего элемента, силовая часть может быть выполнена на базе двух типов схем:

трехфазный инвертор, выполненный из трех однофазных;

трехфазный мостовой инвертор.

Автономный инвертор на базе трех однофазных инверторов (на примере однофазного инвертора).

Нагрузка инвертора может быть подключена либо через 3 разделительных однофазных трансформатора, либо непосредственно. Вторичные обмотки трансформатора соединяются звездой, т.к. при соединении треугольником будут протекать токи гармоник кратных 3-м, что приводит к увеличению мощности трансформатора и дополнительному нагреву обмоток. Нагрузка может соединяться как треугольником так и звездой. В данном инверторе используется пофазная коммутация (коммутация, при которой после запирания 1 - го управляемого вентиля одной фазы каждой фазы сразу же отпирается вентиль той же фазы). Коммутация каждой фазы осуществляется отделено. Данная схема имеет такой контур протекания : ток течет от "+" через VT2, через нагрузку Uн, и затем через VT3 приходит к "- ".



Рисунок 3 - Однофазный мостовой инвертор

Трехфазный мостовой инвертор.

В данном инверторе нагрузка также может быть соединена как треугольником, так и звездой, и подключена или через разделительный трансформатор или без него.

В данном инверторе может быть использована индивидуальная коммутация (коммутация при которой каждый управляемый вентиль переключается независимо от остальных) или групповая (коммутация, при которой одновременно запираются вентили одной группы).

Трехфазный мостовой инвертор представлен на рисунке 4.

Данная схема имеет такой контур протекания : ток течет от "+" через VT11, через нагрузку ZА, затем через ZВ, VT14 или через ZС, VT15 и приходит к "- ".

Таким образом, одновременно в коммутации участвует 3 вентиля.

Данная схема имеет ряд преимуществ перед предыдущей схемой:

количество вентилей данной схемы в 2 раза меньше, чем у предыдущей, схема менее дорогостоящая, меньше массогабаритные показатели.

трехфазный мостовой инвертор формирует на нагрузке как фазное, так и линейное напряжения.



Рисунок 4 - Трехфазный мостовой инвертор

По способу регулирования различают несколько видов.

Непрерывное регулирование напряжения с помощью управляемого выпрямителя или широтно-импульсного регулятора с силовыми сглаживающими фильтрами на выходе.

В этом случае инвертор питается от трехфазной сети переменного тока через УВ, на выходе которого устанавливается силовой сглаживающий фильтр.

Напряжение управления воздействует на блок формирования переключающих импульсов УВ и на генератор переменной частоты. Импульсы с генератора преобразуется в 3-фазное (=180) или 6-фазное ( = 120) напряжение прямоугольной формы с помощью кольцевой пересчетной схемы и импульсных усилителей - преобразователей переключающих сигналов фаз . В качестве инвертора используется трехфазный мостовой инвертор с углом 'горения' вентилей = 180 или = 120 .

При питании инвертора от сети частотой 50 Гц через управляемый вентиль ток в цепи питания коммутируется довольно низкой частоты, что приводит к увеличению габаритов и веса сглаживающего LC-фильтра. Условия работы такого фильтра в системе "преобразователь частоты - асинхронный двигатель " неблагоприятны. В ЭП с частотным управлением выходное напряжение может измениться по сложному периодическому закону, что способствует возникновению колебаний напряжения и тока в системе. Наличие силового фильтра в цепи управления приводит к тому, что регулятор напряжения фактически становится колебательным или инерционным звеном, что в системах автоматического регулирования нежелательно. Кроме того УВ свойственен ряд недостатков:

неудовлетворительный баланс активной и реактивной мощности в цепи переменного тока, результатом которого является повышение расчетной мощности трансформатора выпрямителя изменение спектра гармонических составляющих выходного напряжения по мере регулирования угла зажигания, сравнительная сложность схемы управления.

Широтно-импульсное регулирование напряжения на основной частоте.

