Расчет управляемого преобразователя автоматизированного электропривода

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Гродненский государственный политехнический колледж

Специальность: 2−530 105 «Автоматизированный электропривод»

Специализация: 2−530 105.01 «Автоматизированные электроприводы в промышленных и транспортных установках»

Специализация: 2−530 105.31 «Наладка и эксплуатация электронных систем электроавтоматики и программного управления автоматизированными электроприводами»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По дисциплине:

Силовая преобразовательная техника На тему:

Расчет управляемого преобразователя автоматизированного электропривода Разработал: Е. В. Калита Группа АЭП-20

Проверил: Н. В. Сурба Гродно — 2011 г СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Анализ существующих схем электропривода

2. Проектирование силовой схемы преобразователя. Расчет параметров и выбор силовых элементов

2.1 Выбор силового трансформатора

2.2 Выбор тиристоров

2.3 Выбор сглаживающего дросселя

3. Проектирование функциональной схемы АЭП

4. Проектирование электрической схемы блока СИФУ электропривода

5. Анализ элементной базы

6. Расчёт и выбор RC-цепочек Заключение Литература ВВЕДЕНИЕ Анализ продукции ведущих мировых производителей систем привода и материалов опубликованных научных исследований в этой области позволяет отметить следующие ярко выраженные тенденции развития электропривода:

Приводом следующего века по прогнозам большинства специалистов станет привод на основе вентильно-индукторного двигателя (ВИД). 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 обеспечены только при применении мощной микропроцессорной системы управления в сочетании с современной силовой электроникой. Усилия многих разработчиков в мире сконцентрированы в этой области. Для типовых применений перспективны индукторные двигатели с самовозбуждением, а для тяговых приводов — индукторные двигатели с независимым возбуждением со стороны статора. В последнем случае появляется возможность двухзонного регулирования скорости по аналогии с обычными приводами постоянного тока.

Усложнение структур управления приводами потребовало резкого увеличения производительности центрального процессора и перехода к специализированным процессорам с объектно-ориентированной системой команд, адаптированной к решению задач цифрового регулирования в реальном времени.

Рост вычислительных возможностей встроенных систем управления приводами сопровождается расширением их функций. Кроме прямого цифрового управления силовым преобразователем реализуются дополнительные функции поддержки интерфейса с пользователем (через пульт оперативного управления), а также управления технологическим процессом В состав системы управления входят: универсальный регулятор технологической переменной, а также генератор управляющих воздействий на базе часов реального времени.

Перспективные системы управления электроприводами разрабатываются с ориентацией на комплексную автоматизацию технологических процессов и согласованную работу нескольких приводов в составе промышленной сети.

Возросшие возможности микропроцессорной техники привели к тому, что при массовом производстве изделий с объемом выпуска не менее 10 000 штук в год, оказывается возможным и экономически целесообразным создание мощных, однокристальных систем управления приводами на базе DSP-микроконтроллеров. Их стоимость при ограниченных интерфейсных функциях не будет превышать 10−20 $.

Основные затраты при разработке систем управления приводами приходятся не на создание аппаратной части контроллера, а на разработку алгоритмического и программного обеспечения. Поэтому роль специалистов в области теории электропривода существенно возрастает.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 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. По прогнозам специалистов в начале следующего века доля приводов постоянного тока сократится до 10% от общего числа приводов.

Преимущественное применение в настоящее время имеют привода с короткозамкнутыми асинхронными двигателями. Большинство таких приводов (около 80%) — нерегулируемые. В связи с резким удешевлением статических преобразователей частоты доля частотно-регулируемых асинхронных электроприводов быстро увеличивается.

Естественной альтернативой коллекторным приводам постоянного тока являются привода с вентильными, т. е. электронно-коммутируемыми двигателями. В качестве исполнительных бесколлекторных двигателей постоянного тока (БДПТ) преимущественное применение получили синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов или с электромагнитным возбуждением (для больших мощностей). Этот тип привода наиболее перспективен для станкостроения и робототехники, однако, является самым дорогостоящим. Некоторого снижения стоимости можно добиться при использовании синхронного реактивного двигателя в качестве исполнительного числа механизмов, требующих либо широкого изменения диапазона частоты вращения приводных двигателей, либо высокой степени стабилизации частоты вращения на заданном уровне.

