Расчет управляемого выпрямителя для электродвигателя постоянного тока тиристорного электропривода

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Марта 2014 в 14:54, курсовая работа

Краткое описание

Целью курсовой работы является выбор схемы и расчет УВ. Для регулируемого электропривода постоянного тока. Частота вращения двигателя регулируется как известно двумя способами:
1. Понижением напряжения на якорной обмотке при этом частота вращения уменьшается
2. Полюсное регулирование, путем уменьшения напряжения на обмотке возбуждения, при этом частота вращения увеличивается за номинальную.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………...5
1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1.1. Выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя и силовая часть электропривода…………………………………………………………………….6
1.2. Расчет и выбор преобразовательного трансформатора…………………………7
1.3. Выбор тиристоров…………………………………………………………………9
1.4. Выбор охладителя………………………………………………………………..11
1.5. Выбор сглаживающего реактора…………………………………...…………...12
1.6. Описание работы схемы УВ……………………………………………………..14
1.7. Регулировочная характеристика выпрямителя. Расчет и ….............16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………...19
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………...20
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………………..21

Вложенные файлы: 1 файл

КП по ЭОП.docx

— 260.49 Кб (Скачать файл)

 

 

Кафедра «ЭТ»

Специальность "Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Расчет управляемого выпрямителя  для  электродвигателя постоянного тока тиристорного электропривода»

по дисциплине:  Электрооборудование промышленности

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Шифр работы: КП 140610-1013-20

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                 Руководитель работы 

                                                                                                                                          

               (ФИО)

                                                                                                                      

     (подпись, дата)

                                                                                                                 Разработал студент

                                                                                                                  

      (группа, ФИО)

                                                                                                                      

          (подпись, дата)

                                                                                                                      

 

                                                                                                                Оценка ________________

 

 

 

 

 

 

 

2014г.

 

  Техническое задание и исходные данные на проектирование.

 

  1. Спроектировать управляемый выпрямитель (УВ) для электродвигателя постоянного тока тиристорного электропривода. Вычертить принципиальную электрическую схему УВ с соблюдением правил выполнения типовых электрических схем. Технические данные электродвигателя даются в табл.7.5. [2]
  2. Построить регулировочную характеристику выпрямителя.
  3. Вычислить минимальное и максимальное значения углов      включения тиристоров, которые должна сформировать СИФУ для    стабилизации выходного напряжения УВ на уровне при    нестабильном фазовом напряжении вентильной обмотки изменяющемся от   до . Потери напряжения в фазах УВ не учитывать.
  4. Вычертить кривые мгновенных значений фазных напряжений и       и напряжения на выхода тиристорной группы при минимальном и максимальном значениях фазного напряжения. Отметить уровень и значения углов и .

 

Технические данные двигателей постоянного тока серии 2П

 

   

Тип двигателя

         

20

440

28

2ПО200L

89

1,3

3000

0,75

1,1


Обозначения, принятые в таблице с исходными данными:

 -номинальное напряжение УВ на стороне постоянного тока, равное номинальному напряжению двигателя постоянного тока;

 – номинальная  мощность двигателя;

 – номинальная  частота вращения;

 – индуктивность  якорной цепи двигателя;

 и – коэффициенты, характеризующие отклонение действующего значения фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора от номинального значения;

h– коэффициент полезного действия электродвигателя;

2ПО200L – тип двигателя.

         

Лист

2

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

  Аннотация

 

        В данной курсовой работе рассмотрены  и рассчитаны управляемый выпрямитель (УВ) для электротехнического комплекса и системы. Выбраны схемы УВ и ПЧ для данного варианта задания. В работе представлены: регулировочная характеристика,  кривые мгновенных значений фазных напряжений и напряжений на выходе тиристорной группы  (для минимального и максимального углов отпирания).

В данной работе использовано: 21 стр., 4 рис, 1 приложение.

 

         

Лист

3

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………...5

  1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
    1. Выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя и силовая часть электропривода…………………………………………………………………….6
    2. Расчет и выбор преобразовательного трансформатора…………………………7
    3. Выбор тиристоров…………………………………………………………………9
    4. Выбор охладителя………………………………………………………………..11
    5. Выбор сглаживающего реактора…………………………………...…………...12
    6. Описание работы схемы УВ……………………………………………………..14

    1. Регулировочная характеристика выпрямителя. Расчет и ….............16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………...19

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………...20

ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………………..21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цель и задача проекта и пути решения этой задачи.

