Силовая Преобразовательная техника

Введение

 

  Современный электропривод представляет собой конструктивное единство       электромеханического преобразователя энергии (двигателя), силового преобразователя с системой управления. Он обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую в соответствии с алгоритмом работы  технологической установки. Сфера применения электрического привода в       промышленности, на транспорте и в быту постоянно расширяется.

Электропривод в своем историческом развитии прошел путь от простого источника  механической энергии до «интеллектуального устройства», которое осуществляет приведение в движение органов машин и механизмов и управление этим движением.

Современный регулируемый электропривод  переменного тока представляет собой  электромеханическую систему, включающую полупроводниковый преобразователь, электродвигатель, передаточный механизм (редуктор) и систему управления.

Разработка высокопроизводительных, компактных и экономичных систем привода является приоритетным направлением  развития современной техники.

Рост степени интеграции в микропроцессорной  технике и переход от  микропроцессоров к микроконтроллерам с встроенным набором специализированных периферийных устройств, значительные успехи  силовой электроники, сделали необратимой тенденцию массовой замены аналоговых систем управления приводами на системы прямого цифрового управления. 

Неуклонно снижается доля систем привода  с двигателями постоянного тока и увеличивается доля систем привода с двигателями переменного тока. Это связано с низкой надежностью механического коллектора и более высокой стоимостью коллекторных двигателей постоянного тока по сравнению с  двигателями переменного тока

      Естественной альтернативой  коллекторным приводам постоянного тока являются       привода с вентильными, т. е. электронно - коммутируемыми двигателями

      Приводом следующего  века по прогнозам большинства  специалистов станет   привод на основе вентильно - индукторного двигателя. Двигатели этого   типа просты в изготовлении, технологичны и дешевы. Они имеют пассивный ферромагнитный ротор без каких - либо обмоток или магнитов. Вместе с тем, высокие потребительские свойства привода могут быть обеспече ны только при применении мощной микропроцессорной системы управления в сочетании с современной силовой электроникой.

В последнее время на базе систем векторного управления разработан ряд приводов с прямым цифровым управлением моментом. Отличительной особенностью этих решений является предельно высокое быстродействие контуров тока, реализованных, как правило, на базе цифровых релейных регуляторов или регуляторов, работающих на принципах нечеткой логики. Системы прямого цифрового управления моментом ориентированы в первую очередь на транспорт, на использование в кранах, лифтах, робототехнике.

Высокая эффективность применения регулируемого электропривода для оптимизации работы различных технологических систем с механизмами, работающими в переменных режимах, подтверждена мировым опытом. Применение регулируемого электропривода позволяет оптимизировать работу электродвигателей, технологических систем с механизмами, работающими в переменных режимах. В целом по стране внедрение регулируемого электропривода в энергетике, промышленности, жилищном хозяйстве, железнодорожном транспорте и других отраслях обеспечит ежегодную экономию 35-40 млрд. кВт ч. электроэнергии. Внедрять энергосберегающее оборудование значительно выгоднее, нежели вводить новые мощности для получения такого же количества киловатт-часов, экономию которых он обеспечит. Главными причинами эффективности регулируемого привода признается повышение надежности работы оборудования, его срока службы и межремонтного ресурса. Этот эффект достигается за счет «щадящих» режимов работы обеспечивающих регулированием. В последние годы во всем мире интенсивно развивается более прогрессивное направление работ по созданию регулируемых электроприводов – приводы на основе вентильных (с постоянными магнитами и индукторных) электродвигателей.

Основные преимущества индукторных  машин перед аналогами:

• простота конструкции;
• высокая надежность ротора ввиду отсутствия на нем каких-либо         обмоток;
• бесконтактный, плавный, двухзонный способ регулирования частоты

вращения в широких пределах при постоянстве вращающего момента;

• минимальный объем технического обслуживания в период эксплуатации;
• значительное снижение массы и габаритов.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ      ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 

Развитие полупроводниковой электроники  привело к созданию управляемых  полупроводниковых приборов, обладающих недостижимыми для контактных приборов и аппаратов быстродействием  и малой мощностью управления, малыми массогабаритными и высокими энергетическими показателями, надежностью. К таким полупроводниковым приборам относятся транзисторы, тиристоры, динисторы, баристоры, оптоэлектронные приборы и др. Применение тиристоров и тиристорных устройств наиболее эффективно в схемах коммутации, защиты, регулирования и преобразования напряжения. Управление тиристорами в преобразовательных установках с непосредственной связью может быть фазовым, амплитудным, импульсно-фазовым, число-импульсным, широтно-импульсным.

В данном случае мы конкретно будем  рассматривать Импульсно-фазовую  систему или по другому СИФУ.

По способу получения сдвига открывающих импульсов относительно точки естественного открывания:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• Интегрирующие;

А  также системы импульсно-фазового управления делятся по числу каналов управления:

• Многоканальными;
• Одноканальными.

 

В тиристорных устройствах управления с упрощенным регулирующим органом, как правило, используется одноканальная система управления как наиболее простая и более надежная в отличие от многоканальной, используемой в более сложных тиристорных схемах. По этой причине тиристорные устройства с наименьшим числом управляемых элементов и каналов управления имеют перспективы применения в бытовой технике.

