Курсовая работа: Расчет реверсивного электропривода

Курсовая работа: Расчет реверсивного электропривода

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.  Выбор силовой схемы РТП

2. Расчёты и выбор элементов силовой схемы

2.1 Расчёт и выбор трансформатора

2.2 Расчёт и выбор трансформатора тиристоров

2.3 Расчет и выбор уравнительных реакторов

2.4 Расчет и выбор уравнительных реакторов сглаживающих дросселей

2.5 Расчет и выбор силовой коммутационной и защитной аппаратуры

2.5.1 Расчет и выбор R-C цепочек

2.5.2 Расчет и выбор предохранителей

2.5.3 Расчет и выбор автоматического выключателя

3. ВЫБОР СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

4. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ (СИФУ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

4.1 Расчет и выбор генератора опорного напряжения

4.2 Расчет и выбор нуль-органа

4.3 Расчет и выбор формирователя длительности импульсов и элементов согласования с логикой

4.4 Расчет и выбор усилителя импульсов

4.5 Расчет и выбор управляющего органа

4.6 Описание работы СИФУ

5. РАЗРАБОТКА ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ

5.1 Расчет и выбор элементов задатчика интенсивоности

5.2 Описание работы задатчика интенсивности

6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛИРОВОЧНОЙ И ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТП

7. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

7.1 Расчет полной, активной и реактивной мощностей

7.2 Расчет мощности искажений

7.3 Расчет КПД и коэффициента мощности

8. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ УКАЗАННОМ НАПРЯЖЕНИИ ЗАДАНИЯ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В замкнутых, а иногда и в разомкнутых структурах автоматизированного электропривода в настоящее время преимущественное развитие получили полупроводниковые преобразователи постоянного и переменного тока. В отличие от машинных преобразователей выходные напряжения полупроводниковых преобразователей характеризуются дискретностью, что может оказать влияние на характеристики электромеханических процессов двигателя. Однако это влияние при малых интервалах дискретности выходного напряжения преобразователя оказываются незначительным. Поэтому в расчетной практике в стадии начального проектирования обычно полагают, что выходные напряжения преобразователей с полупроводниковыми элементами описываются гладкими функциями времени. В последующих исследованиях динамики и статики системы управления электроприводом, полученной в результате проектирования, может быть учтено влияние дискретности выходных напряжений на переходные и установившиеся режимы работы электропривода.

Обобщенная структура электропривода показана на рис. 1.

Рисунок 1. Обобщённая структура электропривода.

Уравнения электропривода в случае жесткой механической передачи от двигателя к рабочему органу имеют вид:

= М - Mc;

= F(u, ω, M),

где J- момент инерции; М, Мс — моменты двигателя и сопротивления; ω — угловая скорость вала; u — управляющий сигнал на входе преобразователя, от которого получает напряжение двигатель. Функция F(u, ω, M) отражает динамические свойства привода, который обычно является нелинейным звеном.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и коэффициент полезного действия, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого ЭП, так и технологического оборудования, возможность программирования и перепрограммирования работы микропроцессорных средств управления в случае их использования.

Вместе с тем для этих преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току и напряжению и скорости их изменения; низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Преобразователь — это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии считаются род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи делятся на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока. По элементной базе (видам применяемых силовых приборов) преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными, а по управляемости — неуправляемыми и управляемыми. В управляемых преобразователях выходные переменные — напряжение, ток, частота могут регулироваться.

1. ВЫБОР СИЛОВОЙ СХЕМЫ РТП

Реверсивные электроприводы выполняются с одной (рис. 1.1, а, б) и двумя (рис. 1.1, в, г, д) вентильными группами. В приводах где допустимое время реверса составляет 0,5 – 2,5 с, возможно применение схемы с реверсом в цепи возбуждения (рис. 1.1, а). Недостаток этой схемы – малое быстродействие вследствие большой постоянной времени цепи возбуждения двигателя. Для приводов, где допустимо «мёртвое» время около 0,1 с и более, можно использовать схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи якоря (рис. 1.1, б).

Рисунок 1.1. Виды реверсивных схем.

Для быстродействующих систем управления применяют схемы с двумя вентильными группами: встречно-паралельного включения вентильных групп V1 и V2, каждая из которых питается от отдельной вторичной обмотке трансформатора Т.: в практике эта схема получила название перекрёстной (рис. 1.1, в) встречно-паралельного включения вентильных групп V1 и V2 с питанием от трансформатора Т с одним комплектом вторичных обмоток (рис. 1.1, г); Н – схема, в которой две группы вентилей, обозначенные буквой В и присоединённые к двум комплектам вторичных обмоток трансформатора, обеспечивают полярность выпрямленного напряжения одного звена, а две группы вентилей, обозначенные буквой Н – полярность выпрямленного напряжения другого знака (рис. 1.1, д). На всех схемах L – сглаживающий дроссель, L1, L2 – уравнительные дроссели.

Исходя из выше сказанного выбираем трёхфазную мостовую схему соединения вентилей в группах тиристорного преобразователя так как она обладает следующими преимуществами над нулевой:

- при одинаковой фазной ЭДС среднее значение выпрямленного напряжения в мостовой схеме в два раза больше;

- частота пульсаций выпрямленного напряжения в два раза выше (300 против 150 Гц), а амплитуда пульсаций меньше;

-при одинаковой мощности нагрузки типовая мощность трансформатора меньше, чем для нулевой;

-индуктивность в цепи переменного тока в мостовой схеме в два раза больше;

-данная схема дает большой диапазон регулирования скорости.

