Управление тиристорными группами и режимы работы преобразователей 28

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

"Теория автоматического управления"

Тема: "Электропривод двигателя постоянного тока"

Вариант задания № 9

 

 

Выполнил: студент гр. ЭП-31

 

Руководитель проекта: Рычков В.В.

.

 

Киров 2009

Содержание

Реферат............................................................................................................................... 3

Введение............................................................................................................................. 4

Задание............................................................................................................................... 5

ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ................................................................................. 6

1 РАСЧЁТ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ................................................. 8

1.1 Расчет мощности............................................................................................. 8

1.2 Выбор силового трансформатора.......................................................... 9

1.3 Выбор тиристоров.......................................................................................... 10

1.4 Выбор уравнительного реактора........................................................... 11

1.5 Расчет индуктивности сглаживающего дросселя...................... 12

2 СИСТЕМА ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ........................................... 14

2.1 Регулятор скорости...................................................................................... 14

2.2 Система импульсно-фазового управления.................................... 15

2.3 Защита СИФУ от помех............................................................................. 20

3 Расчет характеристик тиристорного преобразователя............... 21

3.1 Построение регулировочной характеристики .......... 21

3.2 Построение фазовой характеристики СИФУ.................................. 23

3.3 Построение регулировочной характеристики ........ 24

3.4 Максимальный угол регулирования.................................................. 25

3.5 Внешняя характеристика ТП ……………………………….26

Управление тиристорными группами и режимы работы преобразователей 28

4.1 Построение ограничительных характеристик............................... 28

4.2 Построение графиков выпрямленной ЭДС ТП............................... 28

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 29

5.1 Расчёт энергетических показателей................................................... 29

6 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ТП-Д.................... 34

7 ЗАЩИТа ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.................................................. 35

Характеристика разработанного тиристорного преобразователя 40

ЗАКлючение по работе............................................................................................. 41

Библиографический список................................................................................. 42

 

Реферат

 

Зворыгин П.В. Расчеты электроприводов постоянного тока: Вариант 10 Курсовой проект/ ВятГУ, каф. ЭП и АПУ; рук. В.И.Лалетин - Киров, 2010. Гр.ч. 1 л. Ф. А1, ПЗ 46 с, 24 рис., 10 табл., 8 источников.

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД, ТИРИСТОР, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР, СОВМЕСТНОЕ СОГЛАСОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, УРАВНИТЕЛЬНЫЙ РЕАКТОР, СГЛАЖИВАЮЩИЙ ДРОССЕЛЬ, СИСТЕМА ИМПУЛЬСНОГО ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ, ВРЕМЕННАЯ ДИАГРАММА, ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА.

 

В курсовом проекте рассмотрен и исследован технический объект ТП-ДПТ, рассчитан и выбран ряд основных узлов силовой схемы тиристорного преобразователя с трехфазной трехпульсной нулевой схемой выпрямления, предназначенного для работы на якорь электродвигателя постоянного тока: силовой трансформатор, сглаживающий дроссель, уравнительные реакторы, тиристоры. Осуществлен выбор системы импульсно-фазового управления (СИФУ), описан принцип ее работы. Рассчитаны основные характеристики и параметры преобразователя, проанализированы аварийные режимы и на основе их расчета выбраны устройства защиты. В проекте приводится расчет и анализ энергетических показателей проектируемого преобразователя.

 

Введение

 

Тиристорные преобразователи (ТП) служат для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное (режим выпрямления), постоянного напряжения (тока) в переменное (режим инвертирования). Для питания двигателей постоянного тока используются неуправляемые и управляемые вентильные преобразователи. В неуправляемом в качестве вентилей применяются диоды. Выходное напряжение преобразователя не регулируется. Электроэнергия в таком преобразователе всегда потребляется из сети переменного тока и отдается в цепь постоянного тока.

Управляемый преобразователь собирается на тиристорах. Здесь возможно изменение напряжения преобразователя на стороне постоянного тока по значения и по знаку за счет соответствующего управления тиристорами. В управляемом преобразователе поток энергии может быть направлен как из сети переменного тока в цепь постоянного тока, так и наоборот.