Недостатком многоканальных систем является трудность получения симметрии импульсов во всех каналах, так как это требует часто очень точного подбора параметров применяемых устройств формирования и сдвига импульсов. В одноканальной системе значительно легче получить симметрию управляющих импульсов, но система усложняется за счет применения специальных распределителей. В настоящее время преимущественное распространение получили многоканальные СИФУ. 

По типу синхронизации могут  быть:

• Синхронные;
• асинхронные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

 

Для проектирования вида силовой схемы  преобразователя проанализируем данные к курсовой  работе. Привод осуществляется двигателем постоянного тока, с номинальным напряжением 220 В и мощностью двигателя 11 кВт. Его основные параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические  данные двигателя 2ПФ160LГУХЛ4:

Рн, кВт	Uн,В	nн, об/мин	nmax, об/мин	ŋн,%	Сопротивление обмоток, Ом			Jд, кг·м²	Lя, мГн	Iн,А
					Rя	Rдп	Rов
11	220	1500	4200	84,5	0,096	0,073	13,4	0,1	3,1	59,17

2.1 Расчёт параметров и выбор силовых элементов.

 

Выбор тиристоров производится по предельному значению тока протекающего через вентиль и максимальному значению обратного напряжения с учётом условий охлаждения вентиля и отличия формы тока от синусоидальной.

Выбор тиристоров осуществляется следующим образом:

Определение класса вентиля по напряжению:

                                              (1)

где: _{– коэффициент запаса по рабочему напряжению};₌.

Выбираем _{= 1,8;}

 – максимальное  значение рабочего напряжения  прикладываемого к вентилю;

 – напряжение соответствующее  определённому классу вентиля;

                                                  (2)

где: – номинальное значение рабочего напряжения прикладываемого к

вентилю;

 – коэффициент, учитывающий  возможное повышение напряжения  в  сети;

 

 

 

Выбираем  тиристор 11 класса.

        Рисунок 1 - Силовая схема 

 

 

Определение среднего расчётного тока вентиля

Для трёхфазной мостовой схемы средний расчётный  ток вычисляется по формуле:

                                                                    (4)

где: – номинальный ток якоря двигателя;

 

Действующее значение тока для трёхфазной мостовой схемы:

 
 

Коэффициент формы тока:

 
 

Выберем тиристор по условию:

 

 

где: – коэффициент запаса по охлаждению;;

 – коэффициент запаса по  рабочему току;;

 

Данному условию  удовлетворяет тиристор марки Т151-100 с охладителем О151- 80. Параметры тиристора приведены в таблице 2.

Таблица 2- Параметры  тиристора Т151-100 с охладителем О151- 80:

Uт(то),В	rt,мОм	Rthja, ˚С/Вт	Rthjc, ˚С/Вт	Rthha,˚С/Вт	Ta,˚С	Tjm,˚С	ITAV, А	Iуд,кА
1,15	2,54	2,2	0,3	1,82	40	125	30	0,33

 

Выбранный тиристор необходимо проверить на нагрев. Для этого необходимо провести расчёт по формуле:

 
 

где: - пороговое сопротивление прямой ветви прибора;

- пороговое напряжение  прямой ветви прибора;

-тепловое сопротивление  “переход - среда”;

- предельно допустимая  температура структуры;

- температура  окружающей среды.

где: - тепловое сопротивление “переход-корпус”;

 

 

– тепловое сопротивление  “корпус - контактная поверхность 

охладителя”;

 – тепловое  сопротивление “тепловой охладитель - окружающая среда”;

– тепловое сопротивление  ”переход – среда”:

 

 

Так как выполняется  неравенство:>, (32,9>30,56),то данный

тиристор подходит для использования в рассчитываемом преобразователе.

 

2.2 Расчет  и выбор силового трансформатора.

 

Силовой трансформатор применяется для  согласования номинального напряжения двигателя с выпрямленным напряжением.

Находим требуемое значение вторичной обмотки трансформатора:

                                   (11)

 

     где: -коэффициент, учитывающий возможность снижения напряжения сети;

 

-коэффициент, учитывающий напряжение на активных сопротивлениях трансформатора, падение напряжения на вентилях, падение напряжения из-за коммутации вентилей;

 

-коэффициент, учитывающий неполное открывание вентилей;

 

 

-ЭДС вторичной обмотки трансформатора;

                                   (12)

где: -номинальное напряжение двигателя;

-коэффициент схемы;

 

 

 

Таким образом:

 

 

Рассчитаем  типовую мощность трансформатора:

                                                       (13)

где: - мощность постоянных составляющих тока и напряжения выпрямителя:

;                                                          (14)

-коэффициент, учитывающий превышение типовой мощности над мощностью постоянных составляющих;

 

Таким образом:

 

 

Найдем  полную мощность трансформатора:

;                                          (15)                                                                         

где:-коэффициент не прямоугольности тока, учитывающий отклонение

       формы тока от прямоугольного;

 

 

Из каталога выбираем трансформатор по соотношению:

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – технические данные трансформатора ТТ-25.

25	240	125	5	200

 

 

Найдем активное и индуктивное сопротивление фазы трансформатора: