Курсовая работа
«Электрооборудованиепромышленности»
Техническоезадание и исходные данные на проектирование.
Задание 1
1. Спроектироватьуправляемый выпрямитель (УВ) для электродвигателя постоянного тока тиристорногоэлектропривода. Вычертить принципиальную электрическую схему УВ с соблюдениемправил выполнения типовых электрических схем [15]. Технические данныеэлектродвигателя даются в табл.7.5.
2. Построитьрегулировочную характеристику выпрямителя.
3. Вычислитьминимальное /> имаксимальное /> значения углов включениятиристоров, которые должна сформировать СИФУ для стабилизации выходногонапряжения УВ />на уровне 0,7/>при нестабильном фазовомнапряжении вентильной обмотки />изменяющемся от /> до />. Потери напряжения вфазах УВ не учитывать.
4. Вычертитькривые мгновенных значений фазных напряжений /> и /> (/>, масштаб 30 эл. градусов в 1 см.или /> рад.в 1 см.) и напряжения /> на выхода тиристорной группы приминимальном /> имаксимальном /> значениях фазного напряжения.Отметить уровень 0,7/>и значения углов /> и />.
5. Вычислитьнаибольшую мощность потерь в тиристорах за счет прохождения прямого тока икоэффициент использования вентильных обмоток трансформатора.
Техническиеданные двигателей постоянного тока серии 2П№
Ud, В Pн, кВт Тип двигателя η, %
Lя.ц., мГн
nном, об/мин
ξп
ξм 4 220 10 2ПО180М 79 4,2 1500 0,75 1,1
Задание 2
Спроектироватьдвухзвенный преобразователь частоты (ПЧ) с автономным инвертором дляэлектропитания асинхронного двигателя в энергосберегающем электроприводепеременного тока. Технические данные даются в табл.7.6.
Вычертитьэлектрическую функциональную схему электропривода переменного тока спреобразователем частоты в соответствии с правилами ГОСТ. Построить таблицу дляалгоритма переключения силовых ключей П4 с интервалами проводимости ключей 180эл. град. вычертить в масштабе кривые мгновенных значений трёхфазных напряженийна выходе П4. По оси абсцисс рекомендуется масштаб 30 эл. град. в 1 см. вдиапазоне />
Техническиеданные асинхронных двигателей серии RA№
Uл, В
Pн, кВт
Тип
двигателя
ηн,% cosφ
Nном, об/мин 4 380 15,0 RA160MB2 90,0 0,86 2940
Аннотация
В даннойкурсовой работе рассмотрены и рассчитаны управляемый выпрямитель (УВ) ипреобразователь частоты (ПЧ) для электротехнического комплекса и системы.Выбраны схемы УВ и ПЧ для данного варианта задания. В работе представлены:регулировочная характеристика, кривые мгновенных значений фазных U и U навыходе тиристорной группы (для минимального и максимального углов отпирания),временные диаграммы выходного напряжения ПЧ с ШИМ регулированием, временныедиаграммы ступенчатых трехфазных выходных напряжений ПЧ.
В данной работеиспользовано: — стр., 6 таблиц.
Содержание
Техническое задание
Аннотация
Введение
Глава 1. Расчетуправляемого выпрямителя для электродвигателя постоянного тока тиристорногоэлектропривода
1.1 Выборрациональной схемы управляемого выпрямителя и силовая часть электропривода
1.2 Расчети выбор преобразовательного трансформатора
1.3 Выбортиристоров
1.4 Выборсглаживающего реактора
1.5 Описаниеработы схемы УВ
1.6 Регулировочнаяхарактеристика выпрямителя. Расчет /> и />
Глава 2. Расчетдвухзвенного преобразователя частоты для частотно-регулируемого электроприводаперекачки жидкости
2.1 Описаниеэлектрической схемы электропривода
2.2 Структура и принципдействия преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока
2.3 Расчет инвертора
2.4 Потери мощности вIGBT транзисторе
2.5 Расчет выпрямителя
2.6 Расчет параметровохладителя
2.7 Расчет сглаживаемогофильтра
2.8 Расчет снаббера
Заключение
Приложения
Библиографический список
Введение
Цель и задачапроекта и пути решения этой задачи.