Для большинства массовых применений приводов (насосы, вентиляторы, конвейеры, компрессоры и т. д.) требуется относительно небольшой диапазон регулирования скорости (до 1:10, 1:20) и относительно низкое быстродействие. При этом целесообразно использовать классические структуры скалярного управления. Переход к широкодиапазонным (до 1:10 000), быстродействующим приводам станков, роботов и транспортных средств, требует применения более сложных структур векторного управления. Доля таких приводов составляет сейчас около 5% от общего числа и постоянно растет.

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 (фаззи-логики). Системы прямого цифрового управления моментом ориентированы в первую очередь на транспорт, на использование в кранах, лифтах, робототехнике.

Стремление предельно удешевить привод, особенно для массовых применений в бытовой технике (пылесосы, стиральные машины, холодильники, кондиционеры и т. д.), привело к отказу от датчиков механических переменных и переходу к системам бездатчикового управления, где для оценки механических координат привода (положения, скорости, ускорения) используются специальные цифровые наблюдатели. Это возможно только при высокой производительности центрального процессора, когда система дифференциальных уравнений, описывающих поведение привода, может быть решена в реальном времени.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И НАБОРОВ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Для определения вида силовой схемы преобразователя проанализируем данные к курсовой работе. Привод осуществляется двигателем постоянного тока с номинальным напряжением 220 В. Мощность двигателя (11 кВт) и поэтому оправдано применение трёхфазной мостовой схемы выпрямления (рис. 1). Найдем номинальный ток двигателя, зная его основные параметры (таблица 1).

Таблица 1

Технические данные двигателя 2ПН160МУХЛ4

2.1 Выбор силового трансформатора Силовой трансформатор применяется для согласования номинального напряжения двигателя с выпрямленным напряжением.

Выбор трансформатора осуществляется в следующей последовательности: Находим требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора по формуле:

(1)

где: E2 — ЭДС вторичной обмотки трансформатора где: Uн — номинальное напряжение двигателя;

kсх=2,34;

Кс — коэффициент учитывающий возможность снижения напряжения сети;

К_R — коэффициент учитывающий напряжение на активном сопротивлении трансформатора, падение напряжения на вентилях и падение напряжения из-за коммутации вентилей;

Кa — коэффициент учитывающий неполное открывание вентилей. Для реверсивных преобразователей Кa=1,2;

Подставим данные значения в формулу 1:

Рассчитываем типовую мощность трансформатора:

(2)

где: P — мощность постоянных составляющих напряжения и тока выпрямителя;

Кр — коэффициент учитывающий превышение типовой мощности над мощностью постоянных составляющих. Для трёхфазной мостовой схемы kр=1,045.

Найдём типовую мощность по формуле:

Найдём расчетную (полную) мощность трансформатора:

где: Кj — коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной;

Выбираем Кj=1,08.

Тогда

Из каталога выбираем трансформатор по соотношениям:

Таким образом, из каталога выбираем трансформатор ТТ — 8 со следующими данными:

Находим активное и индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

где: — нагрузочные потери трансформатора (могут быть потери КЗ);

m — пульсность схемы (для трёхфазной мостовой схемы m=6).

I₂н — номинальный ток фазы вторичной обмотки трансформатора;

Подставим данные в формулу 4:

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

(5)

где: Zк — полное сопротивление КЗ трансформатора;

где: Ек — напряжение КЗ трансформатора;

Отсюда, подставим получившие данные в формулу 5:

2.2 Выбор тиристоров 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 в следующей последовательности:

Определяем класс вентиля по напряжению:

(7)

где: Кзu — коэффициент запаса по рабочему напряжению (Кзu=.

Выбираем Кзu=2;

Uм — максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю;

U_DRM — напряжение соответствующее определённому классу вентиля;

(8)

где: Uмн — номинальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю;

Кс — коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети;

В, Выбираем тиристор 12 класса.

Определение среднего расчётного тока вентиля.