 

Целью курсовой работы является выбор схемы и расчет УВ. Для регулируемого электропривода постоянного тока. Частота вращения двигателя регулируется как известно двумя способами:

  1. Понижением напряжения на якорной обмотке при этом частота вращения уменьшается
  2. Полюсное регулирование, путем уменьшения напряжения на обмотке возбуждения, при этом частота вращения увеличивается за номинальную.

В курсовой работе проводится расчет управляемого выпрямителя для якорного регулирования скорости.

 

 

         

Лист

5

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

        

  1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

    1. Выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя и силовая часть электропривода

 

     Рациональная схема управляемого  выпрямителя выбирается по выходной  мощности выпрямителя

                                                                                    (1.1)

                                кВт

 

        где – мощность двигателя;

       – коэффициент полезного действия (КПД);

Если кВт рационален выпрямитель по трёх фазной нулевой схеме.

Если кВт по трёхфазной мостовой.

В данном варианте кВт значит, выбираем трёхфазную мостовую схему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Схема УВ трехфазная мостовая 

 

         

Лист

6

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

    1. Расчет и выбор преобразовательного трансформатора TV

 

     Теоретическое значение  напряжения вентильной обмотки  трансформатора

 

                                                                    (1.2)

 

 

где - коэффициент, характеризующий соотношение напряжений в идеальном выпрямителе, приведен в табл.7.2. [2]

 

     Необходимые запасы  напряжения вентильной обмотки

 

                                                           (1.3)

 

 

коэффициент запаса , учитывает возможное снижение напряжения сети на 5-10% от .;

коэффициент , учитывает неполное открывание тиристоров;

коэффициент , учитывает падение напряжения в обмотках трансформатора и в тиристорах;

 

Рассчитываем ток двигателя по формуле

 

                                                                                  (1.4)

где   - номинальная мощность двигателя постоянного тока, - его к.п.д;

 

 

 

 Расчетное действующее значение  тока вторичной обмотки определяют  по формуле

                                                                (1.5)

 

 

Коэффициент схемы (табл. 7.2 [2]), характеризует отношение токов                                                       в идеальном выпрямителе, коэффициент учитывает отклонение формы

           

Лист

7

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

анодного тока тиристоров от прямоугольной и согласно экспериментальным данным составляет 1,05-1,1.

 

Действующее значение тока вентильной обмотки

 

                                                                       (1.6)

 

 

где -коэффициент трансформации трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора

 

                                                                 (1.7)

 

 

 

Расчетная типовая мощность трансформатора

 

                                      (1.8)

 

 

где коэффициент - коэффициент схемы (табл. 7.2 [2]), характеризующий соотношение мощностей для идеального выпрямителя с нагрузкой на противоЭДС.

 

На основании расчетных данных выбираем по справочнику [1]  преобразовательный трансформатор ТСЗМ-40-74.ОМ5, трёхфазный, сухой, охлаждение естественное воздушное, каплезащищённый, морской.

 

=40 кВА, , , габариты: L*B*H=683*610*680 мм, масса m=268 кг.

 

           

Лист

8

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

    1. Выбор тиристоров

 

Среднее значение прямого тока тиристора (VS1,VS2,VS3,VS4,VS5,VS6 на схеме) (Рис.1) в заданной схеме управления определяется по формуле:

 

                                                              (1.9)

 

 

 

где: - коэффициент запаса по току, учитывает кратность пускового тока;

- число фаз  преобразовательного силового трансформатора;

- коэффициент, учитывает  интенсивность охлаждения силового  тиристора ( - 1,0 при принудительном и - 0,33-0,35 при естественном воздушном охлаждении со стандартным радиатором, соответствующим данному типу полупроводникового прибора).

 

 

Рассчитываем напряжение на выходе преобразователя при по формуле

 

                                                                      (1.10)

 

  B

Расчетное значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к тиристорам, вычисляется по формуле

 

                                                (1.11)

 

 

где: - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети и периодические выбросы , обусловленные процессом коммутации вентилей;

([2]табл.7.2) - коэффициент  обратного напряжения, равный отношению  напряжений  для принятой схемы выпрямителя;

           

Лист

9

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

По полученным данным выбираем силовой тиристор, имеющий параметры

 

                             (1.12)

 

   

Выбираем силовой тиристор [2] табл. П3

Т123-250 средний, прямой, ток , импульсное повторяющееся прямое и обратное напряжение 1000 В (10 класс).