Цельюкурсовой работы является выбор схемы и расчет УВ. Для регулируемогоэлектропривода постоянного тока. Частота вращения двигателя регулируется какизвестно двумя способами:
1. Понижениемнапряжения на якорной обмотке при этом частота вращения уменьшается.(якорноерегулирование)
2. Полюсноерегулирование, путем уменьшения напряжения на обмотке возбуждения, при этомчастота вращения увеличивается за номинальную.
В курсовойработе проводится расчет управляемого выпрямителя для якорного регулированияскорости.
Выполняетсяэлектрический и тепловой расчет преобразователя частоты на IGBT транзисторах,для частотно-регулируемого энергосберегающего электропривода с асинхроннымприводом. Нагрузкой асинхронного двигателя служит центробежный насос дляперекачки жидкости.
Глава 1. Расчетуправляемого выпрямителя для электродвигателя постоянного тока тиристорногоэлектропривода
1.1 Выборрациональной схемы управляемого выпрямителя и силовая часть электропривода
Рациональнаясхема управляемого выпрямителя выбирается по выходной мощности выпрямителя
/> (1.1)
если />кВт рационаленвыпрямитель по трёхфазной нулевой схеме. Если />кВт по трёхфазной мостовой
/>кВт
/>кВт значитвыбираем трёхфазную мостовую схему
1.2 Расчети выбор преобразовательного трансформатора
Теоретическоезначение напряжения вентильной обмотки трансформатора
/> (1.2)
/>
/>В
где />коэффициент,характеризующий соотношение напряжений в идеальном выпрямителе, приведен втабл.7.2.
Необходимыезапасы напряжения вентильной обмотки
/> (1.3)
/>
/>В
коэффициентзапаса />, учитываетвозможное снижение напряжения сети на 5-10% от Uс.ном.;
коэффициент />, учитываетнеполное открывание тиристоров;
коэффициент />, учитываетпадение напряжения в обмотках трансформатора и в тиристорах;
Расчетноедействующее значение тока вторичной обмотки определяют по формуле
/> (1.4)
/>
/>А
где /> (1.5)
/>
/>А
где /> — номинальнаямощность двигателя постоянного тока, /> - его к.п.д;
Коэффициентсхемы />(табл.7,2), характеризует отношение токов /> в идеальном выпрямителе,коэффициент /> учитываетотклонение формы анодного тока тиристоров от прямоугольной и согласноэкспериментальным данным составляет 1.05-1.1.
Действующеезначение тока вентильной обмотки
/> (1.6)
/>
/>А
где />-коэффициенттрансформации трансформатора
Коэффициенттрансформации трансформатора
/> (1.7)
/>
/>
Расчетнаятиповая мощность трансформатора
/> (1.8)
/>
/>кВА
гдекоэффициент />-коэффициент схемы (табл 7.2) [3], характеризующий соотношение мощностей S/Ud*Idдля идеального выпрямителя с нагрузкой напротивоЭДС.
На основаниирасчетных данных (/>,/>) выбираем по справочнику [1] преобразовательныйтрансформатор: ТСЗМ-16-ОМ5
Параметрытрансформатора ТСЗМ-16-ОМ5
Т — Трехфазный
СЗ –естественное воздушное охлаждение при защитном исполнении
М – многообмоточный
Мощность 16кВА
/>В
/>В
Габаритныеразмеры
L=638мм
В=385мм
Н=490мм
Масса=145кг
Коэффициенттрансформации трансформатора для теоретических значений
/>
/>
1.3 Выбортиристора
Среднеезначение прямого тока тиристора в заданной схеме управления определяется поформуле
/> (1.9)
/>
/>-коэффициентзапаса по току, учитывает кратность пускового тока; />число фаз преобразовательногосилового трансформатора; />коэффициент, учитываетинтенсивность охлаждения силового тиристора (/>1,0 при принудительном и />0,33-0,35 приестественном воздушном охлаждении со стандартным радиатором, соответствующим данномутипу полупроводникового прибора).
Расчетноезначение максимального обратного напряжения, прикладываемого к тиристорам,вычисляется по формуле
/> (1.10)
/>
/>В
/>
/>
/>B
/>коэффициентзапаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сетии периодические выбросы />, обусловленные процессомкоммутации вентилей; />(табл.7.2)-коэффициент обратногонапряжения, равный отношению напряжений />для принятой схемы выпрямителя; />-напряжение навыходе преобразователя при α=0.
