курсовой по наладке. Рома курсовой3. Проектирование и расчет управляемого преобразователя автоматизированного электропривода пояснительная записка
![]()
|
![]() УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» Специальность: 2-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» Специализация: 2-53 01 05.01«Автоматизированные электроприводы промышленных и транспортных установок» Группа: АЭП - 30 КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине: «Силовая преобразовательная техника» на тему: «Проектирование и расчет управляемого преобразователя автоматизированного электропривода» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Разработал Зайковский Р.А. Руководитель проекта Сурба Н. В. 2020 ![]() Введение………………………………………………………………………….....3 Литературный обзор системы управления СПП……..………………………5 Проектирование силовой схемы преобразователя…………………..............7 Расчет параметров и выбор СПП...……………………………………………8 Выбор силовых тиристоров…………………………………………………..8 Выбор анодного реактора……………………………………...………….....10 Выбор сглаживающего дроселя..………………………………………….....11 Расчет и выбор элементов защиты СПП.………………………..…..............14 Проектирование структурной схемы СИФУ………………………………....15 Выбор функциональной схемы электропривода……………………….........18 Проектирование электрической принципиальной схемы блока электро-привода…………………………………………………………………..…………20 Заключение………………………………………………………….………...........21 Литература………………………………………………………………................22 Введение ![]() Широкое развитие силовых электрических преобразователей в последние десятилетия привело к увеличению количества исследований в области модуляции. Метод модуляции непосредственно влияет на эффективность всей энергосистемы (силовой части, системы управления), определяя экономическую выгоду и производительность конечного продукта. Силовой преобразователь - элемент, при помощи которого оказывается регулирующее воздействие на электропривод. Сегодня силовая электроника строится на металл-оксид-полупроводниковых полевых транзисторах (MOSFET - metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) и биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT - Insulated-gate bipolar transistors), а для диапазона очень высоких мощностей - на тиристорах с интегрированным управлением (IGCT – Integrated gate-commutated thyristor). В последние годы в связи со значительным прогрессом в создании быстродействующих силовых приборов наметилась тенденция к созданию более совершенных топологий преобразователей тока. К таким топологиям, в первую очередь, относятся матричные и гибридные структуры. Также сейчас доступны интегрированные силовые модули. Новая эра высоковольтных, высокочастотных и высокотемпературных технологий открывается многообещающими полупроводниковыми устройствами, основанными на широкой запрещенной зоне карбида кремния (SiC). 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ![]() Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для управления силовыми тиристорами и выполняет следующие функции: 1) Определение момента времени, в которые должны открываться те или иные конкретные тиристоры. Эти моменты времени задаются сигналом управления, который поступает с выхода системы автоматического управления на вход СИФУ. 2) Формирование открывающих импульсов, которые передаются в нужные моменты времени на управляющие электроды тиристоров и имеющих требуемые амплитуды, мощность и длительность. По способу получения сдвига относительно точки естественного открывания различают горизонтальный, вертикальный и интегрирующий принцип управления. В одноканальных многофазных СИФУ генератор переменого напряжения работает с частотой в m раз больше частоты питающей сети, что требует в дальнейшем распределения управляющих импульсов по m каналам. Одноканальная СИФУ для трехфазного нулевого или полууправляемого мостового выпрямителя работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения ГПН запускается в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точках естественного отпирания. Запуск ГПН обеспечивается синхронизатором С. С выхода ГПН пилообразное напряжение подается на пороговое устройство (ПУ), которое срабатывает при достижении пилообразным напряжением порогового значения. Напряжение с выхода ПУ через дифференцирующую цепь (ДЦ) поступает на схемы совпадения (СС), куда подается соответствующий импульс с синхронизатора. При совпадении импульсов с выхода синхронизатора и дифференцирующей цепи один из выходных каскадов (ВК) вырабатывает управляющий импульс на отпирание тиристора соответствующей фазы. Кроме того, одноканальная система проста в настройке, поскольку не требуется создание нескольких идентичных каналов. К недостаткам одноканальных синхронных систем управления следует отнести сложность синхронизации с сетью, так как необходимо формировать одноканальную последовательность кратной частоты.