Реверсивный широтно-импульсный преобразователь для двигателя постоянного тока 2ПА

Обоснование принципа построения и функциональной схемы преобразователя. Выбор емкости фильтра, транзисторов, диодов силовой цепи. Принцип управления мостовыми широтно-импульсными преобразователями. Расчет параметров элементов и характеристик силовой цепи.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 10.10.2019
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Томский политехнический университет

Пояснительная записка к курсовому проекту

Реверсивный широтно-импульсный преобразователь для двигателя постоянного тока 2ПА

Дисциплина - Элементы систем автоматики

Исполнитель

студент гр. 5А1Л:Коркин Д.В.

Руководитель: Петрович В.П.

Томск - 2014

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. Схема выпрямления - трехфазная мостовая;

2. Колебания напряжения в сети составляют от -15% до +10%;

3. Параметры электродвигателя 2ПА:

- номинальное напряжение:

- номинальная мощность:

- номинальная частота вращения:

- максимальная частота вращения:

- сопротивление якоря:

- сопротивление добавочных полюсов:

- индуктивность якоря:

- коэффициент полезного действия:

- максимальное значение допустимого тока:

4. Параметры питающей сети:

- напряжение сети

- частота сети

5. Закон управления системой ШИП-ДПТ - несимметричный.

Введение

Целью курсового проекта является закрепление и систематизация знаний по техническим средствам автоматизации, силовым преобразователям электрической энергии, элементам систем автоматики, развитие навыков самостоятельной работы с использованием специальной технической литературы.

При выполнении курсовой работы решаются задачи, связанные с:

· закреплением знаний по некоторым курсам специальности;

· развитием практических навыков по расчету устройств электромеханических систем;

· умением самостоятельно применять приобретенные знания при решении конкретных технических задач;

· расширением практики использования учебной, специальной и справочной литературой;

· углублением навыков по выполнению графических работ и составлению технической документации.

В наше время развитие науки и техники осуществляется очень высокими темпами. Большинство производств подвергаются автоматизации. В связи с этим, нам, как будущим инженерам, необходимо уметь применить свои знания на благо промышленности. От нас зависит дальнейшее развитие и улучшение средств производства, т.е. техники и оборудования, а значит и облегчение труда человека. Для современной техники характерны малогабаритность, энергосбережение, надежность и, по возможности, простота конструкции. Достичь всех этих показателей при проектировании каких-либо устройств позволяют электроприводы, включающие в себя различные линейные и нелинейные элементы, обеспечивающие в своем взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики.

Моя задача состоит в том, чтобы уже сейчас «потренироваться» в проектировании сложной системы.

В данном курсовом проекте спроектирован электропривод производственного механизма на базе двигателя постоянного тока, удовлетворяющий заданным параметрам и режимам работы. В качестве регулируемого устройства используется широтно-импульсный преобразователь напряжения. Для построения быстродействующих и высокоточных систем электропривода постоянного тока широкое применение находят широтно-импульсные преобразователи (ШИП). Раньше основной элементной базой в преобразователях средней и большой мощности были силовые однооперационные тиристоры, для выключения которых необходимы узлы искусственной коммутации. Применение этих узлов усложняет силовую схему преобразователя и снижает его надежность. Двухоперационные и комбинированно-выключаемые тиристоры пока не получили широкого применения.

С появлением IGBT-транзисторов с рабочим диапазоном частот до 50 кГц, коммутируемыми напряжениями до 1700 В, токами в 1000 А (в модульном исполнении) и прямым падением напряжения в 1-2 В появилась возможность конструировать достаточно компактные и надежные силовые схемы широтно-импульсных преобразователей большой мощности (100 кВт и более) и системы электропривода на их основе.

Электроприводы с широтно-импульсным регулированием напряжения на якоре двигателя широко используются в различных отраслях промышленности и техники, в транспортных установках и т. д. Достоинством являются малое число элементов, определяющих простоту и надежность схем, а также высокое быстродействие. ЭП с ШИР особенно удобны при наличии сети постоянного тока или в автономных установках при питании привода от аккумуляторов. В случае сети переменного тока питание привода с таким управлением производится через выпрямитель.