По полученнымданным выбираем силовой тиристор: Т151-100
/> (1.11)
Параметрытиристора Т151-100/6 класс/стандартное охлаждение
/>А
/>B
1.4 Выборсглаживающего реактора
Требуемаясуммарная индуктивность якорной цепи преобразователь – двигатель
/> (1.12)
/>
/>Гн
/>В
/>действующеезначение первой гармоники выпрямительного напряжения. При предельном углерегулирования α=900для соответствующего значения числапульсаций m=6 определяется по известному значению />, т.е. />минимальный ток нагрузки преобразователя,принимаемый равным 5% от />.
m- числопульсаций выпрямленного напряжения за период частоты напряжения сети.
/> — угловаячастота первой гармоники напряжения сети при />Гц.
Необходимаяиндуктивность сглаживающего реактора
/> (1.13)
/>
/>мГн
Индуктивностьфазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя
/> (1.14)
/>
/>Гн
/>напряжениекороткого замыкания трансформатора (/>);
Если />в (1.14)получилась меньше или равна нулю, то применять реактор в схеме нетнеобходимости, т.к. сумма индуктивности /> достаточна для обеспечениянепрерывности тока двигателя.
Выбираемсглаживающий реактор [2]
По следующимданным:
/>мГн
/>А
Тип РТСТ-41-1,01
Р – реактор
Т –трёхфазный
С –сглаживающий
Т — токоограничивающий
/>В
/>А
/>мГн
/>мОм
Масса 23 кг
1.5Описание работы схемы УВ
Схемаприведена в конце курсового проекта. Приложение 1
На схеме:
— входнойсогласующий трансформатор ТV;
— автоматический выключатель QF;
— силовые предохранители FU;
— контактор КМ;
— блок силовых полупроводниковых приборов UZ;
— дроссель L;
— приборы индикации тока и напряжения на выходе устройства RS;
— органы контроля и управления устройства SB;
— блоки системы управления преобразователем U;
— блоки источника питания системы управления G;
— входные и выходные зажимы силовых цепей X1, Х2.
Трехфазноенапряжение питания Uc=380 В промышленной частоты f=50 Гц, через входные клеммыподается на разъединитель, предназначенный для предотвращения подачи напряженияна установку при наладке, профилактических осмотрах с целью обеспечениявидимого разрыва электрической цепи. При включении разъединителя напряжениеподается на согласующий трансформатор (схема соединения звезда-звезда),осуществляющий гальваническое разделение и согласование напряжения сети свходным напряжением выпрямителя. При замыкании автоматического выключателя,установленного для защиты питающих сетей и цепей нагрузки от токов короткогозамыкания и тепловой защиты от длительной перегрузки, напряжение черезпредохранители подается на входные клеммы силового контактора. Силовойконтактор предназначен для автоматического и дистанционного включения установкина нагрузку и отключения вторичных цепей. При включении силового контактора иподачи управляющих выходных импульсов СИФУ на силовые полупроводниковые приборыза счет регулирования электрического угла открытия тиристоров происходитрегулируемое преобразование энергии переменного тока в энергию постоянноготока.
Преобразовательвыполнен по трехфазной, полностью управляемой тиристорной мостовой схеме, чтопозволяет при работе на электрическую машину постоянного тока получать каквыпрямительный, так и инверторный режим работы или потреблять и отдаватьэнергию в сеть, обеспечить как двигательный, так и генераторный режим работыдвигателя. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепь нагрузки включендроссель. Устройство позволяет регулировать напряжение в пределах 0 – Ud.Так как номинальное напряжение катушки контактора, цепей управленияпреобразователя и источников питания U=220 В, то для обеспечения такого уровнянапряжения предусмотрен нулевой провод РЕ. Для сигнализации наличия напряжениявключения и отключения преобразователя на нагрузку в схеме установкипредусмотрены сигнальные индикаторы HL.