В этом случае частота переключения полупроводниковых приборов инверторной схемы, которая выполняет функцию регулирования напряжения, равна основной частоте преобразователя, а относительная продолжительность включения источника питания в фазу нагрузки изменяется с изменением частоты. К преобразователям с широтно-импульсным регулированием напряжения на основной частоте относятся однофазный мостовой инвертор с несимметричным законом коммутации транзисторов, однофазный мостовой инвертор с фазовым управлением, трехфазный мостовой инвертор с регулированным углом 'горения' переключающих приборов. Для данных систем характерна зависимость гармонического состава выходного напряжения от кратности изменения частоты и напряжения в системе, причем эти изменения происходят за счет низкочастотных составляющих спектра (1,3,5,7-й гармоник).

В данной схеме сигнал управления поступает на вход генератора переменной частоты и на схему реверса. Для формирования 3-х фазного напряжения использована тригерная схема деления частоты на 3. Тригеры фаз одновременно служат и усилителями, а трансформаторы насыщения в их коллекторных цепях формируют импульсы, управляющие переключением транзисторов 3-х однофазных мостовых инверторов . Такая система с широтно-импульсной модуляцией не содержит никаких дополнительных элементов для регулирования выходного напряжения. Отпадает необходимость в 3-х узлах системы : УВ с блоком управления и силовом фильтре.

Широтно-импульсное регулирование напряжения на основной частоте.

В системах ШИМ коммутирующие элементы регулятора напряжения, который может быть совмещен со схемой инвертора, переключаются с несущей частотой fo , в несколько раз превышающей максимальную основную частоту переключения инвертора f fo = ( 8 - 16 ) f.

Напряжение на фазе нагрузки имеет вид знакопеременных серий модулированных по ширине импульсов. Преобразователь частоты с автономным импульсным регулятором напряжения представляет собой сочетание полупроводникового транзисторного импульсного регулятора и модулятора с инверторной схемой.

В этом случае инвертор питается модулированными по длительности импульсами напряжения постоянной частоты следования, относительная продолжительность которых ' изменятся в зависимости от принятого в системе закона регулирования напряжения. Относительная продолжительность и полярность включения фазы нагрузки в цепь источника питания зависят только от схемы и закона переключения приборов инвертора.

Защита преобразователя от перегрузок осуществляется введением задержанной отрицательной обратной связи по току в цепи инвертора. При перегрузках в системе перегрузках в полупроводниковое реле ограничения тока RT, воздействуя на модулятор длительности регулятора, увеличивает скважность импульсов напряжения до такого значения, при котором ток в цепи питания не превышает тока уставки реле .

По способу управления выделяют системы с углом управления =120 и = 180. Соединение нагрузки может быть треугольником и звездой. На нагрузке образуется ступенчатый сигнал.

Таким образом, оптимальной является схема основная часть которой трехфазный транзисторный мостовой инвертор, соединением нагрузки в звезду и углом управления = 180. Одновременно в формировании напряжения на нагрузке принимает участие 3 вентиля. Напряжение на нагрузке при данном регулировании будет иметь пачку импульсов, огибающая которой будет стремиться к синусоиде. На полупериоде основной частоты будет располагаться 6 импульсов напряжений: первые и последние 2 импульса равны Uп /3, 3-й и 4-й импульсы равны 2Uп /3 . Ток на нагрузке также будет повторять синусоиду. После прохождения тока через транзистор он остается запертым для его отпирания используется добавочный контур полученный при помощи параллельно включенных обратных диодов.

Рисунок 5 - Временные диаграммы включения, напряжений на нагрузке и токов. (Соединение нагрузки звездой, = 180).

2.2 Разработка принципиальной схемы силового блока

Схема электрическая принципиальная электропривода представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема электрическая принципиальная электропривода

Привод подключается к сети при помощи автоматического выключателя (QF1). К одной из фаз подключается схема управления состоящая из предохранителя (FU1), кнопочных выключателей (SB1, SB2) и магнитного пускателя (КМ1).

Также согласно заданию курсовой работы в силовой части электропривода реализованы следующие виды защит:

- защита от пониженного напряжения сети (нулевая защита) (посредством контактора переменного тока КМ1)

- защита от длительных перегрузок по току (посредством автоматического выключателя с тепловым расцепителем QF1);

- защита от токов короткого замыкания (посредством автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем QF1 в силовой цепи и предохранителя FU1 в цепи управления).

Пуск двигателя производится нажатием кнопки «Пуск» (SB2). После включения пускателя, он становится на самопитание, для этого используется его вспомогательный контакт.