преобразователь фильтр транзистор диод

1. Обоснование принципа построения и функциональной схемы преобразователя

Для быстродействующих регулируемых электроприводов с широким диапазоном регулирования, высокой точностью и хорошими энергетическими показателями весьма важно, чтобы преобразователь, питающий двигатель постоянного тока, обладал малой инерционностью, двусторонней проводимостью и малым внутренним сопротивлением. Этим требованиям в полной мере отвечают реверсивные транзисторные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, выполненные по мостовой схеме. Использование транзисторных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией позволяет значительно улучшить характеристики комплектных электроприводов постоянного тока с высокомоментными электродвигателями.

В качестве функциональной схемы преобразователя выбираем трехфазную мостовую схему преобразователя.

В мостовом выпрямителе от одной вторичной обмотки трансформатора питаются две трехфазные группы вентилей. Такой выпрямитель можно рассматривать как соединение двух трехфазных выпрямителей с нулевым выводом, один из которых анодного, а другой катодного типа; трансформаторы этих двух выпрямителей совмещены в один. [6, стр. 31]

Коммутации тока происходят между вентилями VI, V3, V5 выпрямителя катодного типа (катодная коммутирующая группа) и вентилями V4, V6, V2 выпрямителя анодного типа (анодная коммутирующая группа.) В катодной коммутирующей группе ток проводит тот вентиль, потенциал анода которого, определяемый ЭДС соответствующей фазы вторичной обмотки трансформатора, имеет наибольшее значение относительно нулевой точки трансформатора, а в анодной группе -- вентиль, потенциал катода которого имеет наименьшее значение. Ток каждой фазы вторичной обмотки трансформатора равен разности токов соответствующих вентилей анодной и катодной групп.

В отличие от трехфазного выпрямителя с нулевым выводом ток вторичной обмотки в мостовом выпрямителе не имеет постоянной составляющей, так как протекает по обмотке дважды за период, причем в противоположных направлениях. Ток первичной обмотки по форме является зеркальным отражением тока вторичной обмотки. Режимы работы мостового выпрямителя на активную и активно-индуктивную нагрузку отличаются незначительно, поэтому при анализе выпрямителя его ток полагают идеально сглаженным.

Коммутация тока с одного вентиля на следующий (очередной в данной группе) происходит в моменты пересечения синусоид фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора, т. е. прохождения через нуль синусоиды линейного напряжения. Каждый вентиль проводит ток в течение трети периода.

Выпрямленное напряжение трехфазного мостового выпрямителя равно сумме выпрямленных напряжений катодного и анодного трехфазных выпрямителей с нулевым выводом. Пульсации выпрямленного напряжения происходят с шестикратной частотой 300 Гц (такие преобразователи принято называть условно-шестифазными). Они имеют меньшую амплитуду по сравнению с пульсациями выпрямленного напряжения каждого из трехфазных выпрямителей с нулевым выводом и лучше поддаются фильтрации. Соответственно, в выпрямленном напряжении содержатся высшие гармоники с номерами, кратными шести - шестая, двенадцатая, восемнадцатая и т. д.

Трехфазная мостовая схема выпрямления широко используется во многих отраслях техники. Это объясняется ее хорошими технико-экономическими показателями: эффективным использованием трансформатора, малой величиной обратного напряжения на вентиле, сравнительно малым коэффициентом пульсаций, высоким КПД и др. Трехфазная мостовая схема выпрямления используется так же, как элемент более сложных комбинированных схем выпрямления.

На рисунке 1 изображен трехфазный мостовой выпрямитель, а также диаграммы, поясняющие его работу.