Для трёхфазной мостовой схемы средний расчётный ток вентиля вычисляется по формуле:

Iн/3, (9)

где: Iн — номинальный ток якоря двигателя;

Найдём действующее значение тока для трёхфазной мостовой схемы:

Рисунок 1. Силовая схема Коэффициент формы тока:

Выбираем тиристор по условию:

где: Кзо — коэффициент запаса по охлаждению ();

Кзрi — коэффициент запаса по рабочему току ;

— предельно допустимый ток.

По каталогу данному условию удовлетворяет тиристор марки Т161−125 с охладителем О171−80. Параметры тиристора приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Параметры тиристора Т161−125 с охладителем О171−80:

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

где: rt — пороговое сопротивление прямой ветви прибора;

Uт (то) — пороговое напряжение прямой ветви прибора;

Tjm — предельно допустимая температура структуры;

Tja — температура окружающей среды.

Rthjaтепловое сопротивление «переход — среда»;

(11)

где: Rthjc — тепловое сопротивление «переход-корпус»;

Rthch — тепловое сопротивление «корпус — контактная поверхность охладителя»;

Rthha — тепловое сопротивление «тепловой охладитель — окружающая среда»;

Т.к. выполняется неравенство: I*таv > Iтav, (30,8>30,21), то данный тиристор подходит для использования в рассчитываемом преобразователе.

2.3 Выбор сглаживающего дросселя Выбор сглаживающего дросселя, включённого последовательно с якорем двигателя, производится для обеспечения непрерывности тока двигателя на всём диапазоне изменения ЭДС преобразователя, а также для ограничения пульсации тока, который ухудшает коммутацию двигателя и увеличивает его нагрев.

Сначала определим требуемую постоянную времени электрической цепи исходя из условий ограничения зоны прерывистого тока:

где: Кгр — постоянный коэффициент схемы выпрямления. Для трёхфазной мостовой схемы Кгр=;

iгрmax — максимальное значение относительного граничного тока зоны прерывистого тока:

где: Iгр max — абсолютное наибольшее значение граничного тока, которое должно быть меньше тока холостого хода. Его значение должно находиться в пределах (0,05…0,15) Iн (для трёхфазных схем);

Iб — базовое значение тока.

Iб= Uм/Rп;

где: Uм — максимальное значение анодного напряжения;

Rп — активное сопротивление якорной цепи в граничном режиме (в режиме прерывистого тока):

где: Rя — сопротивление якоря двигателя;

Rтр — приведённое ко вторичной обмотке активное сопротивление трансформатора.

Rсп — активное сопротивление силового преобразователя, учитывающее падение напряжения на вентилях и проводах:

где: — падение напряжения на вентиле в прямом состоянии (; n — число последовательно включённых вентилей проводящих ток в один и тот же момент времени (n=2).

Теперь можем определить Ттреб:

Далее определяем требуемую индуктивность якорной цепи и требуемую индуктивность сглаживающего дросселя:

где: Lя — индуктивность якоря двигателя. Lя=23 мГн.

Lтр=

щ=314.

Lтр=2029/314=0,18 Гн.

Lдр=0,2952−0,0018−20,18=0,293 (Гн).

По L_др выбираем дроссель марки ФРОС — 10/1 с данными представленными в таблице 3.

Таблица 3

Технические данные дросселя

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АЭП Спроектированная схема преобразователя подходит для электропривода типа «Кемтор». Данный электропривод предназначен для управления приводами главного движения токарных, фрезерных и других станков и представляет собой электропривод постоянного тока с двузонным регулированием скорости. Структурная схема электропривода представлена в графической части 1.

В первой зоне регулирование осуществляется при постоянстве момента М = const за счет изменения подводимого к якорю двигателя напряжения при постоянном потоке возбуждения (D = 1:1000), во второй зоне при постоянстве мощности Р = const за счет ослабления тока возбуждения при номинальном значении напряжения якоря (Д = 1:3,5).

В состав привода входят:

— преобразователь тиристорный для питания якоря и обмотки возбуждения двигателя;

— электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, с встроенным тахогенератором и вентилятором;

— коммутационный трехфазный дроссель;

— трансформатор для питания обмотки возбуждения;

— коммутационный блок, включая и блок динамического торможения.