Вертикальный метод управляения: ![]() Рисунок 1 – функциональная схема СИФУ ![]() ![]() Рисунок 2 – диаграмма работы СИФУ ![]() 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Для определения вида силовой схемы преобразователя проанализируем данные к курсовой работе. Привод осуществляется двигателем постоянного тока с номинальным напряжением 440 В. Мощность двигателя 18.5 кВт и поэтому оправдано применение трёхфазной мостовой схемы выпрямления . Таблица 1 – Технические данные двигателя марки 2ПФ225LУХЛ4
![]() Рисуно ![]() 3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 3.1Выбор силовых тиристоров В ![]() Выбор тиристоров осуществляется в следующей последовательности: Определим класс вентиля по напряжению: ![]() где Кзи – коэффициент запаса по рабочему напряжению; Кзи=1,7; Uм – максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю. Максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю определяется: ![]() где Uмн – Номинальное значение Uм; Kc – коэффициент учитывающий возможное повышение напряжения в сети; Kc=1,1. ![]() По формуле (11) определим максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю: ![]() Таким образом ![]() Определим средний расчётный ток вентиля: ![]() Найдём действующее значение тока: ![]() Коэффициент формы тока будет равен: ![]() Далее выбираем тиристоры по условию: ![]() где Кзо – коэффициент запаса по охлаждению; Кзо = 1; Кзрi – коэффициент запаса по рабочему току; Кзрi = 1,55. ![]() По каталогу выбираем вентиль Т142-80 и охладитель О241-80, выбираем данные для вентиля. Таблица 2 – Параметры тиристора Т142-80 с охладителем О241-80
![]() где rt – порогово ![]() Uт(то) – пороговое напряжение прямой ветви прибора; Tjm – предельно допустимая температура структуры; Ta – температура окружающей среды; Rthja – тепловое сопротивление переход – среда; Rthja = Rthjc + Rthch + Rthha, (11) где Rthjc – тепловое сопротивление корпус; ![]() Rthha – тепловое сопротивление тепловой охладитель – окружающая среда. По формуле (17) найдем тепловое сопротивление переход – среда: Rthja = 0,30 + 2,1 + 0,15 = 2,55 C/Вт. По формуле (14) находим максимальный допустимый ток в открытом состоянии: ![]() Так как выполняется неравенство I*TAVm ≥ ITAVm, (27,696 ![]() 3.2 Выбор анодного реактора LAP ![]() ![]() Iуд – ударный ток, который может протекать по прибору в течении 10мс; Где Кп – коэффициент, учитывающий наличие свободной составляющей в токе короткого замыкания; Кп = 2 n – количество реакторов, ограничивающих ток короткого замыкания. Анодный реактор выбирается из каталога. Выбираем реактор ДФ-7 Таблица 3-Технические данные реакторов ДФ
Рассчитываем сопротивление анодного реактора: RAP ![]() RAP = ![]() ![]() Для уменьшения пульсаций тока и ограничения зоны прерывистых токов в главной цепи двигателя применяют дополнительный сглаживающий дроссель . Однако,с целью экономии,стремятся обойтись без сглаживающего дросселя применяя многофункциональные схемы выпрямления и двигатели, предназначенные для работы от вентильных преобразователей. При этом двигатели должны иметь достаточно большую индуктивность якоря (избегают применения компенсационных обмоток), для чего полюсы и статор в целом выполняются шехтованными. Определим требуемую постоянную времени электрической цепи, исходя из условий ограничения зоны прерывистого тока. ![]() где Кгр – постоянный коэффициент схемы выпрямления. Для трехфазной мосто- вой схемы Кгр = 2,9 ![]() iгр.мах – максимальное значение относительного граничного тока зоны прерывистого тока: ![]() где Iгр.мах – абсолютное наибольшее значение граничного тока, которое должнобыть меньше тока холостого хода. ![]() IБ – базовое значение тока: ![]() где Rп – активное сопротивление якорной цепи в граничном режиме (в режиме прерывистого тока): Rп = Rя + 2 ![]() где Rя – сопротивление якоря двигателя; Rтр – активное сопротивление фазы трансформатора; Rсп – активное сопротивление силового преобразователя, учитывающее падение напряжения на вентилях и проводах. ![]() где ∆Uв – прямое падение напряжения на вентилях; ∆Uв=2; n – число последовательно включённых вентилей проводящих ток в один и тот-же момент времени; n=2. ITAV=Iвср. По формуле (23) определим активное сопротивление силового преобразователя: ![]() По ![]() ![]() Определив активное сопротивление якорной цепи в граничном режиме, по формуле (22) определяем базовое значение тока: ![]() Определяем максимальное значение относительного граничного тока зоны прерывистого тока: ![]() Исходя из данных условий, и найденных значений, находим требуемое постоянное времени электрической цепи: ![]() Далее определяется требуемая индуктивность якорной цепи и требуемая индуктивность сглаживающего дросселя: ![]() ![]() ![]() где Lя – индуктивность якоря двигателя. ![]() ![]() Т.