Рисунок 1 - Трехфазный мостовой выпрямитель и диаграммы, поясняющие его работу

В разрабатываемой системе ШИП построен по мостовой схеме на IGBT -транзисторах с несимметричным управлением. Питание привода осуществляется от выпрямителя на неуправляемых вентилях, фильтруется конденсатором и поступает на транзисторный преобразователь. [7, стр. 6]

Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения при импульсном регулировании напряжения представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема включения двигателя постоянного тока при импульсном регулировании напряжения

2. Принцип управления мостовыми широтно-импульсными преобразователями

Транзисторный мостовой (реверсивный) широтно-импульсный преобразователь (ШИП) состоит из прямого управляемого транзисторного моста и обратного неуправляемого диодного моста (рисунок 2). В одну из диагоналей моста включена нагрузка, а другая подключена к источнику питания. Две пары транзисторных ключей моста (на рисунке 1 VTI, VT4 и VT3, VT2) образуют две группы управляемых вентилей, каждая из которых обеспечивает своё направление тока от источника через нагрузку. Транзисторные ключи работают в режиме переключения.

Диоды образуют цепь протекания тока нагрузки в интервалах времени, когда такая цепь не создана транзисторными ключами. Прежде всего, диоды образуют цепь для замыкания тока, обусловленного ЭДС самоиндукции при активно-индуктивной нагрузке.

Преобразователь обеспечивает импульсную модуляцию напряжения, подводимого к двигателю. При этом амплитуда импульсов напряжения на двигателе постоянная и равна напряжению источника , а ширина импульсов регулируется плавно в широких пределах. В зависимости от управления транзисторными ключами преобразователь может обеспечивать однополярные или разнополярные импульсы напряжения на двигателе. В результате среднее значение напряжения на двигателе изменяется соответственно от 0 до + или от + до .

Управление транзисторными ключами групп вентилей моста выбрано совместное. При совместном управлении одновременно осуществляется управление ключами обеих групп вентилей.

Последовательность включения и выключения транзисторных ключей определяется законом коммутации вентилей.

Симметричный закон коммутации транзисторных ключей обеспечивает неизменность конфигурации силовой цепи относительно нагрузки, поэтому сопротивление силовой цепи на интервалах управления ключами остаётся неизменным.

Несимметричный закон коммутации транзисторными ключами изменяет конфигурацию силовой цепи, что приводит к изменению сопротивления нагрузки на разных интервалах управления ключами.

В курсовом проекте нам задан Несимметричный закон коммутации.

Поясним работу мостового ШИП при несимметричном законе коммутации.

Приняты следующие допущения:

· вентили идеальные;

· источник обладает двухсторонней проводимостью, внутреннее сопротивление источника равно нулю;

· ЭДС двигателя на интервале управления в квазиустановившемся режиме постоянная (Едв= const).

Мостовой ШИП с несимметричным законом управления

Схема преобразователя, диаграммы напряжения управления, напряжения преобразователя и тока двигателя приведены на рисунке 3. На интервале времени t1 двигатель подключен к источнику питания, а на интервале t2 - закорочен накоротко. Дифференциальные уравнения напряжений, соответствующие этим интервалам, имеют вид

для интервала времени t1 и

для интервала времени t2.

Напряжение на двигателе импульсное однополярное, амплитуда пульсаций напряжения ?Uпр= Uп.

Ток в цепи нагрузки имеет непрерывный характер, амплитуда пульсаций тока

,

где .

Пульсации тока максимальны при :

Среднее значение напряжения на нагрузке

.

Среднее значение тока двигателя

.

Электромеханические характеристики электропривода приведены на рисунке 5. Характеристики линейные, расположены в 2-х квадрантах (в 1 и 2). Для реверсирования двигателя необходимо поменять управление транзисторными ключами VT1 и VT2 (рисунок 4). Теперь характеристики электропривода расположатся в четырёх квадрантах. На рисунке 5 приняты следующие обозначения:

и ,

где t- и t+ - соответственно длительности положительного и отрицательного импульсов напряжения на нагрузке.

Области А и В соответствуют знакопостоянному току, а области С - переменному току. Максимальное значение граничный ток имеет при

.

3. Расчет параметров элементов и характеристик силовой цепи

Параметры электродвигателя

1. Определяем номинальный ток двигателя

2. Определяем номинальную угловую скорость двигателя

3. Определяем максимальную угловую скорость двигателя

5. Рассчитываем сопротивление двигателя с учетом нагрева при температуре : (суммарное сопротивление двигателя состоит из суммы сопротивлений:

,

где - сопротивление якорной обмотки,

- сопротивление дополнительных полюсов)

5. Определяем коэффициент ЭДС и электромагнитного момента при номинальном потоке возбуждения:

6. Рассчитываем номинальный момент двигателя

7. Определяю электромагнитный момент, соответствующий номинальному току

8. Находим момент трения на валу двигателя

9. Определяем максимально допустимый ток двигателя

Выбор трансформатора.

