В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты — режимом работы инвертора. При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (Uвых= var, fвых= var).Проверка и уточнение выбора электродвигателя.
Проверка электродвигателя на перегрузочную способность.
Пускэлектродвигателя привода при любом положении створки ворот в диапазоне угловсостоится в том случае, если начальный пусковой момент при условии допустимого снижения напряжения в сети до величины 0,9Uном относительно номинального значения Uном. Проверка на перегрузочную способность в этом случае выполняется по условию, где — начальный пусковой момент (Нм) электродвигателя. Характеристики выбранного электродвигателя (таблица 2):Таблица 2 — Параметры электродвигателя 4MTF (H) 112L6РП, кВтN, об/минI1,АcosφI2,АIхх, АMmax, Н*мr1,ОмХ1,Омr2,ОмХ2,ОмЕ2к, BJ, кг*м22,28 307,20,7611,05,51 552,973,110,5650,1 131 440,035Для предварительно выбранного двигателя определяем синхронную частоту вращения n0(об/мин) и максимальный момент МДmax (Нм), начальный пусковой момент МДП: Частота тока f=50 Гц, число пар полюсов статора р=3, синхронная частота вращения:
об/мин.Нм НмДвигатель удовлетворяет условиям проверки на перегрузочную способность. Проверка электродвигателя по аварийному режиму работы: «наезд на препятствие"В механической передаче привода предусматривается упругое звено для снижения нагрузки в механической передаче при «внезапномстопорении».Максимальная нагрузка ММПmax не должна превосходить допустимой нагрузки МТдоп на тяговый орган, приведенной к валу электродвигателя. Условие проверки:
Допустимый момент на тяговом органе, приведенный к валу двигателя, находится по формуле, где — допустимое усилие на тяговом органе, кН, Dк — диаметр приводного колеса,ηз — КПД зубчатых передач. НмМаксимальное значение момента МТmax при внезапном стопорении может быть определено по формуле, НмВыбранный двигатель удовлетворяет условиям проверки. Разработка электрической схемы электропривода и описание её работы.
В выходном каскаде используем мостовую схему с четырьмя выходными IGBT транзисторами (рисунок 8.1):Рисунок 7.1 — Схема силовой цепи.
Применение такой схемы позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно. Расчёт и выбор основных элементов и устройств8.
1 Расчет инвертора.
Максимальный ток через ключи инвертора по [10]: А , — коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току;
— коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока;
— номинальный к.п.д. двигателя. Транзисторы IGBT выбираются с постоянным (номинальным) током коллектора по условию:.По [10] выбираем транзистор IRGS14C40L фирмы IR, имеющий следующие параметры:
рабочий ток (при С): Ic=12 А;
— напряжение насыщения (при С): Uce (sat)=1,2 В;
— класс по напряжению: Uce=430 B;
— корпус: TO-220АВ.Данный транзистор выпускается в одном корпусе с встречно-параллельным диодом. Общий вид и схема IGBTтранзистора представлен на рисунке 8.
1. Рисунок 8.1 — Общий вид и схема транзистора.
Определим потери в IGBT транзисторе. Потери в IGBT в проводящем состоянии по [4]: Вт, где Iср=Iс, макс/k1=10,2/1,3=7,86 — максимальная величина амплитуды тока на выходе инвертора; D=0,95- максимальная скважность;
— коэффициент мощности;Uce=1,2 B — прямое падение напряжения на IGBT в насыщенном состоянии. Потери IGBT при коммутации:
где tc (on)=0,4 мкc — продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание транзистора;tc (off)=0,7 мкc — продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на закрывание транзистора;Ucc=513 B — напряжение на коллекторе IGBT (напряжение звена постоянного тока для системы АИН-ШИМ);fsw=15 000.
Гц — частота коммутации ключей (частота ШИМ).Суммарные потери IGBT: PQ=Pss+Psw=3,09 +4,87 =7,96 Вт. Потери диода в проводящем состоянии:
Вт, где Iep=Iср=10,2 A — максимум амплитуды тока через обратный диод; Uec=1,2 B — прямое падение напряжения на обратном диоде (в проводящем состоянии).Потери восстановления запирающих свойств диода:
Вт, где Irr=10,2 A — амплитуда обратного тока через диод;trr=0,2 мкс — продолжительность импульса обратного тока. Суммарные потери диода: Pd=Pds+Pdr=15,41+11,628=27,038 Вт. Результирующие потери в IGBT с обратным диодом: PТ=PQ+Pd=7,96+27,038=34,998 Вт.