Всостав трехфазного мостового тиристорного преобразователя (рис.7.1) входят двегруппы тиристоров – катодная VS1, VS3, VS5 и анодная VS2, VS4, VS6,трансформатор и система импульсно-фазового управления СИФУ. Системавырабатывает импульсы управления тиристорами с заданной фазой по отношению кнапряжению сети. Тиристоры в каждой группе открываются с интервалом 2π/m(m=6). Углы открытия тиристоров в обеих группах отсчитываются от моментовестественного включения, соответствующих моменту равенства фазных или линейныхЭДС. Ток в преобразователе всегда протекает по двум тиристорам, принадлежащим кразличным вентильным группам, и по двум обмоткам трансформатора.
Поэтомупри открывании тиристора в фазе а импульсом, поступающим от СИФУ в моментUe+α (где Ue – угол естественного включения неуправляемогопреобразователя) необходимо также подать импульс управления на VS6 фазы в. ЭДСв цепи нагрузки е2d становится равной линейной ЭДС е2аb=ea–eb. В режиме непрерывного тока в момент открывания очередноготиристора ток еще продолжает протекать через ранее открытый тиристор. Время, втечение которого ток переходит с одного тиристора на другой, называетсяинтервалом коммутации γ.
Необходимостьодновременного открывания двух тиристоров, принадлежащих разным группам,требует наличия широких импульсов управления (λу > 60°) илисдвоенных узких импульсов, сдвинутых друг от друга на 60°. Выпрямленноенапряжение ud описывается кривой линейного напряжения. Пульсациикривой соответствуют шестикратной частоте по отношению к частоте переменноготока (m=6). Длительность протекания тока в каждом тиристоре равнаγ+2π/3. Среднее значение тока IVS=Id/3. Прибольших углах управления (α>90°) тиристор до подачи импульса управлениядолжен выдерживать без преждевременного открытия максимальное значение прямогонапряжения, а после его закрытия максимальное значение обратного напряжения иначальный скачок обратного напряжения.
Обратноенапряжение определяется линейным напряжением, так как в непроводящую частьпериода неработающие тиристоры присоединены к двум фазам трансформатора черезработающие. Ток во вторичной обмотке трансформатора переменный и равен сумметоков тиристоров, присоединенных к данной фазе. Поток вынужденногонамагничивания в магнитопроводе не возникает, поскольку по вторичным обмоткам,расположенным на разных стержнях, всегда протекают противоположные понаправлению и равные по величине токи.
§1.6Регулировочная характеристика выпрямителя. Расчет /> и />
/>В (1.15)
где />для трех фазноймостовой схемы и />для трех фазной нулевой схемы.
/>В
/>В
/>В
/>В
/>
/>
00
300
450
600
900
/> 292,5 256,7 204,7 146,2
Приуменьшении />,получается выпрямленное напряжение
/>
/> (1.16)
/>В
/>В
/>В
/>В (1.17)
/>В
/> В
/>
/>
00
300
450
600
900
/> 219,3 188,6 153,5 109,6
При повышении/>,получается выпрямленное распределение
/>
/> (1.18)
/>
/>В
/>В
/>В (1.19)
/>В
/> В
/>
/>
00
300
450
600
900
/> 321,7 276,6 225,1 160,8
0.7/>=154 В
/>
Регулировочнаяхарактеристика /> />/>
Строим кривыемгновенных значений фазных U и U на выходе тиристорной группы при />
/>
/>
Строим кривыемгновенных значений фазных U и U на выходе тиристорной группы при />
/>
/>
Глава 2. Расчетдвухзвенного преобразователя частоты для частотно-регулируемого электроприводаперекачки жидкости
2.1Описание электрической схемы электропривода
Схемаприведена в конце курсового проекта. Приложение 2
Основныеэлементы, входящие в Функциональную электрическую схему асинхронного ЭП с ПЧ:UZ – неуправляемый выпрямитель; L0, Со – фильтр; RT – термистор, ограничивающийток заряда конденсатора С0; R0 – разрядное сопротивление для конденсатора Со,FU1, FU2 – предохранители; R, С – цепь защиты (снаббер) от перенапряжений наключах IGBT; RS – датчик тока для организации защиты (FA) от сквозных инедопустимых токов перегрузки через IGBT; VT – VD – интегрированный трехфазныйинвертор на IGBT с обратным диодным мостом.