           

Лист

10

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

    1. Выбор охладителя

 

Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель – окружающая среда , ,

 

                                           (1.13)

 

где – температура охлаждающего воздуха, 45–50 ; – температура теплопроводящей пластины, 85 ([2] табл. П3);

 – суммарная  рассеиваемая мощность, Вт; – термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины модуля, .

 

Находим  суммарную рассеиваемую мощность

 

                                                            (1.14)

 

 

 

где - пороговое напряжение тиристора ([2] табл. П3);

 

Находим термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины

 

                                               (1.15)

 

 

Подставляем найденные значения в формулу (1.13) и находим максимально допустимое переходное сопротивление охладитель – окружающая среда

 

 

Выбираем охладитель производства австрийской компании Dau  серии BF тип 02  [3].    Ширина 30,5 мм; количество ребер 8; толщина ребра 0,8мм; расстояние между ребер 3,50 мм; температурное сопротивление

           

Лист

11

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

   

    1. Выбор сглаживающего реактора

 

       Действующее значение первой  гармоники выпрямительного напряжения  при предельном угле регулирования  для соответствующего значения числа пульсаций определяется по известному значению ,

 

                          (1.16)

 

 

 

Требуемая суммарная индуктивность якорной цепи преобразователь – двигатель определяем по формуле:

 

                                                             (1.17)

 

 

где - минимальный ток нагрузки преобразователя, принимаемый равный от .

- число пульсаций выпрямленного  напряжения за период частоты  напряжения сети.

- угловая частота первой гармоники напряжения сети при

 

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя, приближенно можно определить по зависимости

 

                                                                 (1.18)

 

 

 

где - напряжение короткого замыкания трансформатора ;

           

Лист

12

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

        

Если в (1.18) получилась меньше или равна нулю, то применять реактор в схеме нет необходимости, т.к. сумма индуктивности достаточна для обеспечения непрерывности тока двигателя.

Необходимая индуктивность сглаживающего реактора

 

                                               (1.19)

 

 

где - индуктивность якоря и дополнительных полюсов двигателя постоянного тока, определяется по таблице 7.5 [2]

 

Выбираем сглаживающий реактор по следующим данным:

индуктивность , ток у реактора .

 

Выбираем реактор СРОС-400/0,5О4

С - сглаживающий;

Р - реактор;

О - однофазный;

С – сухой (охлаждение естественное воздушное при открытом исполнении);

 

 

           

Лист

13

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

    1. Описание работы схемы УВ.

 

Схема приведена в Приложении 1

На схеме:

- входной  согласующий 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.

Трехфазное напряжение питания Uc=380 В промышленной частоты f=50 Гц, через входные клеммы подается на разъединитель, предназначенный для предотвращения подачи напряжения на установку при наладке, профилактических осмотрах с целью обеспечения видимого разрыва электрической цепи. При включении разъединителя напряжение подается на согласующий трансформатор (схема соединения звезда-звезда), осуществляющий гальваническое разделение и согласование напряжения сети с входным напряжением выпрямителя. При замыкании автоматического выключателя, установленного для защиты питающих сетей и цепей нагрузки от токов короткого замыкания и тепловой защиты от длительной перегрузки, напряжение через предохранители подается на входные клеммы силового контактора. Силовой контактор предназначен для автоматического и дистанционного включения установки на нагрузку и отключения вторичных цепей. При включении силового контактора и подачи управляющих выходных импульсов СИФУ на силовые полупроводниковые приборы за счет регулирования электрического угла открытия тиристоров происходит регулируемое преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

Преобразователь выполнен по трехфазной, полностью управляемой тиристорной мостовой схеме, что позволяет при работе на электрическую машину постоянного тока получать как выпрямительный, так и инверторный режим работы или потреблять и отдавать энергию в сеть, обеспечить как двигательный, так и генераторный режим работы двигателя. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепь нагрузки включен дроссель. Устройство позволяет регулировать напряжение в пределах 0 – Ud. Так как номинальное напряжение катушки контактора, цепей управления преобразователя и источников питания U=220 В, то для обеспечения такого уровня напряжения предусмотрен нулевой провод РЕ. Для сигнализации наличия напряжения включения и отключения преобразователя на нагрузку в схеме установки предусмотрены сигнальные индикаторы HL.