Выбор согласующего трансформатора для питания вентильного преобразователя производится по расчетным значениям фазного тока и напряжения вторичной обмотки и типовой мощности трансформатора . Схема соединения Y/Y.

1. Находим выражение для напряжения вторичной обмотки трансформатора:

Где - расчетный коэффициент, характеризующий соотношение в идеальном выпрямителе;

- коэффициент, учитывающий заданное снижение напряжения сети;

- коэффициент, учитывающий падение напряжения в преобразователе;

- максимальное напряжение на двигателе;

Определяем значение максимального напряжения на двигателе.

Из теории электропривода известно, что максимальное значение напряжения на двигателе получается при максимальных значениях скорости и тока электропривода.

Исходя из начальных условий и , количественно определяем максимальное напряжение на двигателе:

.

3. Определяем напряжение вторичной обмотки трансформатора:

.

4. Определяем действующее значение фазового тока вторичной обмотки

,

где - коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной формы;

- коэффициент схемы выпрямления по току вторичной обмотки (табл. 1.1, [1, стр. 9]).

5. Находим расчетную типовую мощность трансформатора [1, стр. 8]:

где - коэффициент схемы выпрямления по мощности (табл. 1.1, [1, стр. 9]).

7. Определяем максимальную мощность, отдаваемую трансформатором в режиме рабочей перегрузки двигателя [1, стр.107]:

Вт,

где Вт.

8. На основании расчетных данных выбираю силовой трансформатор

[1, таблица 1.2] с параметрами удовлетворяющими следующим условиям:

1. ; 2.; 3. ;

4.; 5.,

где тр =2,5 - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора,

Параметры выбранного трансформатора приведены в таблице 1.

Таблица 1 -Параметры силового трансформатора

Схема соединения

Тип

, В

, кВА

Р2ном, кВт

Ркз, Вт

, %

Y/ Y

ТТ-6

380

6

5,4

160

8

Значение линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора

В.

Принимаем линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора из стандартного ряда наиболее близкое к расчетному: В [8].

Номинальное значение фазного напряжения трансформатора

В.

Номинальное значение фазного тока трансформатора

А; ВА.

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет всем условиям:

1. , 6000 ВА 2316,7 ВА;

2., 380 В = 380 В; 3. , 151,7 В 150В;

4., 12 А 5,65 А; 5. , 6000 ВА 1252 ВА.

Активное сопротивление одной фазы вторичной обмотки трансформатора (m2 =3 - число фаз вторичной обмотки):

Ом.

Полное сопротивление одной фазы вторичной обмотки трансформатора:

Ом.

Индуктивное сопротивление одной фазы вторичной обмотки трансформатора:

Ом.

Индуктивность одной фазы вторичной обмотки трансформатора:

Гн,

где с= 2fс = 23,1450 = 314 рад/с - угловая частота питающей сети.

Выбор емкости фильтра.

При переключении транзисторов выходного каскада импульсного усилителя разрывается цепь источника питания, обладающая некоторой индуктивностью. Это вызывает кратковременные перенапряжения на коллекторе запирающего транзистора. Для нейтрализации индуктивности источника питания последний должен шунтироваться конденсатором, емкость которого достаточна для снятия этих перенапряжений. В системах “преобразователь-двигатель” замыкание тока якоря в направлении, обратном напряжению питания, возможно только через конденсатор фильтра. Следовательно, в симметричных реверсивных системах конденсатор является активным элементом схемы, как в генераторном, так и в двигательном режиме работы привода. Условия работы фильтра в этом случае более тяжелые, чем в системах с несимметричной коммутацией.

Емкость конденсатора фильтра должна быть выбрана такой, чтобы обеспечить нормальную работу мостовой схемы при всех режимах работы электрической машины в приводе.