Условия работы:

— температура окружающего воздуха для преобразователя от +5 до 40 °C;

— температура окружающего воздуха для двигателя от +5 до 40 °C;

— относительная влажность окружающего воздуха не более 80% при +30°С;

— высота над уровнем моря до 1000 м (эксплуатация на большой высоте допустима при соответствующем уменьшении мощности, что согласуется с заводом-изготовителем).

— окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Конструктивно преобразователь имеет блочную конструкцию, газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Конструктивно преобразователь имеет блочную конструкцию, позволяющую оперативную замену блоков и свободный доступ к контрольным точкам в отдельных элементах. Оформлены три блока: два силовых и один с информационной электроникой. Комплект защиты и сигнализации служит для более удобного запуска в эксплуатацию и безаварийной работы. При срабатывании защиты сразу блокируется подача управляющих импульсов к тиристорам. Кроме выше указанных электронных защит, преобразователь защищен от перегрузок тока и межфазовых коротких замыканий с помощью автоматического выключателя.

Привод подсоединяется к питающей сети при помощи трехфазного дросселя оберегающего ее от коммутационных токов преобразователя. Тиристорный блок преобразователя для питания обмотки якоря состоит из двух встречно-параллельных трехфазных мостовых выпрямителей. Управление — раздельное.

Питание обмотки возбуждения осуществляется нереверсивным полууправляемым выпрямителем, с выполнением по однофазной мостовой схеме. Величина тока возбуждения регулируется в зависимости от напряжения якоря.

Система автоматического регулирования осуществляется по двухконтурной схеме с подчиненным регулированием. Сигнал для тока якоря получается выпрямлением сигнала с двух трансформаторов тока.

Регулирование скорости двузонное. В первой зоне (до номинальной скорости) регулирование осуществляется изменением напряжения якоря при сохранении постоянного значения тока возбуждения. Максимальный момент в этой зоне является постоянной величиной и поэтому ее называют зоной регулирования при постоянном моменте.

Во второй зоне (выше номинальной скорости) регулирование осуществляется изменением тока возбуждения при сохранении постоянного значения напряжения в якоре (равное максимальному).

В этой зоне значения номинальной и максимальной мощностей являются постоянными величинами и поэтому ее называют зоной регулирования при постоянной мощности. Величина тока возбуждения регулируется в зависимости от напряжения якоря.

Система управления электроприводом включает в себя следующие основные блоки:

— задатчик интенсивности ЗИ, задающий интенсивность разгона и торможения двигателя, т. е. время, за которое достигается заданная скорость. Если на вход подается задающее напряжение скорости (в диапазоне от 0 до ± 10 В), то на выходе задатчика интенсивности напряжение изменяется линейно до заданной на входе величины;

— регулятор скорости РС, сравнивающий заданную скорость с действительной;

— блок токоограничения БТ, ограничивающий заданный ток таким образом, что на выходе скоростного регулятора напряжение не превышает 11,5 В по абсолютной величине;

— блок модуля задания тока БМТ, повторяющий на выходе напряжение любой полярности на входе с той же самой амплитудой, но всегда со знаком «плюс»;

— блок ограничения момента БОМ;

— регулятор тока РТ, сравнивающий заданный ток с действительным якорным током от датчика тока, причем на выходе напряжение определяет угол открывания тиристоров;

— блок задания тока при нулевой скорости;

— логический блок раздельного управления ЛБ, предназначен для осуществления раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя, обеспечения бестоковой паузы при переключении комплектов тиристоров;

— система импульсно-фазового управления якоря СИФУ (я), которая предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры в цепи якоря;

— корректирующая цепочка в цепи якоря КЦЯ;

— датчик тока якоря ДТЯ, который является формирователем сигнала для якорного тока;

— блок модуля напряжения тахогенератора БМТГ;

— блок модуля якорного напряжения БМЯ;

— корректирующая цепочка в цепи возбуждения КЦВ;

— регулятор тока возбуждения РВ;

— система импульсно-фазового управления возбуждения СИФУ (в), которая предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры в цепи возбуждения.

силовой преобразователь тиристор дроссель

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БЛОКА СИФУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА Система импульсно-фазного управления (СИФУ) формирует для управления тиристорами сдвоенные прямоугольные импульсы, фаза которых относительно силового напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжения, поступающему управляющий орган СИФУ. Структурная схема проведена на рисунке 1.