к индуктивность дросселя отрицательная, следовательно, в схеме он не нужен. 4. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ СПП 4.1 Расчёт и выбор защитных RC-цепочек Защитные RC цепочки предназначенные для ограничения скорости нарастания напряжения и снижения перенапряжения на вентилях схемы. Точный расчет RC цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов и применение вычислительной техники. Определим значения сопротивления и ёмкости для RC цепочек: Расчет ёмкости конденсатора производиться в следующей последовательности: ![]() ![]() Далее определяем сопротивление резистора: ![]() Исходя из полученных значений выбираем конденсатор по ёмкости и резистор по сопротивлению и получаем конденсатор марки КС73-17, ёмкостью 1100 мкФ ![]() 5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИФУ На ![]() ![]() Рисунок 4 – Структурная схема СИФУ Система импульсно-фазового управления – формирует для управления тиристорами сдвоенные прямоугольные импульсы, которых относительно силового напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжению, поступающему на управляющий орган СИФУ. Схема включает в себя следующие узлы: - Источник синхронизующего напряжения (ИСН) - Три идентичных формирователя импульсов (ФИ) - Шесть усилительных импульсов (УИ) - Двенадцать импульсных трансформаторов (ИТ) В качестве ИСН используется вторичная обмотка трансформатора TV1 питания в синхронизации преобразователя. При соединении силового трансформатора по схеме Y/Y напряжение синхронизации совпадают по фазе с силовым напряжениями одновременных фаз на тиристорах. Каждый ФИ синхронизован со своей фазой и формирует ![]() На усилителях импульсов, кроме усиления по мощности, осуществляется сдваивание импульсов для управления тиристорами. Для этого на второй вход УИ заводятся импульсы с того канала формирователей импульсов, где имеется отставание их на60 эл.градусов от импульсов на первом входе УИ .Сдвоенные импульсы с выхода каждого УИ поступают одновременно на два ИТ , принадлежащих разным комплектам тиристоров. Фильтр осуществляет сдвиг синхронизующего напряжения на угол 30 эл.- градусов, совмещая тем самым начало зоны разрешения выдачи импульса на ти- ристор с точкой естественной коммутации силового напряжения на тиристорах . Выходное напряжение фильтра с помощью пороговых элементов преобразуется в две противофазные последовательности прямоугольных импульсов. Величина порога (зоны нечувствительности) определяется падением напряжения на переходах база — эмиттер транзисров . Длительность импульса единичного уровня (около 176 эл. град) определяет зону разрешения выдачи управляющих импульсов на соответствующий тиристор.В промежуток времени перекрытия импульсов нулевого уровня на входах и на выходе формируется синхроимпульс единичного уровня длительностью около 8 эл.град.Этот импульс открывает транзистор , осуществляющий разряд интегрирующей емкости до нулевого напряжения. ![]() Р ![]() ![]() На основании выбранного ЭД с проектированной системой управления выбран электропривод типа “БТУ3601”. Электропривод предназначен для регулирования скорости вращения как обычных двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, так и высокомоментных электродвигателей. Электрическая функциональная схема электропривода представлена в графической части листа 1. Силовая часть преобразователя состоит из двух трехфазных. мостовых комплектов тиристоров, работающих по принципу раздельного управления. Подключение преобразователя к силовой сети производится через анодные реакторы. Управление скоростью вращения осуществляется двухконтурной системой автоматического регулированиях ПИ-регуляторами тока и скорости. Для линеаризации регулировочной характеристики преобразователя в зонах прерывистого и непрерывного токов используется нелинейное звено с сигналом положительной обратной связи по ЭДС двигателя. Для повышения термостабильности и увеличения'диапазона регулирования электропривода применяется предварительный усилитель регулятора