а)

б)

Рисунок 6 - Токи и напряжения в мостовой схеме с симметричным переключением транзисторов: а - кривые напряжений и токов; б - контуры замыкания токов в мостовой схеме

Предположим, что электрическая машина работает в установившемся двигательном режиме и в течение периода существует интервал времени, когда вентили выпрямителя открыты и напряжение на входе мостовой схемы равно напряжению питания. Кривые напряжения и тока в выходной цепи усилителя для этого случая приведены на рисунке 6. Здесь же изображены контуры тока якоря в различные интервалы периода. В более общем случае, когда ток в приемнике знакопеременен, весь период Т может быть разделен на пять участков 1-5 (рисунок 6), каждому из которых соответствует определенный контур замыкания тока.

В начале интервала Т (участки 1, 2), когда открыты транзисторы Т1 , Т3, ток якоря замыкается через конденсатор фильтра, вызывая изменение напряжения на нем. В конце участка 2 конденсатор разряжается и ис=U. В этот момент открываются вентили выпрямительного устройства, и ток iЯ на протяжении участка 3 течет через источник питания. При переключении триодов моста ток якоря вновь начинает замыкаться через конденсатор фильтра, заряжая его (участок 4), При изменении знака тока последний протекает через открытые транзисторы Т2, Т4 (участок 5). Таким образом, вентили в цепи питания оказываются запертыми на протяжении 1,2,4 и 5-го участков периода, при этом происходит обмен энергией между электромагнитными полями конденсатора фильтра и обмотки якоря машины.

Допустим, что ток в конденсаторе не оказывает существенного влияния на величину и форму тока в якоре и колебания напряжения на входе мостовой схемы достаточно малы. Тогда, задаваясь допустимым увеличением напряжения на входе моста , емкость конденсатора в симметричной реверсивной системе может быть определена из выражения

где ток нагрузки;

допустимое изменение напряжения на конденсаторе;

скважность импульсов;

период коммутации, [1, стр. 154].

Период коммутации выбирается из условия [1, стр. 154]:

с;

принимаем значение - с;

с - электромагнитная постоянная времени двигателя;

- рекомендуемое соотношение постоянной времени якорной цепи и периода коммутации;

Величина емкости

мкФ.

Выбираем конденсатор типа: PEH 200UH4100M

- номинальное напряжение Uн =450В

- емкость конденсатора - 220 мкФ.

4. Выбор транзисторов и диодов силовой цепи

Выбор вентиля осуществляется по току и напряжению. Нагрузочная способность вентилей определяется максимально допустимой температурой полупроводниковой структуры, которая не должна быть превышена в любых режимах работы: длительная работа с номинальным током двигателя; рабочая перегрузка двигателя в течение заданного времени; аварийные режимы в течение времени срабатывания защиты. Нагрев вентиля зависит от величины и формы тока, а так же от условий охлаждения. Все это должно быть учтено при правильном выборе вентиля. Для повышения надежности работы преобразователя рекомендуется устанавливать вентили на типовых охладителях и применять естественное воздушное охлаждение.

Силовая цепь преобразователя выполнена с использованием гибридных модулей, состоящих из ключей IGBT и обратных диодов FWD, смонтированных в одном корпусе на общей токопроводящей пластине.

Осуществляю выбор основных силовых элементов схемы импульсного преобразователя, представленного на рисунке 2. Выбор производим по току и напряжению. Определяем максимальную величину прямого, т.е. питающего напряжения, прикладываемого к вентилю:

Питающим напряжением инвертора служит максимальное значение прямого напряжения, определяемое по формуле

В,

где - коэффициент пульсаций при допустимом изменение напряжения на конденсаторе;

- коэффициент схемы выпрямления;

- фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Номинальный ток коллектора выбираем из условия выдерживания пускового тока

.

По найденным значениям тока и напряжения выбираю модуль типа:

IGBT транзистор и диод со сверхмалым временем восстановления: IRG4PSH71KD

- номинальное напряжение;В;

- номинальный ток коллектора А.