           

Лист

14

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

        

В состав трехфазного мостового тиристорного преобразователя (Приложение 1) входят две группы тиристоров – катодная VS1, VS3, VS5 и анодная VS2, VS4, VS6, трансформатор и система импульсно-фазового управления СИФУ. Система вырабатывает импульсы управления тиристорами с заданной фазой по отношению к напряжению сети. Тиристоры в каждой группе открываются с интервалом 2π/m (m=6). Углы открытия тиристоров в обеих группах отсчитываются от моментов естественного включения, соответствующих моменту равенства фазных или линейных ЭДС. Ток в преобразователе всегда протекает по двум тиристорам, принадлежащим к различным вентильным группам, и по двум обмоткам трансформатора.

Поэтому при открывании тиристора в фазе а импульсом, поступающим от СИФУ в момент Ue+α (где Ue – угол естественного включения неуправляемого преобразователя) необходимо также подать импульс управления на VS6 фазы в. ЭДС в цепи нагрузки е2d становится равной линейной ЭДС е2аb=ea– eb. В режиме непрерывного тока в момент открывания очередного тиристора ток еще продолжает протекать через ранее открытый тиристор. Время, в течение которого ток переходит с одного тиристора на другой, называется интервалом коммутации γ.

Необходимость одновременного открывания двух тиристоров, принадлежащих разным группам, требует наличия широких импульсов управления (λу > 60°) или сдвоенных узких импульсов, сдвинутых друг от друга на 60°. Выпрямленное напряжение ud описывается кривой линейного напряжения. Пульсации кривой соответствуют шестикратной частоте по отношению к частоте переменного тока (m=6). Длительность протекания тока в каждом тиристоре равна γ+2π/3. Среднее значение тока IVS=Id/3. При больших углах управления (α>90°) тиристор до подачи импульса управления должен выдерживать без преждевременного открытия максимальное значение прямого напряжения, а после его закрытия максимальное значение обратного напряжения и начальный скачок обратного напряжения.

Обратное напряжение определяется линейным напряжением, так как в непроводящую часть периода неработающие тиристоры присоединены к двум фазам трансформатора через работающие. Ток во вторичной обмотке трансформатора переменный и равен сумме токов тиристоров, присоединенных к данной фазе. Поток вынужденного намагничивания в магнитопроводе не возникает, поскольку по вторичным обмоткам, расположенным на разных стержнях, всегда протекают противоположные по направлению и равные по величине токи.

           

Лист

15

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

    1. Регулировочная характеристика выпрямителя. Расчет   и 

 

                                                                  (1.20)

Т.к. выходной ток выпрямителя, с активно–индуктивной нагрузкой, непрерывный (отсутствуют безтоковые паузы)

 

                                                                       (1.21)

 

 

где для трёхфазной мостовой схемы, для трех фазной нулевой схемы.

 

                

           
   

466,09

380,56

269,1

0


 

 

 

 

                                                   (1.22)

где                                                                     (1.23)

 

 

                

           
   

349,57

285,42

201,83

0


 

 

 

 

                                                 (1.24)

где                                                                   (1.25)

 

 

           

Лист

16

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

   

       

 

 

 

 

 

           
   

512,7

418,62

296,01

0


 

           

Лист

17

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Строим кривые мгновенных значений фазных и на выходе тиристорной группы при

 

 

 

Строим кривые мгновенных значений фазных и на выходе тиристорной группы при

           

Лист

18

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте рассчитан УВ  для функциональной электрической схемы асинхронного ЭП с ПЧ и электрической принципиальной схемы УВ. Рассчитаны все основные параметры и выбраны все необходимые элементы схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           

Лист

19

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

    БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Электротехнический справочник: В 4 т. Т2. Электротехнические изделия и устройства/ Под общ. ред. проф. МЭИ В.Г.Герасимова и др. М.: Издательство МЭИ, 2003. 518 с.
  2. Ковалёв Ю.З., Кузнецов Е.М. Электрооборудование промышленности: Учеб. пособие. Омск: Издательство ОмГТУ, 2010. 163 с.
  3. Справочник «Охладители воздушных систем для п/п приборов компании Dau»: [Электронный ресурс] //Симмитрон/публикации/радиаторы Dau, URL: http://www.symmetron.ru/articles.shtml (Дата обращения: 10.12.2013)
  4. Чебовский О.Г. Моисеев Л.Г. Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985. 512 с.
  5. Методические указания по применению государственных стандартов в курсовом и дипломном проектировании / В.К.Грунин – Омск, Изд. ОмГТУ, 2002. 38 с.

 

 

 

           

Лист

20

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

             

           

Лист

21

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Информация о работе Расчет управляемого выпрямителя для электродвигателя постоянного тока тиристорного электропривода