скорости, выполненный по схеме модулятор — усилитель — демодулятор. Предусмотрены защитные RC-цепочки от коммутационных перенапряжений. Встроенный электромагнитный тормоз предназначен только для работы в аварийных ситуациях. Регулятор скорости предназначен для измерения скорости вращения вала двигателя в соответствии с требованием технологического процесса. Регулятор скорости выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора и реализован на операционном усилителе. Регулятор тока формирует напряжение, пропорциональное разности сигналов задания на ток и отрицательной обратной связи по току. Нелинейное звено суммирует выходное напряжение регулятора тока. пропорциональное току двигателя, и напряжение Uе обратной связи по ЭДС с разными коэффициентами передачи. Система импульсно-фазового управления предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры. Управляющий орган СИФУ обеспечивает ограничение минимального и максимального углов регулирования, установку начального угла регулирования. Логическое устройство раздельного управления служит для формирования сигналов кл. В и кл. Н, управляющих ключами В и Н в датчике тока, переключателе характеристик и цепи импульсных трансформаторов Предусмотрена защита от перегрузок по току, защита от длительных перегрузок, защита от превышения максимальной частоты вращения, защита от неправильного подключения. ![]() ![]() Регулятор скорости предназначен для измерения скорости вращения вала двигателя в соответствии с требованием технологического процесса . Регулятор скорости представляет собой пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор и выполнен на операционном усилителе DA1. Блок регулятора скорости представлен в графической части листа 2. В зависимости от диапазона регулирования электропривода PC имеет различную схемную реализацию. Рассмотрим принципиальную схему PC для диапазона регулирования 1:10000. Характерной особенностью исполнения в этом случае является наличие предварительного усилителя PC , выполненного по схеме модулятор-усилитель -демодулятор.Элементами, определяющими ПИ-характеристику регулятора скорости, являются сопротивление R8 и конденсатор C.Резисторы R5, R13 , конденсатор C5 не устанавливаются . Между лепестками 2-3 ставится перемичка, включающая в обратную связь операционного усилителя DА1 конденсатор С4.Полученное интегрирующее звено используется в качестве фильтра выходного сигнала ПУРС. Масштаб скорости подбирается сменным резистором R4. Для плавной регулировки задания на ток якоря используется делитель на резисторах R14 , RP2 . В режиме токоограничения выходное напряжение усилителя DА1 достигает уровня насыщения . При напряжении питания ±15 В напряжение насыщения усилителя имеет величину около ±12,5 В . Изменяя RP2 , можно регулировать выходное напряжение PC в режиме насыщения от 0 до 10 вольт. В приводе предусмотрен режим внешнего уменьшения уставки ограничения тока путем параллельного подключения к резисторуRP2 дополнительного со-противления. При использовании в комплекте с преобразователем высокомоментных электродвигателей ограничение тока осуществляется УЗТ, подключенным параллельно резистору RP2. Заключение ![]() В ходе курсового проектирования был спроектирован силовой преобразователь автоматизированного электропривода “БТУ3601”. Так же был осуществлен литературный обзор систем управления силовыми полупроводниковыми приборами, рассчитаны параметры и выбраны силовые элементы преобразователя (силовой тиристор Т142-80 с охладителем О241-80, сглаживающий дроссель ДФ-7-60-80 ), аналогично были рассчитаны и выбраны элементы пассивной защиты силовых полупроводниковых приборов(резистор MF-25(C2-23) и конденсатор К73-17). Далее была спроектирована схема системы управления СПП электропривода, выбрана функциональная схема электропривода и спроектирована электрическая принципиальная схема блока регулятора электропривода. . Литература 1. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. 2. ГОСТ 2.702-11. Правила выполнения электрических схем. 3. Алиев, И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию / И.И. Алиев. М.: Высшая школа,2000. 4. Анхимюк В.Л. Теория автоматического управления / В.Л. Анхимюк : Дизайн ПРО, 2002. 5. Разанов Ю.Н. Силовая преобразовательная техника / Ю.Н. Разанов,1989. 6. Чебовский О.Г. Справочник Силовые полупроводниковые приборы / О.Г. Чебовский 1998 7. Фираго Б.И. Расчеты по электроприводу производственных машин и механизмов / Б.И. Фираго. Техноперспектива 2012. 8. http://estudiant.ru/technical 9. http://studbooks.net ![]() ![]() |