Основныеблоки в системе управления:
— блокпитания, содержащий восемь развязанных между собой источников напряжения;
— микроконтроллер AD на базе сигнального процессора 1899BE1;
— платаиндикации DS с переключателем способа управления местное / дистанционное;
— блоксопряжения ТВ по работе с внешними сигналами или командами;
— согласующиеусилители UD – драйверы IGBT.
2.2Структура и принцип действия преобразователя частоты с промежуточным звеномпостоянного тока
Впреобразователе применена наиболее распространенная для управления асинхроннымкороткозамкнутым двигателем схема ПЧ с автономным инвертором напряжения (АИН) сширотно-импульсной модуляцией (ШИМ) напряжения на выходе и неуправляемымвыпрямителем на входе силовой части схемы и микропроцессорным управлением. Припитании от сети 380 В наиболее рациональным является применение в инверторе полупроводниковыхвентилей нового поколения – биполярных транзисторов с изолированным затворомIGBT.
Основныеэлементы, входящие в схему (2): UZ – неуправляемый выпрямитель; L0, Со –фильтр; RT – термистор, ограничивающий ток заряда конденсатора С0; R0 – разрядноесопротивление для конденсатора Со, FU1, FU2 – предохранители; R, С – цепьзащиты (снаббер) от перенапряжений на ключах IGBT; RS – датчик тока дляорганизации защиты (FA) от сквозных и недопустимых токов перегрузки через IGBT;VT – VD – интегрированный трехфазный инвертор на IGBT с обратным диодныммостом.
Основныеблоки в системе управления:
— блокпитания, содержащий восемь развязанных между собой источников напряжения;
— микроконтроллер AD на базе сигнального процессора 1899BE1;
— платаиндикации DS с переключателем способа управления местное / дистанционное;
— блоксопряжения ТВ по работе с внешними сигналами или командами;
— согласующиеусилители UD – драйверы IGBT.
Работаетэлектропривод следующим образом. При подаче силового напряжения 380В на входвыпрямителя UZ в звене постоянного тока происходит процесс заряда конденсаторафильтра C0, который определяется величинами L0, C0.Одновременно с этим в информационную часть схемы подается питание (напряжения U1– U8). В процессе выдержки времени на установление напряженийстабилизированных источников питания U1 – U4 аппаратнаязащита FA блокирует открывание ключей инвертора и происходит запуск программыуправления процессором по аппаратно-формируемой команде «Рестарт». Выполняетсяпредустановка ряда ячеек ОЗУ процессора (установка начальных условий),определяется способ управления «Местное/Дистанционное», «по умолчанию»устанавливается режим работы «Подача» (Q). Если с датчиков тока фаздвигателя ТАА – ТАС, аппаратной защиты FA, напряжения сети Uс поступаетинформация о нормальных параметрах, то привод готов к работе, на цифровойиндикатор выводятся нули, светится светодиод «Подача». В противномслучае загорается светодиод «Авария» и на цифровом индикаторепоявляется код срабатывания той или иной защиты.
Дляуправления двигателем процессор формирует систему трехфазных синусоидальныхнапряжений, изменяемых по частоте и амплитуде, и передает их в модулятор, вкотором синусоидальные сигналы управления фазами – “стойками” инвертора,состоящими из последовательно включенных ключей IGBT, преобразуются вдискретные команды включения и отключения транзисторов классическим методомцентрированной синусоидальной ШИМ. Несущая частота ШИМ составляет от 5 кГц до15 кГц.
Методикарасчета приводится для ПЧ с АИН (рис. 7.2), выполненного на гибридных модулях,состоящих из ключей IGBT и обратных диодов FWD, смонтированных в одном корпусена общей тепловыводящей пластине.
2.3 Расчётинвертора
Максимальныйток через ключи инвертора определяется из выражения:
/> (2.1)
/> А
/> А
где Pн –номинальная мощность двигателя, Вт; kI = (1,2–1,5) – коэффициентдопустимой кратковременной перегрузки по току, необходимой для обеспечениядинамики электропривода; k2 = (1,1–1,2) – коэффициент допустимоймгновенной пульсации тока; ηн – номинальный КПД двигателя; Uл– линейное напряжение двигателя, В.