Рисунок 1

В состав блока СИФУ входит:

1. УС — устройство синхронизации; обеспечивает гальваническую развязку СУ с питающей сетью, отмечает переходы через 0 сетевого напряжения, а так же формирует на своем выходе разрешающие сигналы U_p1и U_p2, которые используются для управления тиристорами.

2. ГРН — генератор развертываемого напряжения; формирует пилообразное напряжение U_п, возвращаясь в исходное состояние в момент подачи импульсов U_синхр.

3. НО — нуль-орган; сравнивает пилообразное U_п и напряжение управления U_у и в момент равенства меняет свое выходное состояние.

4. ФДИ — формирователь длительности импульсов; по «рабочему» фронту сигнала U_но формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристоров силового блока.

5. РИ — распределитель импульсов; управляется сигналами U_p1иU_p2 с выхода УС и служит для распределения импульсов U_GTпо тиристорам.

6. ВФ₁, ВФ₂ — выходные формирователи; формируют открывающие импульсы по мощности, необходимой для надежного включения тиристоров, и обеспечивают потенциальную развязку СУ с силовым блоком.

Диаграмма работы СИФУ представлена в графической части листа 3.

Принципиальная схема приведена в графической части листа 2.

Напряжение синхронизацииU_R(U_S, U_T), находящееся в фазе с силовым питанием, подается на каналы СИФУ со вторичных обмоток трансформаторов. Это напряжение фазосдвигающей цепочкой R1, R2, С1 задерживается приблизительно на 33 эл. градуса (1,8 мс) и подается на компараторы DA1иDA2.

Схема совпадения на диодах VD3 и VD4 формирует короткий отрицательный импульс, запускающий ждущий генератор пилообразного напряжения, выполненный на ОУDA8и транзисторе VT3. Амплитуда пилообразного напряжения, имеющая отрицательную полярность, регулируется потенциометром R21.

На ОУDA12 осуществляется сравнение величины пилообразного напряжения с управляющим, поступающим с выхода усилителя DA11.

На инвертирующем входе ОУ DA11 осуществляется суммирование следующих сигналов: стабилизированного напряжения +9 В, подаваемого через транзисторы VT1 или VT2 с анода стабилитрона VD14. Управление тиристорами выполняет блок логики раздельного управления; отрицательного напряжения смешения от источника -15 В, регулируемого потенциометром R21.

При нулевом задающем напряжении (Uупр=Uрт=0) результирующее напряжение смещения от источника +9 В и — Uсм имеет положительный знак, обеспечивая на выходе ОУ DA11 (контрольная точка 148) отрицательное напряжение около 6 В. Регулированием величиныUсм выставляется начальный угол запаздывания зажигания 120−125°, т. е. в районе точки естественного зажигания тиристора следующей фазы. Так как протекание тока, а следовательно и вращение двигателя, возможно только при положительном напряжении на якоре двигателя (б>120°), то в случае установки б>120° в характеристике управления приводом появится «мертвая зона»;

напряжения управления от регулятора тока РТ. Согласование однополярной характеристики управления СИФУ с двухполярным выходным напряжением регулятора тока осуществляют ключи на транзисторах VT1 и VT2, управляемые блоком логики раздельного управления преобразователями.

В зависимости от направления вращении напряжение на одном из каналов фиксировано на уровне +9 В (точки, А или В). Отрицательное Uyпр проходит по прямому каналу через резистор R13, а положительное через инвертор ОУ DA7. Таким образом, эта схема одновременно играет роль классического переключателя характеристик.

Диод VD7 в обратной связи ОУ DA12 ограничивает максимальную величину положительного выходного напряжения на уровне 0,7 В, что исключает возможное «срыва» генерации управляющих импульсов при малых углах, т. к. амплитуда положительного выброса напряжения пилообразной формы составляет +2 В.

Выходное напряжение ОУ DA12 имеющее прямоугольную двухполярную форму дифференцируется конденсатором С10и поступает на базу транзистора VT4. Положительный дифференциальный импульс открывает транзистор VT4 и одни из транзисторов VT5 или VT6, на диодном входе которого (VD12 или VD13) отрицательное напряжение с компараторов DA12 или DA2. Коллекторный ток открытого транзистора VT5 или VT6 через диодные сборки

VD13, VD19-VD22 и т. д., открывает выходные транзисторы СИФУ VT7, VT8, VT9 и VT10 формируя импульс 1 управления тиристорами. Нагрузкой выходного транзистора являются трансформатор.

