Розрахунок параметрів і вибір елементів тиристорних електроприводів постійного струму (151652)

Посмотреть архив целиком


Міністерство освіти і науки України

Державний вищий навчальний заклад

Донецький національний технічний університет

Кафедра "Електропривод та автоматизація промислових установок"







Курсовий проект

Тема: "Розрахунок параметрів і вибір елементів тиристорних електроприводів постійного струму"

Пояснювальна записка до курсового проекту

з дисципліни: "Елементи автоматизованого електроприводу"

КП 06.050702-09-235.04 ПЗ












Донецьк – 2009


Завдання


Початковими даними є номінальна потужність навантаження PН , номінальна швидкість обертання nН, напруга живильної мережі UН, тип силової схеми.


PН = 2,5 кВт ;

nН = 2120 об/хв ;

UН = 380 В ;


силова схема : нульова.



Реферат


Пояснювальна записка до курсового проекту містить:

сторінок 32, рисунків 7, таблиць 4, додатків 2, джерел 7.

Об’єктом дослідження та розрахунків даного курсового проекту є тиристорний перетворювач напруги для двигунів постійного струму.

Суть роботи полягає у розрахунку параметрів силового трансформатора, тиристорів, уставок захисної апаратури. В процесі застосовуються теоретичні знання з курсів "Електричні машини" та "Елементи автоматизованого електроприводу ".

Згідно початкових даних, а саме: номінальна потужність навантаження, потрібна швидкість обертання, напруга живильної мережі, тип силової схеми, була розрахована оптимальна схема тиристорного перетворювача для запропонованого типу двигунів, складена функціональна схема логічно-перемикаючого пристрою (ЛПП), розраховані зовнішня і регулювальна харатеристики тиристорного перетворювача.

Електропривод, тиристор, тиристорний перетворювач, силовий трансформатор, система керування, дросель, коефіцієнт потужності, апаратура захисту, регулювальна характеристика.

Перелік скорочень, прийнятих у даному проекті:

АЕП – автоматизований електропривод;

ВГ – вентильна група;

ДК - датчик керування;

ДНС датчик нульового струму;

КЗ – коротке замикання;

ККД – коефіцієнт корисної дії;

ЛПП – логічно-перемикаючий пристрій;

СІФК– система імпульсно-фазового керування;

ТП – тиристорні перетворювачі.


Зміст


Вступ

1. Вибір двигуна постійного струму

2. Вибір схеми тиристорного перетворювача

3. Розрахунок параметрів силового трансформатора

4. Розрахунок параметрів та вибір тиристорів

5. Складання функціональної схеми ЛПП і таблиці істинності

6. Розрахунок параметрів дроселя, що згладжує

7. Розрахунок і побудова регулювальної характеристики тиристорного перетворювача

8. Розрахунок коефіцієнта потужності тиристорного перетворювача

9. Розрахунок і побудова зовнішньої характеристики тиристорного перетворювача

10. Розрахунок уставок захисної апаратури та її вибір

Висновки

Перелік використаної літератури



Вступ


У даний час вентильні перетворювачі напруги знаходять дуже широке застосування в системах автоматизованого електроприводу (АЕП) постійного струму. Широке використання вентильних перетворювачів обумовлено успішним розвитком напівпровідникової техніки, а саме освоєння промисловістю надійних малогабаритних керованих силових вентилів – тиристорів і транзисторів. У більшості сучасних перетворювачів для привода як силові вентилі використовуються тиристори. На їхній основі для електропривода постійного струму побудовані два типи перетворювачів: тиристорні перетворювачі (ТП) напруги перемінного струму в постійний (керовані випрямлячі) і широтно-імпульсні перетворювачі незмінної напруги постійного струму в регульовану напругу постійного струму.

Тиристорні перетворювачі мають деякі недоліки:

1) низький коефіцієнт потужності при глибокому регулюванні напруги;

2) перекручування живильної напруги, внесене роботою тиристорного перетворювача;

3) підвищений рівень випромінюваних радіоперешкод.

Однак, незважаючи на ці недоліки, такі схеми володіють доволі вагомими перевагами:

1) високий коефіцієнт корисної дії (ККД), обумовлений незначним падінням напруги на тиристорі (менш 1 В);

2) незначна інерціонність, обумовлена фільтрами в ланцюгах керування і некерованістю тиристорів протягом інтервалу провідності (10-20 мс);

3) висока надійність при використанні швидкодіючого захисту і модульно-блокового виконання ТП.



1. Вибір електродвигуна постійного струму


Згідно з початковими значеннями номінальної потужності та номінальної частоти обертання обираємо двигун постійного струму [2]. У довіднику надаються наступні параметри: потужність (кВт), швидкість (об/хв), коефіцієнт корисної дії η (%), опір обмотки якоря (Ом), опір додаткових полюсів (Ом), індуктивність якірного кола LЯ (Гн), напруга (В), останні параметри розрахуємо за наступними формулами.