Среднее значение тока через диод при номинальном токе двигателя

А,

где m2 =3 - число фаз вторичной обмотки трансформатора.

Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю

, В

где Кзн - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети и всевозможные импульсные напряжения, вызванные коммутацией [1]. Принимаем Кзн = 1,8.

КUобр - коэффициент схемы по обратному напряжению [1]. КUобр = 1,045, тогда

В.

Выбираем неуправляемый выпрямитель для трехфазного мостового выпрямителя. Прямой ток должен выдерживать 4-х кратную перегрузку, а обратное напряжение необходимо принять 1000 В. Для обеспечения заданного режима работы и необходимой защиты выберем диод марки КД210Г [2, стр.109].

Паспортные данные:

- Обратное напряжение В;

- Импульсное напряжение В;

- прямой ток А;

- ток импульсный А;

- максимальная частота .

Система защиты RC цепочка шунтирования диода в связи с приведенными паспортными данными диода: емкость-

резистор - МЛТ - 0,3 - 5 МOм.

По найденным значениям тока и напряжения выбираем [3, стр.12] модуль типа IGBT транзистор и диод со сверхмалым временем восстановления МДТКИ 50 - 12. Паспортные данные:

- номинальное напряжение В берется с запасом для уменьшения времени рассасывания накопленного заряда и спадания тока при выключении IGBT;

- номинальный ток коллектора А.

- климатическое исполнение ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543.1-89, УХЛ,Т категория 2,3.

Основные свойства:

- стандартный промышленный корпус.

- чипы IGBT гомогенной SPT- структуры с буфером меньшими статическими потерями, повышенной стойкостью и «мягкой» коммутацией;

- обратные быстровосстанавливающиеся MPS-диоды с положительным тепловым коэффициентом оптимизированы для применения с SPT IGBT. Принципиальная электрическая схема изображена на рисунке 7.

Рисунок 7

Габаритно присоединительный чертеж IGBT транзистора МДТКИ 50-12 изображен на рисунке 8

Рисунок 8

5. Разработка схемы управления транзисторами

Функциональная схема системы регулируемого электропривода представлена на рисунке 9. Управление и максимальная токовая защита силовых IGBT-транзисторов осуществляется с помощью драйверов (на рисунке 12 обозначены 1-4), которые формируют сигнал аварии при напряжении на транзисторах более 8В в течение более двух микросекунд с момента подачи на транзистор управляющих импульсов.

Для управления IGBT-транзисторами выбираем драйвер МД215. Модуль драйвера МД215 - гибридная интегральная схема для управления IGBT по двум каналам, как независимо, так и в полумостовом включении, в том числе при параллельном включении транзисторов.

Драйвер обеспечивает согласование по уровням токов и напряжений с большинством IGBT с предельно допустимыми напряжениями до 100В, защиту от перегрузок и коротких замыканий, недостаточного уровня напряжения на затворе транзистора. Входы драйвера имеют гальваническую развязку от силовой части с напряжением изоляции 4 кВ.

Рисунок 9 - Функциональная схема системы регулируемого электропривода

Драйвер содержит внутренние DC-DC, формирующие необходимые уровни для управления затворами транзисторов. Прибор формирует необходимые статусные сигналы, характеризующие режим работы транзисторов, а также наличие питания. В случае возникновения перегрузки или пониженного напряжения питания происходит плавное выключение управляемого модуля. С помощью внешних элементов режим работы драйвера настраивается для оптимального управления разными типами транзисторов. Приборы с индексом “П” имеют встроенный DC-DC преобразователь, приборы без индекса питаются от изолированного, дополнительного внешнего источника.

Типовая схема включения драйвера представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Типовая схема включения драйвера

Принятый драйвер обеспечивает управление транзисторов, которое включает в себя коммутацию транзисторов и обеспечение необходимой выдержки времени для восстановления проводящих свойств p-n переходов транзисторов. Кроме того, МД215 обеспечивает защиту транзисторов от перегрузок и коротких замыканий.

6. Электромеханические характеристики в режиме непрерывного тока системы ШИП - ДПТ

Электромеханические характеристики системы ШИП - ДПТ в зоне непрерывного тока описываются выражением

из которого видно, что ШИП практически не искажает естественных электромеханических характеристик двигателя.