Отключение двигателя происходит при нажатии кнопки «Стоп» (SB1).

Для выпрямления подаваемого напряжения и обеспечения рекуперации энергии торможения в питающую сеть используем реверсивный управляемый выпрямитель (РУВ).

Для защиты полупроводниковых элементов от возникающих коммутационных перенапряжений используются пассивные RC-цепи (R1-R6, C1-C6).

После УВ для ограничения пульсаций выпрямленного напряжения используем емкостной фильтр C7, а для ограничения тока используем катушку L1.

Звено переменного тока электропривода выполнено на базе транзисторного автономного инвертора (VT1-VT6).

Защита от перенапряжений на транзисторах автономного инвертора реализована посредством включения обратных диодов.

3. Разработка функциональной схемы управления электропривода

Функциональная схема управляемого выпрямителя представлена в графической части проекта.

Система управления УВ содержит систему импульсно-фазового управления (СИФУ) для каждой из групп вентилей, вырабатывающих управляющие импульсы для вентильных групп; логическое переключающее устройство (ЛПУ), выполняющее автоматическое переключение вентильных групп. Помимо этого на ЛПУ возлагаются следующие функции:

- выбор группы для работы в зависимости от знака управляющего напряжения;

- запрещение открывания неработающей группы при наличии тока в работающей группе;

- запрещение снятия открывающих импульсов с работающей группы при протекании в ней тока;

- обеспечение временной паузы перед включением вступающей в работу группы.

Функциональная схема автономного инвертора представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Функциональная схема автономного инвертора.

Управление работой автономного инвертора осуществляется системой управляющих сигналов, подаваемых на транзисторы схемы.

Система управления автономными инверторами состоит из двух функциональных устройств: логическая часть системы, определяющая частоту, длительность и последовательность выходных сигналов; выходные формирователи, осуществляющие усиление по мощности сигналов логической части системы. Рассматриваемая система управления позволяет осуществить следующее:

- включение силового транзистора сразу после окончания процесса коммутации;

- выключение проводящих силовых тиристоров при поступлении сигнала защиты преобразователя;

Система управления автономным инвертором состоит из задающего генератора частоты (ЗГЧ), автомодулятора (АМ), распределителя драйверов (ДР).

В качестве задающего генератора частоты (ЗГЧ) используется конденсаторная схема генератора на базе генератора пилообразного напряжения. ЗГЧ получает сигнал от блока логики-управления.

Транзисторы автономного инвертора получают импульсы от системы управления через выходные формирователи импульсов - драйверы. Помимо формирования отпирающих импульсов драйверы обеспечивают гальваническую развязку. Драйверы получают сигналы от широтно-импульсного модулятора.

Кроме вышеперечисленных элементов функциональная схема электропривода содержит следующие блоки:

- блок питания (БП), подающего управляющее напряжение на элементы системы управления электроприводом;

- датчик скорости (ДС), предназначенный для контроля величины скорости на валу электродвигателя;

- регуляторы тока (РТ) и скорости (РС). Регуляторы служат для преобразования управляющего сигнала, в соответствии с математическими

операциями, требуемыми по условиям работы системы регулирования;

- блок коммутации фаз (БКФ), выполняющий функцию блокировки при неправильном порядке чередования фаз;

- датчик тока (ДТ);

- датчик контроля состояния вентилей в трехпульсном УВ (ДКСВ);

Функциональная схема проектируемого электропривода представлена в графической части проекта.

4 Разработка структурной схемы электропривода

Структурная схема изображают звенья САР (которым ставят в соответствие передаточные функции звеньев ли операторы выполняемых ими нелинейных преобразований), связи и узлы (точки разветвления связей).

Сигнал, с которого поступает на сумматор, где суммируясь с отрицательным сигналом обратной связи по скорости, попадает на регулятор скорости, преобразованный сигнал с РС суммируется с отрицательным сигналом обратной связи по току, после чего попадает на регулятор тока.

Передаточная функция автономного инвертора и управляемого выпрямителя представлена инерционным звеном 1-го порядка:

(3)

Для того чтобы описать систему математически примем следующие допущения:

- магнитодвижущие силы, созданные фазными токами, синусоидально распределены вдоль воздушного зазора;

- машина симметрична;

- насыщение и потери в стали отсутствуют;

- не учитываются емкости внутри обмоток и между ними;

- работа происходит на линейных участках характеристик;

- электромагнитный момент двигателя прямо пропорционален току статора.

При этих допущениях асинхронный двигатель можно представить инерционным звеном первого порядка:

(4)

Для упрощения структурной схемы примем, что механическая часть привода представлена одномассовой расчетной схемой. Тогда уравнение движения двигателя для приведенной схемы имеет вид:

(5)

Переписав данное выражение в операторной форме, получим:

(6)

Структурная схема электропривода представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Структурная схема электропривода

5. Разработка графика напряжения в контрольных точках преобразователя

Для построения графиков зависимости, напряжения строится на основании фазных напряжений.

точки 0-1

Здесь имеем фазное напряжение (фаза А), формирующееся на выходе автономного инвертора:

Рисунок 9 - Напряжение в контрольных точках 0-1

точки 0-3

Здесь имеем фазное напряжение (фаза С), формирующееся на выходе автономного инвертора:

Рисунок 10 - Напряжение в контрольных точках 0-3

точки 1-3

Здесь имеем линейное напряжение на выходе автономного инвертора между фазами А и С. Построение ведется в соответствии с графиками напряжений 0-1, 0-3:



Рисунок 11 - Напряжение в контрольных точках 1-3

точки 4-3

Здесь имеем проводящее состояние транзистора VТ1.

Рисунок 12 - Напряжение в контрольных точках 4-3.

точки 3-5

Здесь имеем проводящее состояние транзистора VТ2.

Рисунок 13 - Напряжение в контрольных точках 3-5.

6. Обоснование (выбор) принципиальной схемы силового блока

Принципиальная схема привода состоит из источника питающего напряжения - трехфазной сети напряжением 380 В, 50Гц, аппаратуры управления и защиты (автоматический выключатель, магнитный пускатель, реле блокировки при неправильном чередовании фаз, кнопки пуска и остановки двигателя), трехфазного нулевого реверсивного управляемого выпрямителя, транзисторного автономного инвертора и непосредственно двигателя.

7. Расчет элементов принципиальной схемы силового блока

Рассчитаем ток в силовой цепи от двигателя M1 по формуле:

Iн =

где I_НM1 - номинальный ток в силовой цепи двигателя M1,А;

P - мощность двигателя M1, кВт;

U_л - линейное напряжение питающей сети, В;

з - коэффициент полезного действия двигателя M1;

cos ц - коэффициент мощности двигателя M1.

Iн ===6.3 А

Расчет и выбор магнитного пускателя.

Магнитные пускатели выбираются по следующим условиям:

- по режиму работы,

- по номинальному току нагрузки I_Н.П.?I_Н,

- по номинальному напряжению катушки аппарата U_Н=U_Ф,

- по номинальному напряжению контактов аппарата U_Н.КОНТ?U_Л.

В данном случае режим работы АС3, так как производиться пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Номинальный ток нагрузки вычислен I_Н =6,3 A. Выбираем номинальный ток магнитного пускателя I_Н.П. = 10А. Напряжение питания в схеме управления U_Ф= 220В, т.е. U_Н = 220В. Напряжение сети силовой части U_Л = 380В, следовательно U_Н.КОНТ ? 380В.

Был выбран магнитный пускатель ПМЛ1100М-УХЛ3Б (ТУ 3427-042-05758109-2008) со следующими параметрами:

Характеристика	Значение
режим работы	АС3
номинальный ток нагрузки	10А
номинальное напряжение катушки	220В
номинальное напряжение контактов	380В
степень защиты	IP20
мощность включения	70 ВА
мощность удержания	8 ВА
механическая прочность	10млн.циклов
коммутационная прочность	1,5 млн. циклов
время замыкания	19мс
время размыкания	11мс
кол-во вспомогательных контактов	1з

Расчет и выбор предохранителя.

Выбор предохранителей в цепи управления осуществляется по следующим соотношениям:

- по номинальному напряжению сети

U_ном ? U_сети,

где U_ном - номинальное напряжение предохранителя;

- по длительному расчетному току линии

I_{ном вст}?I_длит,

где I_{ном вст} - номинальный ток плавкой вставки;

Iдлит - длительный расчетный ток.