8.2 Расчет выпрямителя.
Среднее выпрямленное напряжение по [6]: В, где kс, н =1,35.Максимальное значение среднего выпрямленного тока:
Агде n=1 — количество пар IGBT в инверторе. Максимальный рабочий ток диода:
А, где kcc=1,045. Максимальное обратное напряжение вентиля:
В, где kc=1,1 — коэффициент допустимого повышения напряжения сети;
В — запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока. Вентили выбираются по постоянному рабочему току и по классу напряжения, .Согласно этому условию выбираем по [6] диод HFA15TB60S, имеющий следующие параметры:
повторяющееся импульсное обратное напряжение:;
— максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при Гц: А;
— корпус: TO-220АC.Общий вид диода и схема подключения представлен на рисунке 8.
2.Рисунок 8.2 — Общий вид диода и схема выводов8.
3 Расчет фильтра.
Коэффициент пульсаций на входе фильтра по [6]:, где m=6 — пульсность схемы выпрямления. Величина минимальной индуктивности фильтра: Гн, Для обеспечения коэффициента мощности на выходе выпрямителя km=0,95 индуктивность дросселя определяется условием. Тогда необходимое значение индуктивности:
Гн.Выбираем силовой дроссель B82 732 °F тококомпенсированныйдвухобмоточный на ферритовой рамке.
Номинальное напряжение 250 В ACНоминальный ток от 0,45 A до 1,6 AНоминальная индуктивность 10 мГнКонструкция:■ Тококомпенсирующий сдвоенный FC-дроссель■ Закрытый магнитный контур в виде рамки из феррита■ Материал каркаса PET, соответствующий UL94 V-0■ 4-секционная обмотка с прямой намоткой на сердечник■ Низкий профиль (14 мм)■ Зазор между секциями и длина пути утечки >3 мм. Общий вид дросселя представлен на рисунке 8.
3.Рисунок 8.3 — Общий вид дросселя B82732FЕмкость конденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора: Ф, где Ism1=7,2 А — амплитудное значение тока в фазе статора двигателя;
— угол сдвига между 1-ой гармоникой фазного напряжения и фазного тока. Амплитуда тока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (по 1-ой гармонике): А, где q1вых=0,011 — коэффициент пульсаций на выходе фильтра. Конденсатор должен выбираться на емкость С03, допустимый по амплитуде ток более ICom и напряжением не менее 500 В. Согласно этим условиям по [6] выбираем конденсатор МБГТ. Технические параметры конденсатора:
номинальное напряжениеUн=600 Вноминальная емкостьCн=2 мк.
Ф — габаритные размеры65×105×100- массаm = 1,35 кг.
Общий вид конденсатора представлен на рисунке 8.
4.Рисунок 8.4 — Общий вид конденсатора.
Список использованной литературы1. Бакишев Р. Ф. Электропривод: Учебное пособие для академическогобакалавриата. Р. Ф. Бакишев. Ю. Н. Дементьев. — Изд-во: Юрайт. 2016 г. — 301 с.
2.Шорин В. И. Электрооборудование гидротехнических сооружений: Учебникдля вузов. В. П. Шорин. — СПб.: СПГУВК. 2000. — 320 с.
3.Белов Б. А. Электрооборудование и электроснабжение береговых установок речного транспорта: Учебник для вузов водного транспорта / Б. А. Белов. В. С. Орлов. — М.: Транспорт: 1991.-352 с.
4.Руководящий технический материал. Расчет и выбор электрооборудования гидротехнических сооружений. РТМ 212.
0106−81. М.: Транспорт. 1983. — 64 с.
5.Терехов В. М. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб, заведений В. М. Терехов. О. И. Осипов: Под ред. В. М. Терехова. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 304 с.
6.Розанов Ю. К. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб, пособие для студентов высш. учеб, заведений Ю. К. Розанов. Е. М. Соколова. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 272 с.
7.Тырва В. О. Электрические и электронные аппараты электроприводов и систем автоматики: Учеб, пособие / В. О. Тырва. — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова. 2015. — 336 с.