Вентильные преобразователи выполняются с разными силовыми схемами включения вентилей (схемами выпрямления). Чаще всего используются нулевые и мостовые схемы.

Рассмотренная в данном курсовом проекте схема относится к реверсивным, двухкомплектным, встречно-параллельным, простым, нулевым преобразователям. К особенностям схемы относится Z – соединение вторичной обмотки трансформатора (зигзаг), совместное управление тиристорными группами.

Силовой трансформатор включен по схеме «треугольник - зигзаг»,что позволяет исключить поток вынужденного намагничивания и дает экономию в сечении магнитопровода.

Тиристорный преобразователь конструктивно выполнен на единой раме, требующей двустороннего обслуживания.

Элетропривода типа «Мезоматик» выполняются в одно-, двух- и трехосевом исполнении и предназначены для приводов металлорежущих станков с ЧПУ.

 

Задание

Пояснительная записка включает в себя следующие основные разелы:

Содержание.

Реферат.

Введение.

Технические данные нагрузки. Исходные данные проекта.

1 Проектирование силовой схемы тиристорного преобразователя.

1.1 Расчет мощности и выбор силового трансформатора.

1.2 Расчет и выбор тиристоров.

1.3 Расчет и выбор уравнительного реактора.

1.4 Расчет и выбор сглаживающего дросселя.

2 Выбор и построение СИФУ.

2.1 Описание структурной и электрической принципиальной схемы СИФУ

2.2 Описание схемы электронных защит.

2.3 Расчет и построение характеристик СИФУ.

3 Расчет и построение силовой части ТП.

4 Разработка системы защиты преобразователя.

5 Расчет энергетических характеристик и показателей ТП.

Заключение. Сравнительная оценка разработанного ТП и промышленного аналога.

Библиографический список.

 

Основные исходные данные

Встречно-параллельная, простая, нулевая, трехпульсная схема реверсивного тиристорного преобразователя с совместным способом управления его тиристорными группами (ТГ) и двухобмоточным трансформатором.

Основные параметры электродвигателя ПБВ 112 М, на который работает тиристорный преобразователь:

номинальный момент;

номинальная частота вращения;

номинальная мощность;

номинальное напряжение на якоре;

номинальный ток якоря;

максимальный момент при пуске;

максимальная частота вращения в продолжительном режиме;

сопротивление обмотки якоря при ;

индуктивность обмотки якоря;

масса электродвигателя с тахогенератором.

 

Рисунок 1.1 – Схема тиристорного преобразователя

 

Расчет мощности

Расчет начинаем с определения требуемого значения вторичной ЭДС трансформатора из соотношения

где - требуемое значение вторичной ЭДС трансформатора;

- ЭДС на выходе ТП при номинальном режиме работы и непрерывном токе;

m =3 – число эквивалентных фаз выпрямления схемы ТП.

где Е_Н- номинальное значение ЭДС двигателя,

здесь - номинальное напряжение на якоре электродвигателя;

- номинальный ток электродвигателя;

- активное сопротивление двигателя,

где К =1,32, в зависимости от габаритов МПТ; тогда

;

- суммарное активное сопротивление цепи выпрямленного тока (включает в себя сопротивление фазы силового трансформатора R_Ф, реакторов R_P, полное сопротивление якорной цепи МПТ R_ЯЦ, т.е. с учетом сопротивления сглаживающего дросселя, динамическое сопротивление R_T для k-активных тиристоров в схеме ТП).

На предварительном этапе проектирования величина ;

-минимальный угол регулирования, соответствующий номинальному режиму работы ЭП. Выбор зависит от предъявляемых требований к приводу в отношении быстродействия. Примем =2 ;

- падение напряжения на тиристоре, на предварительном этапе расчета примем

- расчетные коэффициенты, зависящие от схемы выпрямления;

k_L- коэффициент, учитывающий соотношение мощности системы ТП-Д и питающей сети. Примем k_L =1,3;

- напряжение короткого замыкания, потери в меди трансформатора.

s New Roman"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="24"/><w:sz-cs w:val="22"/><w:lang w:fareast="EN-US"/></w:rPr><m:t>C%</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - возможные колебания напряжения сети.

Для маломощных приводов принимают: .

Подставляем найденные параметры в формулы (1.2) и (1.1):

s w:val="22"/><w:lang w:fareast="EN-US"/></w:rPr><m:t>.</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

Действующее значение фазного тока вторичной обмотки

где - коэффициент связи данной схемы выпрямления;

Действующее значение фазного тока первичной обмотки

где -коэффициент связи данной схемы выпрямления;

-коэффициент трансформации;

где - коэффициент мощности, зависящий от схемы выпрямления и числа первичных и вторичных обмоток трансформатора.

Выбор трансформатора

Трансформатор с мощностью = выбрать затруднительно, поэтому дальнейший расчет ведем с использованием расчетных параметров трансформатора.

Полное сопротивление фазы трансформатора, приведенное к вторичной обмотке

Активное сопротивление фазы трансформатора

где - коэффициент, зависящий от мощности трансформатора;

 

Индуктивное сопротивление питающей фазы трансформатора

ng w:fareast="EN-US"/></w:rPr><m:t>1.13</m:t></m:r></m:e></m:d></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

Индуктивность фазы трансформатора

 

Выбор тиристоров

Выбор тиристора по напряжению и определение его класса осуществляется на основании следующей расчетной формулы:

где - число последовательно соединенных и одновременно находящихся в работе тиристоров в схеме ТП;

- коэффициент равномерности деления напряжения по последовательно соединенным тиристорам;

- коэффициент нагрузки.

Класс тиристора соответствует отношению

Выбор тиристора по току производиться на основании величины максимального среднего значения тока, проходящего через прибор

>

где - коэффициент перегрузки по току двигателя.

На основании определенных параметров выбираем из справочника наименование тиристоров.

Тиристор Т131-40-3

Параметры:

пороговое напряжение не более: 1,05 В

максимально допустимый средний ток в открытом состоянии: 40 А;

критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии: 100 А/мкс;

минимально допустимый прямой импульсный ток управления: 0,54 А;

максимально допустимый прямой импульсный ток управления: 2,1 А.

Регулятор скорости

Регулятор скорости выполнен в виде ПИ – регулятора и реализован на операционном усилителе (рис. 2.1).

Регулятор имеет четыре входа:

U_Г1 – вход подключения задающего сигнала;

U_ТГ1 – вход подключения сигнала обратной связи по скорости;

U_Н1, U_Н2 – входы для суммирования при необходимости дополнительных задающих воздействий.

Рисунок 2.1 – Регулятор скорости

 

Транзисторы Т1 и Т2 работают в диодном режиме и предназначены для ограничения максимального выходного напряжения РС. Величина ограничения определяется сопротивлениями R16, R17 и R18, R19 в соответствии с полярностью выходного напряжения. Для балансировки регулятора служит потенциометр R8.

Реле В2 предназначено для создания нулевых начальных условий интегрирования.

Операционный усилитель Х3 выполняет роль инвертора с коэффициентом передачи равным единице.

Выходные напряжения Х1 и Х3 являются управляющими для СИФУ анодной и катодной групп преобразователя.

Защита СИФУ от помех

 

В тиристорных преобразователях СИФУ работает в условиях высокого уровня электромагнитных помех. Особенно важно это учитывать при использовании интегральных микросхем с низкими мощностями входных сигналов.

Для защиты СИФУ от помех проводятся схемные мероприятия, экранирование, а также конструктивные мероприятия.

К схемным мероприятиям относятся выбор структуры СИФУ. Наиболее целесообразной является структура с общим нулём. Все источники питания при этом имеют общую точку (нуль), проходящюю через все блоки СИФУ. Преимущество такой структуры заключается в уменьшении связей через ёмкость между обмотками трансформаторов источников питания.

Кроме фильтров на выходе источников питания целесообразно предусматривать фильтры цепей питания в каждом блоке.