Определим максимальный рабочий ток по формуле:

,

где Q_раб - мощность удержания катушки магнитного пускателя.

А.

Определим длительный расчетный ток:

А

Выбираем предохранитель (FU1) типа ПВС-6 (ТУ 16-522.112-74) со следующими параметрами:

Номинальный ток держателя Iдерж	6 А
Номинальное напряжение	220 В
Номинальный ток плавкой вставки Iвст	0.5 А
Предельная отключающая способность	100 кА

Расчет и выбор автоматического выключателя.

Для защиты от перегрузок и короткого замыкания, пуска и остановки электродвигателя М1 применим автоматический выключатель QF1. Он выбирается для двигателей с короткозамкнутым ротором по следующим условиям:

U_{Ном. Авт.} ?U_Л ,

где: _U_{Ном. Авт.} -- номинальное напряжение автомата,

_U_Л -- номинальное напряжение линии сети (380 В),

I_{Ном. Авт.} ?I_{Ном. Нагр},

где: - I_{Ном. Авт.} -- номинальный ток автомата,

- I_{Ном. Нагр} -- номинальный ток нагрузки (длительный расчетный ток линии).

I_{Уст. Макс. Расц.} ? (1.5..1.8)*I_Пуск. ,

где: - I_{уст. макс. расц.} -- ток уставки электромагнитного расцепителя (защита от КЗ);

- I_Пуск -- пусковой ток двигателя (М1).

Итак, мы имеем следующие необходимые условия работы автоматического выключателя QF1:

U_{ном. авт.} ?380 B;

I_{Ном. Авт.} ?6,3 А;

I_{Уст. Макс. Расц.} ? 79,4 A.

Выбираем автоматический выключатель с расцепителями тока перегрузки с регулировкой номинального тока и температурной компенсацией ВА47-29 10А 3Р со следующими характеристиками (ТУ 3422-027-05758109-2007):

номинальное напряжение автомата (при 50 Гц)	380 B
номинальный ток автомата	10 A
ток уставки электромагнитного расцепителя	150A
количество максимальных электромагнитных расцепителей тока	3
износостойкость: общее количество циклов включения и отключения в том числе и без тока	100000

Выбор кнопочных выключателей.

Выбор кнопочных выключателей осуществляется исходя из условий:

I_н ? I_{вкл.макс},

где I_н - ток, коммутируемый контактами выключателей;

I_{вкл.макс} - максимальный ток включения (максимально возможный ток в цепи управления);

U_н ? U_сети,

где U_н - напряжение контактов выключателей.

Определим максимальный ток включения магнитного пускателя по формуле:

,

где Qвкл - мощность включения магнитного пускателя;

Uсети - напряжение питания цепи управления.

А.

Выбираем кнопочные выключатели серии КМЕ5101 У3 (для SB1 размыкающий контакт) и КМЕ5110 У3 (для для SB2 замыкающий контакт) с параметрами (ТУ 16-526.094-78):

номинальный ток контактов	3 А
номинальное напряжение контактов	220 В
потребляемая мощность	2.5 Вт
степень защиты	IP40
механическая прочность	1млн.циклов
коммутационная прочность	107 циклов

Расчет и выбор силовых тиристоров УВ.

Питание асинхронного двигателя с автономным инвертором тока осуществляется через трехфазный реверсивный управляемый выпрямитель, выполненный по нулевой схеме, имеющий закон управления выходным напряжением Ud = Ud₀*cos . Значение напряжения на выходе выпрямителя при нулевом угле управления Ud₀ определяется из соотношения Ud₀ = 1,35*U_2Л = 1.35*380 = 513 В. Для выбора вентилей необходимо найти значения прямого и обратного напряжений на них и значение тока через вентиль.

U_{ОБР. МАКС} = 1,045 Ud₀ = 1,045* 513 = 536 В;

U_{ПР. МАКС} = 1,045 Ud_{0 =} 1.045* 513 = 536 В;

где, Кзi =2.5- коэффициент допустимой перегрузки по току силовой части, учитывающий пусковой ток двигателя.

Idn- номинальный ток нагрузки.