Вентильные группы, входящие в схему реверсивного выпрямителя могут, как указывалось выше, соединяться двумя способами: по перекрестной или встречно-параллельным схемам. Схемы отличаются количеством вторичных обмоток силового трансформатора. Из-за простой конструкции трансформатора отдадим предпочтение схеме со встречно-параллельным соединением тиристоров. Силовая схема трехфазного мостового реверсивного преобразователя с устройствами коммутации и защиты представлена на рис. 1.2. По заданию, в курсовом проекте управление вентильными группами - совместное согласованное. Для ограничения возникающих при этом уравнительных токов используются два ненасыщающихся уравнительных реактора LR1 и LR2.

Рисунок 1.2. Электрическая схема трехфазного мостового ТП со встречно-параллельным соединением вентильных групп.

2. Расчёты и выбор элементов силовой схемы

2.1 Расчёт и выбор трансформатора

Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям тока I2ф, напряжению U2ф, и типовой мощности Sт. Напряжение первичной обмотки U2ф должно соответствовать напряжению питающей сети.

Расчетное значение напряжения U2ф,pасч вторичной обмотки трансформатора, имеющего ТП с нагрузкой в режиме непрерывных токов, с учетом необходимого запаса на падение напряжения в силовой части, определяется формулой

U2ф,pасч = kи · kс ka kR ·Ud ,(2.1)

где kи=0,427 - коэффициент, характеризующий отношение напряжений U2ф/Ud0 в идеальном трехфазном мостовом выпрямителе;

kс—1,1— коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

ka =1,1 - коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале;

kR=1,05 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, в вентилях и за счет перекрытия анодов;

Ud- номинальное напряжение двигателя, Ud = UH.

Подставив значения в формулу (2.1) определяем расчетное значение напряжения U2ф,pасч вторичной обмотки трансформатора:

U2ф,pасч = 0,427∙1,1∙1,1∙1,05∙220 = 119,4 В.

Расчетное значение тока вторичной обмотки

I2расч = k/· ki·Idн,(2.2)

где k/ =0,815 - коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I2ф/Id в идеальной схеме;

ki =1,1 - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной;

Idн - значение номинального тока двигателя.

Idн =(2.3)

где РН - номинальная мощность электродвигателя;

η- КПД электродвигателя; Uн - номинальное напряжение электродвигателя.

Для двигателя 2ПН180М мощностью 15 кВт номинальное значение тока двигателя по формуле (2.3):

Idн =Id== 76,2 А.

Расчетное значение тока вторичной обмотки по формуле (2.2):

I2расч = 0,815∙1,1∙76,2 = 68,3 А.

Рассчитываем (предварительно) действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

·ki1·Idн,(2.4)

где  - расчетный коэффициент трансформации трансформатора.

=  (2.5)

где U1ф- фазное напряжение первичной обмотки трансформатора, U1ф =220 В; ki1 - схемный коэффициент первичного тока. Принимаем ki1 =0,815 [1, табл. 2.1].

И так расчётный коэффициент трансформации по формуле (2.5):

= = 1,84.

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора по формуле (2.4):

·0,815∙76,2 = 33,8 А.

Находим мощность первичной обмотки трансформатора

S1 =m1·(2.6)

где m1 - число фаз первичной обмотки, m1 =3.

Подставив значения в формулу (2.6), имеем:

S1 = 3∙33,8∙220 = 22 308 В∙А.

Находим мощность вторичной обмотки трансформатора

S2 =m2·I2расч·U2ф+0,5%РН (2.7)

где m2-число фаз вторичной обмотки трансформатора, т2=3.

I2расч -действующее значение вторичного тока трансформатора, по форм.(2.2);

U2ф -фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, ориентировочно принимаем U2ф =U2фрасч .

И так имеем:

S2 =3∙68,3∙119,4+∙0,5 = 24540 В∙А.

Находим типовую мощность трансформатора по формуле

ST= ,(2.8)

ST= =22,38 кВ∙А.

Трансформатор выбираем из условий:

-номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть близким к значению U2фрасч: 0.95· U2фрасч ≤U2фн <1.2· U2фрасч; для нашего случая

113,4 В ≤U2фн < 143,3 В.

-ток вторичной обмотки трансформатора должно быть больше или равен к I2расч : I2н≥I2 расч, т.е. I2н ≥ 68,3 А.

-номинальная мощность трансформатора должна быть больше или равна типовой: Sн ≥ Sт, т.е. Sн ≥ 22,38 кВ∙А.

Выбираем трансформатор ШЛ 100×160, с сечением магнитопровода 160 см2.

Параметры выбранного трансформатора сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Параметры трансформатора.

Рассчитываем действительный коэффициент трансформации выбранного трансформатора

k mр= , (2.9)

k mр= = 1,85.

Действительные значения рабочих токов первичной и вторичной обмоток

I2= I2расч= 68,3А,

I1=, (2.10)

I1= = 36,6 А.

2.2 Расчёт и выбор трансформатора тиристоров

Тиристоры выбираются по среднему значению тока, протекающему через них и величине обратного напряжения.

При этом должен быть обеспечен достаточный запас по току и напряжению. Среднее значение тока тиристора

Ia=kзi, (2.11)

где kзi =1,5 - коэффициент запаса по току;

kоx - коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля. При естественном охлаждении kоx =0,35;

kвэ - коэффициент, принимаем по [1, табл.1.9], kвэ =0,333.

Среднее значение тока тиристора по формуле (2.11):

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5