Разделение каналов осуществляется от блока логики раздельного управления: сигналы «В» (вперед), или по часовой стрелке, и «Н» (назад), или против часовой стрелки. На рабочий канал подается напряжение питания +20 В.

Каналы фаз S и Т работают аналогично. Диодная сборка VD8, VD9 и VD10 формирует сигнал защиты от пропадания пилообразного напряжения.

5. АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ БЛОКА Выбор типов элементов (конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов, микросхем и т. д.) предопределяется также условиями работы электропривода. Каждый тип элемента имеет определяющее значение, ясное понимание его содержания и возможностей, является совершенно необходимым при проектировании ЭП.

Наиболее широкое применение получили следующие типы элементов.

МЛТ — резисторы с металлоэлектрическим проводящим слоем. Предназначены в цепях постоянного тока, относятся к неизолированным резисторам. Масса не более 3,5 г.

Резисторы ПЭ — резисторы ПЭ (проволочные эмалированные выпускаются на номинальное сопротивление от 1,0 Ом до 51 кОм и номинальную мощность рассеивания от 7,5 до 150 Вт.

КТ203А — Транзистор кремниевый эпитаксально-планарный p-n-p маломощный. Предназначен для работы в усилительных и импульсных схемах. Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Обозначение типа приводится на корпусе. Масса не более 0,5 г.

2П701 — полевые транзисторы, кремневые эпитоксиально-плонарные с изолированным затвором и каналом n-типа. Предназначенные для применения в источниках вторичного электропитания переключающих и импульсных устройствах, стабилизаторах и преобразователях напряжения. Выпускаются в металлокерамическом корпусе с полосковыми выводами. Масса не более 6 г.

К75−10−220 — кремневые конденсаторы с постоянной емкостью. Номинальный максимальный ток 10А, напряжение 220 В.

Д223Б — диоды кремневые, сплавные выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Масса не более 0,53 г.

140УД6 — усилители среднего быстродействия, невысокой точности и малой выходной мощности.

К50 — электролитические фольговые алюминиевые конденсаторы постоянной емкости. К553УД2 — микросхема представляющая собой операционный усилитель средней точности. Содержит 36 интегральных элементов. Масса не более 1 г. Назначение выводов: 1, 2, 7, 8, 13, 14 — свободные; 3,9 — балансировка, коррекция; 4 — вход инвертирующий; 5 — вход не инвертирующий; 6,11 — напряжение питания; 10 — выход;, 12 — коррекция. Корпус типа 201.14−1 и 2103.14−1.

СП5−16ВА — резисторы переменные, предназначены для работы в электрических цепях переменного, постоянного и импульсного тока с частотой до 1000 Гц, применяются для печатного монтажа, R_ном = 3,3−22 кОм. К140УД1

Микросхемы представляют собой операционные усилители средней точности без частотной коррекции. Корпус К140УД1 (А-В) типа 301.12−1, масса не более 1,5 г., КР140УД1 (А-В) типа 201.14−1 масса не более 1,5 г.

Рисунок 1

Электрические параметры:

Напряжение питания …6,3 В ±0,5%

Максимальное выходное напряжение…± 2,8 В Напряжение смещения нуля… ±7 мВ Ток потребления… не более 4,5 мА Входной ток …±7 мкА Разность входных токов… не более 2,5 мкА Коэффициент усиления напряжения…500…4500

Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения не менее 60 дБ Средний температурный коэффициент напряжения смещения — 60 мкВ/°C

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения — 1 В/мкс Время установления выходного напряжения — не более 1,5 мкс Входное сопротивление…50 кОм К155ИМ1

Микросхемы представляют собой одноразрядный полный сумматор. Содержат 77 интегральный элемент. Корпус К155ИМ1 типа 201.14−1, масса не более 1 г., КМ155ИМ1 типа 201.14−8, масса не более 2,2 г.