Згідно з цими даними та користуючись довідниковою літературою, обираємо двигун типу 2ПН112МУХЛ4 з наступними параметрами:

- номінальна потужність PН = 2,5 кВт;

- номінальна швидкість обертання nН = 2120 об/хв;

- номінальна напруга Uн= 110 В;

- коефіцієнт корисної дії  = 76%;

- опір якоря Rя = 0,196 Ом;

- опір додаткових полюсів Rдп = 1,134 Ом;

- індукція в колі якоря LЯ = 2,3 мГн;

Розраховуємо інші параметри:

Номінальна швидкість обертання:


рад/с . (1.1)


Електромагнітна потужність:


кВт . (1.2)



Номінальний струм якоря:


A . (1.3)


Конструктивна постійна двигуна:


. (1.4)


Номінальний момент:


Нм . (1.5)


Індуктивність якірного кола :


мГн .


Для забезпечення нормальної роботи обраного електродвигуна живильний тиристорний перетворювач повинен мати запас напруги.

Потрібна максимальна випрямлена напруга перетворювача:


В , (1.6)


де - коефіцієнт запасу за напругою (1,2 1,3). Обираємо =1,25.



2. Вибір схеми тиристорного перетворювача


Тиристорні перетворювачі поділяють:

  • за призначенням: для живлення якірних кiл та обмоток збудження;

  • за виконанням: реверсивні та нереверсивні.

Основними параметрами є:

  • номінальна випрямлена напруга (Udn);

  • номінальний струм (Idn).

Обираємо схему тиристорного перетворювача відповідно до завдання на курсовий проект. Обираю трифазну нульову схему. Така схема ТП наведена на рисунку 2.1.


Рисунок 2.1 - Нульова схема тиристорного перетворювача


До складу тиристорного перетворювача входять:

  • силовий трансформатор або струмообмежувальний реактор (в даному випадку струмообмежувальний реактор відсутній);

  • силовий блок (напівпровідникові вентилі);

  • згладжуючий реактор (при живленні якірних кіл постійного струму);

  • блок керування та захисту;

  • комутаційна апаратура;

  • система охолодження (при >100 А).

Живлення тиристорних перетворювачів потужністю більш, ніж 1кВт здійснюється від трифазної мережі змінного струму.

Залежно від співвідношення напруги мережі та потрібної для роботи двигуна випрямленої напруги, підключення перетворювача до мережі здійснюється через струмообмежувальний реактор або через силовий трансформатор. Для даного навантаження ми використовуємо силовий трансформатор. Така схема наведена на рисунку 2.2.


Рисунок 2.2 – Схема підключення тиристорного перетворювача до живильної мережі через силовий трансформатор


При застосуванні перетворювача для тиристорного живлення якірного ланцюга у вихідний ланцюг включається дросель, що згладжує, для забезпечення режиму безупинного струму . Така схема наведена на рисунку 2.3.


Рисунок 2.3 - Робота тиристорного перетворювача на якір двигуна постійного струму


Тиристорний перетворювач має захисти (рис. 2.4):

  • від внутрішніх коротких замикань (КЗ) - за допомогою швидкодіючих запобіжників FU, увімкнених з тиристором послідовно;

  • від КЗ на стороні змінного і постійного струмів - за допомогою автоматичного вимикача Q1 на вводі;

  • від КЗ в колі навантаження - за допомогою вимикача Q2;

  • від перенапруг - за допомогою "RC-кіл", увімкнених паралельно тиристорам, і "RC-фільтра", який підключений на вході перетворювача.


Рисунок 2.4 - Захист тиристорного перетворювача від перенапруги і коротких замикань



3. Розрахунок параметрів силового трансформатора


Розрахункове значення напруги трансформатора, який живить трифазний ТП під час його роботи на якір двигуна постійного струму в зоні безперервних струмів, з урахуванням необхідного запасу напруги в силовому колі, визначається за формулою:


, (3.1)


де – розрахунковий коефіцієнт, що характеризує відношення напруги у залежності від типу схеми. ();

коефіцієнт запасу за напругою, що враховує можливе значення напруги мережі до . ();

коефіцієнт запасу за напругою, що враховує неповне відкриття вентилів при максимальному керуючому сигналі. ();

коефіцієнт запасу за напругою, що враховує спад напруги в обмотках трансформатора, власний опір вентиля та перекриття анодів. (=1,05);

максимальна випрямлена напруга ТП.


В .


Розрахунок лінійної напруги :


. (3.2)


Розрахункове значення струму вторинної обмотки трансформатора:


А , (3.3)


де - коефіцієнт схеми, який характеризує відношення струмів СХ =0,577);

- коефіцієнт, що враховує відхилення форми струму вентилів від прямокутника, =1,05;

- номінальний випрямлений струм перетворювача, приймається рівним номінальному струму якоря двигуна .

Коефіцієнт трансформації трансформатора:


. (3.4)


Діюче значення струму первинної обмотки дорівнює:


А . (3.5)


Розрахункова потужність трансформатора:


, (3.6)


де - коефіцієнт схеми, який характеризує співвідношення потужностей.


.


Складаємо таблицю специфікації за отриманими даними.