Угловая скорость холостого хода

с-1.

Ток короткого замыкания

А.

Частота коммутации

Определяем граничащие токи Iгр для = 0,75 в двигательном и = -0,75 рекуперативном режимах

А ;

А .

Определяем граничащие скорости для = 0,75 в двигательном и в рекуперативном режимах

с-1;

с-1.

Расчет граничащих токов и скоростей в двигательном и рекуперативном режимах при других г заносим в таблицу 2 и 3.

Таблица 2 - Расчет граничащих токов и скоростей в двигательном режиме

1

0,9

0,75

0,5

0,2

0

0

0,288

0,6

0,8

0,51

0

644,8

577,8

478,4

315,4

124,5

0

Таблица 3 - Расчет граничащих токов и скоростей в режиме рекуперации

-1

-0,9

-0,75

-0,5

-0,2

0

0

-0,288

-0,6

-0,8

-0,51

0

-644,8

-582,8

-488,8

-329,4

-133,4

0

Определяем скорость вращения в двигательном режиме для

= 0,75 при токе I н =6,3А в режиме непрерывных токов:

с-1 ;

Значения скоростей вращения для других заносим в таблицу 4

Таблица 4- Значения скоростей в двигательном режиме при I н =6,3А

1

0,75

0,5

0,2

0

587,6

428,6

278,4

74

-55

7. Электромеханические характеристики в режиме прерывистых токов системы ШИП - ДПТ

Определим скорость вращения в режиме прерывистых токов для одной точки при = 0,75 и 0 < (Iя =0,3А)< (Iгр =0,6А)

с-1.

Дальнейшие расчеты и построение электромеханических характеристик в режимах прерывистого и непрерывного токов проведем с помощью программы МАТCAD. Характеристики приведены на рисунках 11 - 13.

Рисунок 11 - Электромеханические характеристики системы ШИП-ДПТ в режиме прерывистых токов

Рисунок 12 - Электромеханические характеристики системы ШИП-ДПТ в режиме непрерывного тока

Рисунок 13- Электромеханические характеристики реверсивного ШИП

8. Регулировочная характеристика реверсивного ШИП

Внутренняя координата г делит ШИП на две части [7]: «ШИМ» - широтно-импульсный модулятор и «К» - усилитель с коэффициентом усиления К, управляющие свойства которых определяются характеристиками управления и для транзисторного коммутатора.

Результирующая характеристика управления ШИП находится как функция Опорное напряжение носит пилообразную форму:

где tв - продолжительность напряжения прикладываемого к нагрузке;

Uп.макс - амплитуда пилообразного опорного напряжения.

Так как начало положительного импульса соответствует условию , то характеристика управления ШИМ определится как обратная (11):

. Результирующая характеристика управления ШИП получит вид

где - напряжение на выходе ШИП;

- коэффициент усиления ШИП;

- напряжение управления на входе ШИП.

Величина находится следующим образом

где = 384,3 В - максимальное напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя;

= 10 В - максимальное напряжение управления на входе ШИП.

По выражению (12), задаваясь значениями , строим регулировочную характеристику на рисунке 14

Рисунок 14 - Регулировочная характеристика реверсивного ШИП

9. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КАК ЭЛЕМЕНТ САУ

Динамические свойства ШИП следует рассматривать совместно с цепью нагрузки, на которую он работает. Если постоянные времени силовой цепи нагрузки существенно выше периода коммутации и постоянная времени фильтров, включаемых с целью защиты от помех , что обычно выполняется для реальных систем ШИП-ДПТ, то с достаточной для практики точности ШИП можно представить как безынерционный элемент САУ.

При исследовании переходных процессов в электроприводах с ШИП

[3] обычно ограничиваются расчетом средних за период скоростей вращения. В области малых входных сигналов ШИП можно рассматривать как пропорциональное звено с временной задержкой tм , вносимой модулятором и усилителем:

где Ku = 38,43 коэффициент усиления ШИП.