Kохл- коэффициент, учитывающий условия охлаждения ( Kохл=2, т.к естественное охлаждение)

По этим параметрам выбираем силовые тиристоры ТБ 123-12-9-900 УХЛ2, ТУ-16-432-158-87, имеющие следующие параметры [6]:

Iн = 12 А,

Uн = 900 В,

Iт.уд = 20 А.

Расчет и выбор R-C цепочек.

Защиту тиристоров то коммутационных перенапряжений осуществляется включением параллельно вентилям индивидуальных R-C цепочек. Величина емкости:

(мкФ)

Выбираем конденсатор МБГО-0.27 мкФ 1000В ±10%.

Принимаем сопротивление резистора R=110(Ом).

Выбираем резистор МЛТ-1-110 Ом ±10% ГОСТ 7113-77.

Расчет и выбор элементов LC-фильтра.

На выходе выпрямителя для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения ставится Г - образный LC - фильтр, параметры которого определяются по следующим выражениям. Индуктивность дросселя должна быть:

мГн,

где m - число фаз напряжения питающей сети.

Выбираем дроссель РТСТ-41-5,4 со следующими параметрами:

- напряжение сети - 380 В;

- номинальный ток - 31 А;

- индуктивность фазы - 5,4 мГн;

- сопротивление фазы - 102 мОм.

Емкость конденсатора фильтра находим из следующего соотношения:

,

где q = U_2m / U_dm = 380 / 513 = 0.74.

Отсюда находим С = 363 мкФ. Выбираем конденсатор с номинальной емкостью 360 мкФ на 750 В типа МБГЧ-1.

• Расчет и выбор силовых транзисторов.
• Условия выбора транзисторов
• I_кmax > I_н.max
• U_{кэ max} > U_{ном max}
• Обратное напряжение на транзисторе
• U_обр = U_d*К_сх*К_{обр.напр}
• U_обр = 443.2*1,045=463.14 В
• Максимальный ток коллектора
• где - максимальная скважность
• Выбираем силовые транзисторные модули производства фирмы SIEMENS:
• BSM 50 GD D120 DN 2.
• С параметрами U_kэ = 600 В,
• I_k = 10 A.
• 8 Обоснование (выбор) принципиальной схемы датчика контроля состояния вентилей в трехпульсном УВ
• Принцип работы датчика контроля состояния силовых вентилей состоит в том, чтобы определить открыт силовой ключ в данный момент или нет.
• Базовым элементом в датчике контроля состояния вентилей является датчик тока (RS), включенный после каждого солового вентиля. Датчик тока представляет собой микросхему компании Allegro Microsystem, принцип работы которой основан на эффекте Холла. Датчик имеет малогабаритные параметры благодаря тому, что были объединены на одном кристалле все составные элементы: проводника, через который протекает измеряемый ток, датчик Холла, схемы усиления и коррекции измеренного сигнала. При отсутствии тока напряжение на выходе датчика равно половине напряжения питания. Если датчик показывает наличие тока в цепи, то соответственно вентиль, находящийся в данной цепи, открыт, если ток отсутствует, то вентиль закрыт. Сигнал с датчика тока поступает на компаратор. После компараторов сигналы поступают на логический элемент 3ИЛИ.
• 9. Расчет элементов датчика контроля состояния вентилей в трехпульсном УВ
• Выберем датчик тока ACS754SCB компании Allegro Microsystem со следующими характеристиками:
• - диапазон измеряемых токов -200…200 А;
• - однополярное питание 5 В;
• - потребляемый ток 8 мА;
• - выходное сопротивление 1 Ом, при выходном токе 1,2 мА;
• - сопротивление первичного проводника 0,1 мОм;
• - исключительно стабильное выходное напряжение смещения;
• - максимальное напряжение питания 16 В;
• -совокупная ошибка на выходе во всем диапазоне ±1% ;
• - полоса пропускания 35 кГц;
• - рабочая температура -20…85єС;
• - максимально допустимое напряжение 3 кВ.
• Выбираем микросхему К1401СА1, содержащую 4 компаратора.
• Выбираем микросхему К555ЛЕ4, содержащую три логических элемента 3ИЛИ.
• Согласно DATASHEET выбираем резисторы МЛТ-0,25-1кОм±5% ОЖО 467.120ТУ.
• 10. Расчет характеристик преобразователя и двигателя, определение полосы пропускания спектра частот преобразователя и двигателя

Угловая скорость холостого хода выбранного электродвигателя может быть вычислена по формуле:

,

где об/мин - частота вращения идеального холостого хода.