Среднеевыпрямленное напряжение
/> (2.2)
/>
/>В
где kсн= 1,35 для мостовой трехфазной схемы; kсн = 0,9 – для мостовой однофазнойсхемы.
Выбираем IGBTмодуль при условии Iс ≥ Iс.макс. и Uce≥Ud
Выбрали 3модуля CM100D-Y-12H для функциональной электрической схемы АД эл. привода с ПЧ.
ПараметрыIGBT модуля CM100D-Y-12H
Тип
прибора
Предельные
параметры Электрические характеристики Обратный диод
Тепловые
и механические параметры Масса, г
UCE(sat), B
Cies, нФ
Cоes, нФ
Cres, нФ
td(on), нс
tr,
нс
td(off),
нс
tf,
нс
UCES,
B
IC,
A
PC,
Вт типовое максимальное
Uf,
B
trr,
нс
Rth(c-f),
oC/Вт IGBT Диод
Rth(j-f),
oC/Вт CM100D-Y-12H 600 100 400 2,1 2,8 10 3,5 2 120 300 200 300 2,8 110 0,15 0,31 0,7 190
Примечание: UCES– максимальное напряжение коллектор-эмиттер; IC – макси мальныйток коллектора; PC – максимальная рассеиваемая мощность; UCE(sat)– напряжение коллектор-эмиттер во включенном состоянии; Cies –входная емкость; Cоes – выходная емкость; Cres – емкостьобратной связи (проходная); td(on) – время задержки включения; tr– время нарастания; td(off) — время задержки выключения; tf– время спада; Uf – прямое падение напряжения на обратном диодетранзистора; trr – время восстановления обратного диода привыключении; Rth(c-f) – тепловое сопротивление корпус-охладитель; Rth(j-f)– тепловое сопротивление переход-корпус.
2.4 Потеримощности в IGBT
Потери в IGBTв проводящем состоянии
/> (2.3)
/> А (2.4)
/> Вт
/> Вт
где Iср= Iс.макс/k1 – максимальная величина амплитуды тока навходе инвертора; D = (tp/T) – максимальная скважность, принимаетсяравной 0,95; cos θ – коэффициент мощности, примерно равный cosφ;Uce(sat) – прямое падение напряжения на IGBT в насыщенном состоянии при Iсри Тj = 125 °С (типовое значение 2,1–2,2 В).
Потери IGBTпри коммутации
/> (2.5)
/>
/>Вт
где tc(on),tc(off) – продолжительность переходных процессов по цепи коллектораIGBT соответственно на открывание и закрывание транзистора, с (типовое значениеtс(on) = 0,3 – 0,4 мкс, tс(off) = 0,6–0,7 мкс); Ucc– напряжение на коллекторе IGBT (коммутируемое напряжение, равное напряжениюзвена постоянного тока для системы АИН–ШИМ), В; fsw – частотакоммутаций ключей (частота ШИМ), обычно от 5000 до 15000Гц.
Суммарные потериIGBT
/> (2.6)
/>Вт
Потери диодав проводящем состоянии
/> (2.7)
/>
/>Вт
где Iеp= Iср – максимум амплитуды тока через обратный диод, А; Uec– прямое падение напряжения на диоде (в проводящем состоянии) при Iep,B.
Потеривосстановления запирающих свойств диода
/> (2.8)
/>
/>Вт
где Irr.– амплитуда обратного тока через диод (равные Icp), A; trr– продолжительность импульса обратного тока, с (типовое значение 0,2 мкс).
Суммарныепотери диода
/> (2.9)
/>
/>Вт
Результирующиепотери в IGBT с обратным диодом определяются по формуле
/> (2.10)
/>
/>Вт
Максимальноедопустимое переходное сопротивление охладитель — окружающая среда /> °C/Вт, врасчете на пару IGBT/FWD (транзистор/обратный диод)
/> (2.11)
/>
/>/>
где Та– температура охлаждающего воздуха, 45–50 °С; Тс – температура теплопроводящейпластины, 90–110 °С; Рm – суммарная рассеиваемая мощность, Вт, однойпарой IGBT/FWD, Rth(c-f) – термическое переходное сопротивление корпус–поверхностьтеплопроводящей пластины модуля в расчете на одну пару IGBT/FWD, °С/Вт.