При больших входных сигналах процессы в электроприводах с ШИП аналогичны процессам в релейных системах и

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте была рассмотрена и спроектирована система ШИП-ДПТ, в которую входит 3-х фазный мостовой выпрямитель на неуправляемых выпрямителях, рассчитан трансформатор, необходимый для согласования напряжения питающей сети и напряжения двигателя постоянного тока. Рассмотрены и проанализированы различные способы управления ШИП. Выбран поочередный способ управления ШИП. В качестве силового выбран модуль на IGBT транзисторах с драйверами МД215. Рассчитаны и построены электромеханические характеристики системы ШИП - ДПТ в области непрерывных и прерывистых токов. Данный электропривод обеспечивает работу на заданных скоростях при определенном моменте статической нагрузки. Составлена схема управления транзисторными ключами, разработана функциональная схема системы регулируемого электропривода.

ЛИТЕРАТУРА

1 Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование автоматизированных тиристорных электроприводов постоянного тока. Учебное пособие по курсовому проектированию. Томск, изд. ТПИ им. С.М. Кирова, 2003.- 152 с.

2 Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник А. В. Баюков, А. Б. Гицевич, А. А. Зайцев и др.; Под общ. Ред. Н. Н. Горюнова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 744 с., ил.

3 Глазенко Т. А. Импульсные полупроводниковые усилители в электроприводах М. - Л., издательство «Энергия», 1965 г., 188 стр.

4 Чебовский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник.2-е издание.-М.Энергоатомиздат,1985.- 400 с.

5 Петрович В. П., Н. А. Воронина «Силовые преобразователи электрической энергии»: Учебное пособие Томск: Изд-во ТПУ, 2004 -255 с.

6 Чиженко И. М. Справочник по преобразовательной технике. - Киев: "Технiка", 1978 - 448 с.

7 ТереховВ.М. Элементы автоматизированного электропривода . - М.:Энергоатомиздат, 1987.224с.

8 Л.С. Удут, О.П. Мальцева, Н.В. Кояин Проектирование автоматизированных тиристорных электроприводов постоянного тока. Учебное пособие по курсовому проектированию. Томск, изд. ТПИ им. С.М. Кирова, 1991.-104с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Выбор силовой схемы преобразователя. Структура и основные узлы системы управления тиристорным преобразователем. Расчет и выбор элементов системы импульсно-фазового управления. Расчет энергетических показателей и построение графиков выходного напряжения.

    курсовая работа [908,8 K], добавлен 10.08.2012

  • Разработка силовой схемы преобразователя. Расчет параметров и выбор силового трансформатора, тиристоров, сглаживающего дросселя. Проектирование функциональной схемы АЭП и электрической схемы блока системы импульсно-фазного управления электропривода.

    курсовая работа [575,2 K], добавлен 17.05.2014

  • Выбор силовой схемы тиристорного преобразователя и оценка его элементов. Определение основных параметров силового трансформатора. Расчет и выбор элементов защиты тиристоров. Статические и энергетические характеристики преобразователей этого типа.

    курсовая работа [333,1 K], добавлен 14.03.2014

  • Проектирование силовой схемы тиристорного преобразователя. Расчет индуктивности и выбор токоограничивающего, уравнительного и сглаживающего реактора. Построение характеристик устройства и системы преобразователь-двигатель, энергетические характеристики.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.04.2015

  • Изучение сущности широтно-импульсной модуляции - изменения ширины (длительности) импульсов, следующих друг за другом с постоянной частотой. Разработка широтно-импульсного модулятора. Расчет генератора линейно изменяющегося напряжения. Выбор компаратора.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.12.2010

  • Выбор комплектного реверсивного преобразователя типа БТУ3601 по техническим данным двигателя постоянного тока независимого возбуждения 2ПФ-200МУ4. Силовая схема и схема замещения силовой части электропривода. Передаточная функция объекта регулирования.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 25.12.2014

  • Структурная схема преобразователя, расчет и выбор элементов силовой части схемы. Выбор и описание системы управления частотным преобразователем. Синтез и описание функциональной схемы работы системы управления. Особенности моделирования силовой части.

    курсовая работа [6,2 M], добавлен 28.01.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.