Рисунок 2

Назначение выводов: 1 — вход инверсный слагаемого B3; 2 — вход инверсный слагаемого B4; 3 — вход переноса P1; 4 — выход инверсный переноса P2; 5 — выход суммы S; 6 — выход инверсной суммы S; 7 — общий; 8 — вход слагаемого A1; 9 — вход слагаемого A2; 10 — вход инверсный слагаемого A3; 11 — вход инверсный слагаемого A4; 12 — вход слагаемого B1; 13 — вход слагаемого B2; 14 — напряжение питания.

6. РАСЧЁТ И ВЫБОР ЗАЩИТНЫХ RC ЦЕПОЧЕК Переходные процессы в цепях преобразователей электрической энергии часто сопровождаются перенапряжениями, основными их которых являются:

Перенапряжения, обусловленные внутренними процессами в полупроводниковых приборах в моменты коммутации тока; коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения внешних цепей с индуктивностями; перенапряжения, вызванные резонансными явлениями в преобразователях; внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети. Перенапряжения могут привести к электрическому пробою приборов, вызывающему, как правило, возникновение коротких замыканий.

Защитные RС цепочки предназначены для ограничения скорости нарастания напряжения и снижения перенапряжений на вентилях схемы.

Точный расчет RС цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов и применения вычислительной техники. Параметры RС цепочек определяются компромиссным решением с учетом достаточного ограничения уровня напряжения и скорости изменения напряжения на вентиле, а также ограничения амплитуды разрядного тока защитного конденсатора в момент включения вентиля при максимальном угле регулирования.

Параметры RС цепочек, защищающих полупроводниковые приборы от внутренних перенапряжений, ориентировочно можно определить по следующим формулам:

(13)

(14)

где е_К— напряжение короткого замыкания трансформатора в относительных единицах;

— максимальное значение прямого тока вентиля;

— максимальное значение обратного тока вентиля;

W-угловая частота питающей сети.

С другой стороны, на основании опытных данных, параметры RС цепей выбираются в пределах: R=ЗЗч200 Ом, С=0,1ч0,5 мкФ.

Тогда выбираем R=40 Ом, С=0,429 мкФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы над проектом были проанализированы схемы существующих электроприводов и двигатели, которые в них используются. Также были рассмотрены достоинства и недостатки этих двигателей.

После проектирования силовой схемы преобразователя и расчета параметров и наборов силовых элементов была выбрана функциональная схема АЭП. Основными техническими данными комплектных тиристорных электроприводов являются номинальный ток Iнтп и напряжение Uнтп. Номинальный ток комплектного электропривода должен быть больше номинального тока двигателя: Iнтп (Iндв).

Номинальное напряжение двигателя должно быть меньше номинального напряжения комплектного привода на 5−10%, что обеспечивает запас на регулирование скорости и на безопасное инвертирование при снижении напряжения питающей сети. Выбор комплектного тиристорного электропривода производим по току, напряжению и регулируемой координате (в данном случае — скорости).

Преобразовательная часть электропривода состоит из силовых тиристоров, системы их охлаждения, защитных RC-цепей, системы гальванического разделения и преобразования уровня управляющих импульсов, СИФУ, системы защит и сигнализации. К преобразовательной части относят также сетевой трансформатор, автоматические выключатели на стороне постоянного и переменного тока, сглаживающий реактор.

Далее была выбрана и спроектирована принципиальная электрическая схема одного из блоков привода, а также проанализирована элементная база данного блока.

После всех перечисленных выше расчетов был проведен расчет элементов защиты для электропривода.

1. Гусев В. Г., Гусев Ю. М., Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальностей ВУЗов. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1991.

2. Перельман Б. Л. Полупроводниковые приборы. — М.: «Микротех», 1996.

3. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА / Н. Н. Акимов, Е. П. Волциков, В. А. Прохоренко, Ю. П. Ходоренко, — Мн.: Беларусь, 1994.

4. Справочник по электрическим машинам: в 2 т. / Т.2 — М.: Энергоатомиздат 1988.

5. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / М. И. Богданович, И. И. Грель, С. А. Дубинина и др. — 2 изд., перераб. И доп. — Мн.: Беларусь, 1996.

ПРИЛОЖЕНИЕ Технические характеристики электроприводов постоянного тока «КЕМТОР»