Для снижения помех в проводах СИФУ необходимо соблюдать следующие правила:

1) каждый импульсный контур должен иметь индивидуальные цепи. Использование общего провода для разных контуров не допускается, так как падение напряжения в нём создаёт мешающее влияние контуров;

2) каждый канал СИФУ должен питаться через собственные пары скрученных проводов;

3) питание устройств от общего блока должно осуществляться только по радиальной схеме, а не по кольцевой;

4) необходимо осуществлять электростатическую экранировку трансформаторов путём прокладывания между первичной и вторичной обмотками слоя тонкой фольги, охватывающей без замыкания внутреннюю обмотку. Экран металлически соединяется с общим нулём, который заземляется с корпусом в специально выбранной единственной точке с помощью перемычки.

К конструктивным мероприятиям относится правильная прокладка проводов с соблюдением следующих правил:

1) цепи управления с большим сопротивлением должны быть удалены от силовых проводов;

2) пересечение цепей управления с силовыми должно выполняться под прямым углом и на максимальном расстоянии;

3) силовые провода нужно вести попарно (прямой и обратный), чтобы исключить образование пространственных витков, создающих магнитное поле;

4) на штепсельных разъёмах необходимо обеспечивать наибольшее удаление цепей управления от проводов с мощными сигналами;

5) следует применять отдельные провода для соединения силовых и управляющих цепей с общим источником питания.

 

Заключение по работе

В данной курсовой работе был широко рассмотрен ряд основных вопросов по силовой схеме тиристорного преобразователя, предназначенного для работы на якорь электродвигателя. В результате был спроектирован реверсивный тиристорный преобразователь для питания якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

 

Библиографический список

 

1. Чернов Е.А. и др. Электроприводы подач станков с ЧПУ: справочное пособие. – Горький, 1986. - 271 с.: ил.

2. Чиженко И.М. Справочник по преобразовательной технике под редакцией Чиженко И.М. – Киев: Техника, 1978. - 430 с.

3. Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Петухов В.М. Справочник. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры. Москва: Радио и связь, 1988. – 576 с.

4. Лалетин В.И. Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного тока: Учебное пособие для вузов. Киров: Изд-во ВятГУ, 2006. – 128 с.

5. Чиженко И.М., Сенько В.И., Руденко В.С. Основы преобразовательной техники. – Москва: Высшая школа, 1980. - 423 с.

6. http://www.kipia-elektro.ru/c.php?id=1081.

7. http://erk.su/catalog/grey/14716/.

8. http://electromirbel.ru/vybor_avtomaticheskogo_v

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

"Теория автоматического управления"

Тема: "Электропривод двигателя постоянного тока"

Вариант задания № 9

 

 

Выполнил: студент гр. ЭП-31

 

Руководитель проекта: Рычков В.В.

.

 

Киров 2009

Содержание

Реферат............................................................................................................................... 3

Введение............................................................................................................................. 4

Задание............................................................................................................................... 5

ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ................................................................................. 6

1 РАСЧЁТ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ................................................. 8

1.1 Расчет мощности............................................................................................. 8

1.2 Выбор силового трансформатора.......................................................... 9

1.3 Выбор тиристоров.......................................................................................... 10

1.4 Выбор уравнительного реактора........................................................... 11

1.5 Расчет индуктивности сглаживающего дросселя...................... 12

2 СИСТЕМА ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ........................................... 14

2.1 Регулятор скорости...................................................................................... 14

2.2 Система импульсно-фазового управления.................................... 15

2.3 Защита СИФУ от помех............................................................................. 20

3 Расчет характеристик тиристорного преобразователя............... 21

3.1 Построение регулировочной характеристики .......... 21

3.2 Построение фазовой характеристики СИФУ.................................. 23

3.3 Построение регулировочной характеристики ........ 24

3.4 Максимальный угол регулирования.................................................. 25

3.5 Внешняя характеристика ТП ……………………………….26

Управление тиристорными группами и режимы работы преобразователей 28

4.1 Построение ограничительных характеристик............................... 28

4.2 Построение графиков выпрямленной ЭДС ТП............................... 28