Таблиця 3.1 – Специфікація трансформатора для ТП

Sн, кВА

Первинна обмотка

Вторинна Обмотка

Перетворювач

UЛ

I

UФ

I

Ud

I, А

5,305

380

7,12

149,36

18,121

110

29,91


Трансформатор не є необхідним элементом для живлення тиристорного перетворювача, у випадку, якщо напруга мережі і выпрямлена напруга близько співвідносяться один з одним. У цьому випадку підключення тиристорного перетворювача до живильної мережі виробляється через струмообмежувальний реактор.

Якщо потрібного трансформатора не вдалося підібрати серед серійно виготовлених, то підготувати придатний трансформатор не важко на базі серійного, якщо перемотати витки на його вторинній обмотці.

Напівпровідниковий перетворювач з трансформатором має значні габарити і масу, а також високу вартість.


4. Розрахунок параметрів та вибір тиристорів


Середнє значення струму тиристора з урахуванням умов охолоджування:


А , (4.1)


де Кі - коефіцієнт співвідношення струму, визначений залежно від застосованої схеми. Кі=0,333;

- коефіцієнт , який враховує інтенсивність охолоджування силового вентиля. (КОХ = 0,333 – природне охолодження, тому що I < 100 A).


Максимальна зворотна напруга:


В , (4.2)


де - коефіцієнт співвідношення напруг, визначений залежно від застосованої схеми. (=2,09).

Вибір тиристорів проводиться з урахуванням середнього значення струму через тиристор, максимального значення зворотної напруги та умов охолодження.

Використовуючи довідникову літературу [6] вибрали тиристор Т-15-32-4.

Максимальна зворотна напругаUVmax=400В;

Імпульсна напруга при відкритому положенніdU=2,4 В;

Максимально допустимий струм при відкритому положенні I=32 А.


5. Вибір системи керування. Складання функціональної схеми ЛПП


Принцип роздільного керування полягає в тому, що відкриваючі імпульси подаються тільки на одну групу, яка знаходиться в роботі, при цьому інша вентильна група (ВГ) закрита. У такому випадку відсутня необхідність у зрівняльних реакторах, що знижує масогабаритні показники ТП. Система керування ТП містить систему імпульсно-фазового керування (СІФК1 і СІФК2), що подає керуючі імпульси на тиристори вентильних груп (ВГ1 і ВГ2) у визначений момент. Логічне перемикаюче пристрій виконує наступні функції:

  1. Вибір групи для роботи в залежності від знака керуючої напруги - різниці напруги, що задає, і напруги зворотного зв'язку;

  2. Заборона відкривання непрацюючої групи при наявності струму в працюючій групі;

  3. Заборона зняття відкриваючих імпульсів із працюючої групи при протіканні по ній струму;

  4. Забезпечення тимчасової паузи перед включенням групи, що вступає в роботу.

Інформацію про наявність струму в працюючій групі дає датчик нульового струму (ДНС). Датчик керування (ДК) видає сигнал , якщо для ВК1. І , якщо для ВК2.

У даному випадку - сигнали наявності струму; - сигнали заборони на відкривання ВК1 і ВК2.

Схему ЛПП можна представити у виді, зазначеному на рисунку 5.1.

Алгоритм роботи даного ЛПП описується структурними формулами:


(5.1)


Рисунок 5.1 – Схема ЛПП реверсивного ТП


Відповідно з (5.1) сигнал y1 подається на СІФК1, якщо x2=1 або x2=0 i x1=0, але x0=1. Аналогічно y2=0, якщо x1=1 або x1=x2=0, але x0=0.

Як видно із системи, схема реалізується тільки за допомогою елементів І і АБО–НІ, що є одними з найпростіших і дешевих.



Таблиця 5.1 - Таблиця дійсності ЛПП

X1

X2

X0

Y1

Y2

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1


6. Розрахунок параметрів дроселя, що згладжує


Розрахунок проводиться за умов забезпечення безперервного струму в діапазоні регулювання =( 0...350 )- для нульової схеми.

Режим переривчастих струмів – це такий режим, при котрому між інтервалами провідності вентилів мають мiсце безструмові паузи. Дросель, що згладжує, за рахунок енергії запасеної в ньому, підтримує струм безперервним та згладжуває криву струму.

Індуктивний опір вторинної обмотки трансформатора:


Ом , (6.1)


де - напруга короткого замикання (37 % номінального).

Індуктивність однієї фази трансформатора:


мГн . (6.2)



Необхідна індуктивність для якірного кола: Розрахунок проводиться за умов забезпечення безперервного струму в діапазоні регулювання від = 0 до гр при струмі навантаження 0,1. Для забезпечення режиму безперервного струму в діапазоні напруг, близьких до номінальних, значення приймається 35 для нульової схеми. Необхідна індуктивність для якірного кола системи ТП–Д визначається формулою:


мГн , (6.3)


де - коефіцієнт , визначений згідно графіком залежності від кута , де р=3 - число пульсацій випрямленої напруги для нульової схеми (=0,2).


Случайные файлы

Файл
74279-1.rtf
95215.rtf
32381.rtf
27522.rtf
29054.rtf