Температуракристалла IGBT определяется по формуле
/> (2.12)
/>
/>/>
где Rth(j-c)q– термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для IGBT частимодуля. При этом должно выполняться неравенство
Tja≤ 125 0C.
Температуракристалла обратного диода FWD
/> (2.13)
/>
/>/>
где Rth(j-c)d– термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для FWD частимодуля. Должно выполняться неравенство Тj ≤ 125 0C.
2.5 Расчетвыпрямителя
Максимальноезначение среднего выпрямленного тока
/> (2.14)
/>
/>А
где n –количество пар IGBT/FWD в инверторе.
Максимальныйрабочий ток диода
/> (2.15)
/>
/>А
где приоптимальных параметрах Г-образного LС-фильтра, установленного на выходевыпрямителя, kcc =1,045 для мостовой трехфазной схемы; kcc= 1,57 для мостовой однофазной схемы.
Максимальноеобратное напряжение вентиля (для мостовых схем)
/> (2.16)
/>
/>В
где kc≥ 1,1– коэффициент допустимого повышения напряжения сети; k3H– коэффициент запаса по напряжению (>1,15); ΔUн – запас накоммутационныевыбросынапряжения в звене постоянного тока (≈100–150 В).
Выбираем вентильдля функциональной электрической схемы АД эл. при вода с ПЧ по следующимданным:
/>В
/>А
Выбираемвентиль RM75DZ-2H
/>
/>
Расчет потерьв выпрямителе для установившегося режима работы электропривода (/>):
/> (2.17)
/>
/>Вт
где kcs= 0,577 для мостовой трехфазной схемы; kcs = 0,785 для мостовойоднофазной схемы; Ron – динамическое сопротивление в проводящем состояниивентиля;
Uj– прямое падение напряжения на вентиле при токе 50 мА (Uj + RonIdm/k1)– составляет около 1 В для диода или 1,3 В для тиристора; mv – числовентилей в схеме.
Максимальноедопустимое переходное сопротивление охладитель-окружающая среда /> в расчете навыпрямитель
/> (2.18)
/>/>
где Rth(c-f)– термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящейпластины модуля.
Температуракристалла
/> (2.19)
/>
/>0С
где Rth(j-c)d– термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для одного вентилямодуля; nD – количество вентилей в модуле. Необходимо, чтобывыполнялось неравенство TjDV ≤ 140 0С.
2.6 Расчетпараметров охладителя
При установкемодулей (выпрямитель, инвертор) на общий охладитель требуемое сопротивлениеопределяется аналогично суммарному сопротивлению при параллельном включениирезисторов
Т.к мыпредусматриваем общий охладитель для выпрямленного и автономного инвертора тотепловое сопротивление охладителя находятся по формуле
/> (2.20)
/>
/>/>
Используяграфик зависимости теплового сопротивления /> скорости воздушного потока припринудительном охлаждении радиатора (рис. 1) определяем что при скорости обдуваV=6м/с /> />
/>
рис. 1
Определяем
/> при 6 м/с
/>
/>/>
По полученнымрезультатам выбираем охладитель для вентиля функциональной электрической схемы АД эл. привода сПЧ. [6]
2.7 Расчетсглаживающего фильтра
Коэффициентпульсаций на входе фильтра (отношение амплитуды напряжения к среднему значению)
/> (2.21)
/>
/>
где m –пульсность схемы выпрямления (m = 6 для трехфазной мостовой схемы, m = 2 дляоднофазной мостовой схемы).
Параметрсглаживания LC-фильтра
/> (2.22)
/>
/>
где S = q1вх/q1вых– коэффициент сглаживания по первой гармонике; fs – минимальнаячастота выходного напряжения в ПЧ, равная 30 Гц.
В качествеиндуктивности используем паразитную индуктивность питающей кабельной линии,задаёмся длинной кабельной линии />(50…100)м
Выбираемпогонную индуктивность из справочника />нГн.
Ёмкость конденсаторанеобходимой для реализации LC фильтра
/> (2.23)
/>
/>мкФ
/> (2.24)
/>
/> (2.25)
/>
/>мГн
где Id– номинальный средний ток звена постоянного тока, А.
Емкостьконденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора[1], находится из выражения
/> (2.26)
/>
/>мкФ
/>-амплитудноезначение тока, в обмотке низшего напряжения трансформатора = /> через IGBT ключ />
/>угол сдвига м/упервой гармоникой /> и />на двигателе />=320
/>коэффициентпульсаций на выходе LC фильтра
/>
Амплитудатока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (попервой гармонике)
/> (2.27)
/>А
/>А
где /> — наибольшаяёмкость из /> и/>, />мкФ
Выбираеммарку электролитического конденсатора для батареи конденсаторов на ёмкость неменее 7500 мкФ с напряжением не менее (1,1…1,2) Ud=615,6 В запас понапряжению.
Составляембатарею
/>
Выбираютсянебольшие конденсаторы электролитические с ёмкостью 680 мкФ напряжением 500 В,составляются пары из двух последовательно включённых конденсаторов, ёмкостьтакой пары 340 мкФ, рабочее напряжение 1000 В. Получается параллельновключённых порядка 24 пар, 48 конденсаторов марки Siemens Matsushita Components.Номинальныйток конденсатора свыше 300А, срок службы 15 лет.
2.8 Расчетснаббера
Снабберзащищает цепь от пробоя напряжения, а в частности защищает силовые транзисторыот выброса мощности в следствии паразитной индуктивности.
Рассматриваемаясхема:Схема Особенности
/>
1. Малое число элементов.
2. Низкие потери мощности.
3. Подходит для средней и малой емкости конденсатора. /> /> />
Выбираемёмкость снабберной цепи из расчёта 2 мкФ на 100А коммутированного тока.
Выборвеличины сопротивления производится из условия минимума колебаний токаколлектора при включении IGBT
/> (2.29)
/>
/>Ом
где LSn – индуктивность цепейснаббера, которая не должна быть более 10 нГн.
Мощность врезисторе
/> (2.30)
/>Вт
/>Вт
Выбираемвысокочастотные резисторы />
Для нашейсхемы необходимо 10 резисторов.
Набратьснабберный резистор из резисторов типа МЛТ-1Вт, МЛТ-2Вт
Изстандартных значений по шкале сопротивлений с допуском номинала 5%
Соединяетсяпоследовательно или параллельно собираем резистор RCH
/>
Снабберныйдиод выбирается по табличке [5] диод должен быть сверх высокочастотным или изметодички. Выбираем по току в 20-50 раз меньше среднего тока IGBT транзистора
/>А,
напряжениеснабберного диода />
Выбираемснабберный диод серии MBR5150E для функциональной электрической схемы АДэлектропривода с ПЧ. со следующими данными:
IFAV=5А
URRM=1500В
UFM=2.0В;
tвкл=175нс;
tоткл=130нс
Длянашей схемы нам потребуется 1 диод.
Строимвременные диаграммы ступенчатых выходных напряжений П/Ч.
/>/>/>
/>(/>) (2.31)
/> (2.32)
/>В
/>;/>;/>
/> (2.33)
/> (2.34)
Рассчитываемтекущие значения для каждого периода (всего 10)используя диаграммы выходногонапряжения ПЧ с ШИМ регулированием.
/>Вт
/>
Аналогичнорассчитываем для остальных значений
/> />
/> />
/> />
/> />
/> />
/> />
/> />
/> />
Заключение
В данномкурсовом проекте рассчитан УВ и ПЧ для функциональной электрической схемыасинхронного ЭП с ПЧ и электрической принципиальной схемы УВ.
Рассчитанывсе основные параметры и выбраны все необходимые элементы схемы.
Приложение 1
/>
Приложение 2
/>
Приложение 3
/>
Библиографическийсписок
1. ГерасимовВ.Г. «Электротехнический справочник Т2», МэИ, 2002
2. ГерасимовВ.Г. «Электротехнический справочник Т4», МэИ, 2002
3. КовалевЮ.З., Кузнецов Е.М. «Электрооборудование промышленности» Омск 2006
4. Справочник«Охладители воздушных систем для п/п приборов»
5. ЧебовскийО.Г. Моисеев Л.Г. Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник.2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985. 512 с.
6. Охладителивоздушных систем охлаждения для п/п приборов. Каталог 05.20.06-86 Информэлектра1896 31с.