Тогда скорость холостого хода двигателя:

рад/с.

Номинальная угловая скорость электродвигателя:

рад/с,

где - номинальная частота вращения двигателя.

Номинальное скольжение выбранного электродвигателя:

.

Критическое скольжение определяется по формуле:

где - кратность критического момента;

- кратность пускового момента.

Номинальный момент выбранного электродвигателя:

.

Критический момент электродвигателя:

,

где - кратность критического момента.

Рассчитаем полосу пропускания двигателя. Для этого двигатель представим в виде апериодического звена первого порядка с электромеханической постоянной времени:

Запишем упрощенную линеаризованную передаточную функцию для асинхронного двигателя:

.

Построим ЛАЧХ полученной передаточной функции в среде Matlab 7.11.



Рисунок 14 - Амплитудно-частотная характеристика двигателя без нагрузки

При определении полосы пропускания воспользуемся следующим выражением:

(5)

где , - модули АЧХ.

По виду АЧХ определим значение . Таким образом, полоса пропускания электродвигателя без нагрузки составляет:

(6)

Рассчитаем полосу пропускания электродвигателя с нагрузкой.

Согласно заданию курсовой работы приведенный момент инерции механизма равен . Тогда суммарный момент инерции электропривода равен:

 (7)

Передаточная функция двигателя под нагрузкой:

.

Построим ЛАЧХ полученной передаточной функции в среде Matlab 7.11.

Рисунок 15 - Амплитудно-частотная характеристика двигателя с учетом нагрузки

По виду ЛАЧХ определим значение . Таким образом, полоса пропускания электродвигателя без нагрузки составляет:

Рассчитаем полосу пропускания спектра частот преобразователя.

Для этого примем коэффициент передачи управляемого выпрямителя Кув=22.

Рассчитаем коэффициент передачи автономного инвертора:

где - максимальное значение ЭДС вентильного преобразователя при угле управления б=0;

- напряжение управления.

Рассчитаем постоянную времени автономного инвертора:

С учетом этого запишем передаточную функцию преобразователя:

Построим ЛАЧХ полученной передаточной функции в среде Matlab 7.11.

Рисунок 16 - Амплитудно-частотная характеристика преобразователя

По виду ЛАЧХ определим значение . Таким образом, полоса пропускания преобразователя составляет:

Заключение

В ходе курсового проекта была разработана система управления электроприводом на основе асинхронного двигателя.

Данная система управления построена по классической схеме управления электроприводом переменного тока с применением реверсивного управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения.

Также в ходе курсового проекта были разработаны схемы электрические принципиальные силового блока и датчика состояния вентилей в трехпульсном УВ, был произведен расчет и выбор элементов схем.

Список литературы

1 Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б.

2 Преобразовательная техника. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Киев, издательское объединение «Вища школа», 1978, 424 с.

3 Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. Кривицкий С.О., Эпштейн И.И. Москва, «Энергия», 1970.

4 Компьютерное моделирование полупроводниковых систем Matlab. Учебное пособие. - СПб.: Корона принт, 2001, 320 с.

5 Системы управления автономными инверторами. Калашников Б.Е. Москва, «Энергия», 1974.

6 Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник. Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Ходоренко Ю.П. Мн.: Беларусь, 1994, 591 с.

7 Электрические машины: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, 624 с.

8 Основы преобразовательной техники: Учебное пособие для вузов / Попков О.З. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007, 200 с.

9 Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. Крупович В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л. - 3-е изд., - М.: Энергоиздат, 1982, 416 с.

10 Фираго Б. И. Теория электропривода: Учеб. пособие/Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. - Мн.: ЗАО «Техноперспектива», 2004. - 527 с.

11 Атаев Д. И., Болотников В. А. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник. - М.: Изд-во МЭИ, 1991. - 240 с.: ил.

12 http://www.radioamator.ru/

13 http://www.shematic.ru/

14 Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник. - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.:ил.

15 Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/С. В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др.: Под ред. С. В. Якобовского. - М.: Радио и связь, 1990, - 496 с.:ил.

16 Резисторы и конденсаторы. Справочник/И. Четвертков, - 80 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru