Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка icon

Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка




Скачати 403.73 Kb.
НазваХарківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка
Сторінка1/3
Дата04.07.2012
Розмір403.73 Kb.
ТипДокументи
  1   2   3


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ


ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


О.В. Донець, Ю.С. Калиниченко, М.І.Шпіка


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ



до виконання курсової роботи з дисципліни


"Силові перетворювачі для автоматизованого електроприводу"


(для студентів 4-5 курсів усіх форм навчання спеціальності

7.092203 – " Електромеханічні системи автоматизації та електропривод")


Харків – ХНАМГ – 2008


Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни

"^ Силові перетворювачі для автоматизованого електроприводу"

(для студентів 4-5 курсів усіх форм навчання спеціальності

7.092203 – " Електромеханічні системи автоматизації та електропривод ").

/ Укл.: Донець О.В., Калиниченко Ю.С., Шпіка М.І. – Харків: ХНАМГ, 2008. – 42 с.


Укладачі: О.В. Донець,

Ю.С. Калиниченко,

М.І. Шпіка.


Рецензент: В.П. Андрійченко





Рекомендовано кафедрою електричного транспорту,

протокол № 14 від 17 червня 2008 р.




^ Завдання на курсову роботу


Мета курсової роботи – практично освоїти методику розрахунку силових кіл і ланцюгів керування перетворювача частоти, вибрати параметри основних комплектуючих виробу, вивчити фізичні явища при роботі перетворювача частоти у складі електроприводу.

Оскільки на даному етапі завдання обґрунтування схемного рішення перетворювача частоти не ставиться, схема перетворювача задається в початкових даних. У початкові дані також входять:

U1 - лінійна напруга живлячої мережі, В;

f 1 – частота живлячої мережі, Гц;

Uвих - номінальна вихідна напруга, В;

Iвих - номінальний вихідний струм, А;

f м – частота модуляції інвертора напруги перетворювача, Гц;

сos ? – косинус кута зсуву фаз між першими гармоніками вихідних струму і напруги.

У курсовій роботі необхідно зробити:

  1. Опис роботи принципової схеми перетворювача і розгорток процесів у перетворювачі.

  2. Розрахунок номінальних параметрів основних вузлів перетворювача.

  3. Розрахунок силового випрямляча.

  4. Розрахунок параметрів фільтру ланки постійного струму.

  5. Розрахунок схеми автономного інвертора.

  6. Розрахунок схеми формувача керуючих сигналів запираючого тиристора.



Зміст пояснювальної записки


Розрахунково-пояснювальна записка повинна містити:

  1. Титульний аркуш за прийнятою в Академії формою

  2. Завдання на проектування.

  3. Реферат.

  4. Зміст.

  5. Вступ.

  6. Головна частина, що містить розділи роботи відповідно до пунктів.

  7. Висновки.

  8. Список використаної літератури.

Вступ має містити оцінку сучасного стану вирішуваної проблеми.

У висновках дають коротку оцінку одержаних результатів.

У текстовій частині необхідно навести схеми вузлів перетворювача, графіки й розгортки процесів при роботі перетворювача.

Обсяг розрахунково-пояснювальної записки складає 20 – 30 сторінок.

У графічній частині треба навести принципову схему перетворювача частоти, а також графіки й розгортки процесів при роботі перетворювача, що не входять до розрахунково-пояснювальної записки.


^ Вимоги до оформлення курсової роботи


Оформлення курсової роботи проводять відповідно до вимог ЄСКД і нормативних документів з оформлення.

ВСТУП


Частотно-регульовані асинхронні електроприводи потужністю від одиниць до сотень кіловат досить широко застосовують в різних галузях виробництва. Сучасний етап розвитку даного виду техніки характеризується істотним підвищенням техніко-економічних показників перетворювачів частоти за рахунок використання нових напівпровідникових приладів – запираючих GTO-тиристорів і силових IGBT-транзисторів, мікропроцесорних систем керування, прогресивних конструкторських і схемо-технічних рішень. Створюються також спеціальні асинхронні двигуни, призначені для роботи в режимі регулювання швидкості від перетворювачів частоти. Провідні закордонні електротехнічні фірми вже освоїли виробництво транзисторних і тиристорних перетворювачів частоти для електроприводу.

Основою таких перетворювачів є, як правило, трифазні автономні інвертори напруги з різного роду широтно-імпульсним керуванням.

Розробка проводиться за наступними напрямками:

  • розробка GTO-тиристорів і швидковідновлюючих діодів;

  • розробка IGBT-транзисторів у вигляді модулів;

  • розробка спеціальних малоіндуктивних конденсаторів для захисту інверторів;

  • розробка спеціальних фільтрових конденсаторів великої одиничної місткості для вхідних ланцюгів інверторів;

  • розробка нових рішень схемотехніки в частині силової схеми і системи керування перетворювача;

  • розробка оптимальних алгоритмів керування і регулювання перетворювача й електроприводу;

  • розробка мікропроцесорних систем керування і їх програмного забезпечення.

Створювані на базі вищеперелічених елементів і технічних рішень перетворювачі частоти й електроприводи повинні відрізнятися від перетворювачів частоти і електроприводів, що тепер випускаються, більш високими ККД, коефіцієнтом потужності, кращими масо-габаритними показниками, регулювальними характеристиками, підвищеною надійністю.

1. ОПИС СИЛОВОЇ СХЕМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧА ЧАСТОТИ, ЙОГО ВУЗЛІВ ТА ЕЛЕМЕНТІВ і В СКЛАДІ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ


^ 1.1 Перетворювач частоти у складі частотно-регульованого електроприводу


До складу частотно-регульованого електроприводу входять перетворювач частоти на запираючих тиристорах (ЗТ), мікропроцесорна система керування перетворювачем і електроприводом (МПСК), асинхронний електродвигун (АД), комутаційна(QS) і захисна апаратура (Q).

Структурна схема електроприводу наведена на рис. 1.1

Перетворювач частоти містить некерований випрямляч В, фільтр Ф ланки постійного струму, автономний інвертор напруги АІН. У вхідних ланцюгах перетворювача включені захисний комутаційний апарат Q і трифазний струмообмежуючий реактор L. До виходу перетворювача підключаемий асинхронний електродвигун АД. Наведена структура силової частини перетворювача не може бути використана для динамічних електроприводів.

При необхідності режиму рекуперації слід використовувати реверсивний керований випрямляч замість діодного, а при реостатному гальмуванні – додатковий тиристорний ключ з гальмівним резистором у ланці постійного струму.

До системи керування перетворювача відносяться система задання і датчиків СЗД, на вхід якої поступає сигнал задання швидкості електроприводу, а також сигнали датчиків струму і напруги силової частини, формувачі керуючих сигналів ФІ запираючих тиристорів, блоки живлення формувачів БЖ1 і мікропроцесорної системи керування – БЖ2.

Регулювання параметрів, керування режимами і захист перетворювача й електроприводу здійснює мікропроцесорна система керування. Зв'язок МПСК з елементами системи керування перетворювача здійснюється за допомогою периферійних пристроїв модуля керування (МК).



В

АІН

АД

L


Ф







I U


Q


МПСК

QS


?3


CЗД

МК

ФІ








МПК


БЖ2

БЖ1















Рис. 1.1 – Структурна схема електроприводу


Для захисту силової частини перетворювача і електродвигуна в аварійних режимах використовуються:

  • внутрішня система захисту перетворювача;

  • швидкодіючий автоматичний вимикач;

  • реактивні силові струмообмежувальні елементи.


^ 1.2 Характеристики запираючих тиристорів і особливості схем тиристорних перетворювачів на їх основі


Запираючий тиристор (ЗТ) – новий тип повністю керованого силового напівпровідникового приладу, призначений для роботи в ключовому режимі, включення і виключення якого здійснюється імпульсним сигналом по ланцюгу керуючого електрода. Включається ЗТ позитивним імпульсом струму в ланцюзі керуючого електроду аналогічно включенню двохопераційного тиристора. Вимикається ЗТ потужним негативним імпульсом струму порівняно невеликої тривалості в ланцюзі керуючого переходу.

Класифікують ЗТ за двома основними параметрами:

UDRM – допустима пряма напруга, що повторюється;

ITQRM – максимальний струм контрольованого виключення, що повторюється.

Для ЗТ, як і для двохопераційних тиристорів, лімітуються критичні значення швидкості наростання струму dI/dt при включенні й напруги dU/dt при виключенні.

Навантаження по струму ЗТ характеризується параметрами:

ITRMSM – максимально допустимий діючий струм;

ITAVM – максимально допустимий середній струм.

До найважливіших параметрів ланцюга керування ЗТ відносяться:

IFG – керуючий струм включення;

IRGM – пік керуючого струму включення;

URGM – пік зворотної напруги керування;

– час включення;

– час виключення;

Тут з метою збільшення швидкодії ЗТ і мінімізації енергії втрат у ньому при включенні й виключенні регламентуються оптимальні значення швидкості наростання струму керування dIFG/dt і dIRG/dt.

Вимикаюча здатність ЗТ характеризується коефіцієнтом посилення

, (1.1)

значення якого для сучасних ЗТ лежить в межах 3-8.

Слід зазначити, що специфікою напівпровідникової структури ЗТ обумовлені більш високі порівняно з швидкодіючими тиристорами значення керуючого струму, часу і втрат включення, більше значення падіння напруги у включеному стані, більш високі втрати при виключенні.

На рис. 1.2 показана вольт-амперна характеристика ЗТ і його графічне зображення.

На характеристиці область П - включеного стану, область Ш - зона перемикання. ЗТ властиве також більш високе значення утримуючого анодного струму.

Великі темпи наростання і спади струму при перемиканнях ЗТ вимагають обов'язкового включення демпферних ланцюгів, що обмежують величину і швидкість наростання напруги.

Типова схема включення ЗТ наведена на рис. 1.3

Тут позначені:

VS – запираючий тиристор;

VD0 - діод зворотного струму;

R, L – навантаження;

VDS, CS, RS – елементи демпфуючого ланцюга;

EFG, ERG – джерела відмикаючої і замикаючої напруг.

Процеси включення і виключення ЗТ у схемі на рис. 1.3 ілюструють діаграми на рис. 1.4. Процеси показані з урахуванням неминучої наявності індуктивності монтажу ЗТ і демпфуючого ланцюга.





Рис. 1.2 – Вольт-амперна характеристика ЗТ і його графічне зображення







Рис. 1.3– Типова схема включення ЗТ




Рис. 1.4 – Діаграми включення і виключення ЗТ

Замиканням ключа SI визначається момент початку включення ЗТ. Активне наростання струму в анодному ланцюзі ЗТ починається через деякий час tgd після замикання SI, назване часом затримки включення ЗТ. Контрольованим параметром при включенні ЗТ повинна бути швидкість dIт/dt наростання струму, що визначається режимом навантаження, величиною резистора RS і індуктивністю LS монтажу демпфуючого ланцюга. При необхідності для обмеження dIт/dt в ланцюг ЗТ послідовно включають додаткову струмообмежену індуктивність.

Процес виключення ЗТ починається у момент замикання ключа S2 (рис.1.3) і відбувається в три етапи (рис.1.4):

1-й етап – час затримки , його тривалість залежить від швидкості наростання струму IRG виключення і його амплітудного значення. Чим більше швидкість наростання і величина струму керування, тим менше час затримки.

Час затримки виключення сучасних ЗТ складає від 3 до 6 мкс.

2-й етап – час спаду анодного струму , протягом якого струм різко спадає до деякої мінімальної величини ITQT становить приблизно 10 % ITM . Чим більше амплітуда струму керування IRGM, тим менше тривалість другого етапу, тобто більше швидкість спаду анодного струму. Час ЗТ складає від часток до одиниць мікросекунд. Одночасно із спадом струму росте анодна напруга ЗТ з досить великою швидкістю. Саме на цьому етапі виключення в ЗТ виділяється найбільша пікова потужність.

Обмеження dU/dt максимальної напруги на тиристорі і, отже, зниження потужності, що виділяється, досягається включенням демпфуючого ланцюга VDS, CS, RS . Величини dU/dt і U на даному етапі визначаються місткістю CS індуктивністю LS монтажних ланцюгів і конденсатора, швидкістю спаду анодного струму dIт/dt.

Протягом третього3-го етапу – часу завершення ttg, відбувається порівняно повільне зменшення анодного струму ЗТ до нуля (відбувається рекомбінація носіїв у базовій області ЗТ) і подальше зростання анодної напруги. Тривалість третього етапу виключення ЗТ складає 7-10 мкс і залежить від швидкості наростання вимикаючого струму керування: високі значення dIRG/dt в ланцюзі управління (на першому і другому етапах) приводять до збільшення часу рекомбінації носіїв, низькі значення dIRG/dt приводять до збільшення тривалості перших двох етапів, підвищеному перегріву структури ЗТ і, як наслідок, до збільшення часу рекомбінації носіїв. Втрати енергії в ЗТ на третьому етапі через його велику тривалость складають велику частку втрат виключення. На третьому етапі зростає негативна напруга URG на управляючому переході ЗТ, максимальну величину URGM якого для більшості ЗТ необхідно обмежувати на рівні 12-15 В. Напруга URG визначається швидкістю наростання вимикаючого струму керування і індуктивністю в ланцюзі виключення ЗТ.

Аналіз процесу виключення ЗТ показує, що найважливішими параметрами в даному режимі є амплітуда IRGM і швидкість наростання струму виключення. Необхідна швидкість наростання струму для більшості ЗТ лежить в межах від 10 до 25 А/мкс.

На третьому етапі виключення можливе повторне включення ЗТ під дією надмірних dU/dt в анодному ланцюзі ЗТ. Обмеження dU/dt на третьому, так само як і на другому етапі виключення здійснюється демпфуючим ланцюжком.

Режим роботи демпфуючого ланцюга характеризує діаграма струму IG на рис. 1.4 (струм конденсатора СS). При виключенні ЗТ конденсатор СS заряджає анодним струмом, обмежуючи dU/dt до напруги UDM . Перевищення напруги UDM напруги джерела UО обумовлено наявністю індуктивності монтажу в анодному і демпфуючому ланцюгах. Наступний розряд конденсатора до напруги UО здійснюється зворотним струмом діода VS при його відновленні.

Для забезпечення допустимого режиму роботи ЗТ демпфуючий ланцюг мусить бути малоіндуктивним. Сумарна індуктивність монтажних провідників і конденсатора не повинна перевищувати, як правило, величину 0,1 мкГн.

Діод VDS демпфуючого ланцюга повинен володіти високою швидкодією, мати малий час включення і виключення в межах 1 мкс, малу величину заряду відновлення.

Високі динамічні вимоги, аналогічні вимогам до демпфуючих діодів, ставляться також до діодів зворотного струму автономних інверторів на базі ХТ. При комутації струму навантаження інвертування з ланцюга діода в ланцюг проти фази ЗТ в режимах широтно-імпульсного управління малі значення заряду відновлення і часу виключення діода сприяють обмеженню наскрізних струмів, величини й швидкості наростання напруги в ланцюгах інвертування.


^ 1.3 Силовий випрямляч і фільтр

Оскільки в перетворювачі частоти застосований широтно-імпульсний спосіб регулювання напруги, силовий випрямляч виконаний некерованим, на діодах. Принципова схема випрямляча і ланки постійного струму перетворювача показана на рис. 1.5.

Випрямляч зібраний за трифазною мостовою схемою з вхідними струмообмежуючими реакторами Lвх . Для захисту від комутаційних перенапружень кожний діод випрямляча зашунтований RC-ланцюгом (на рисунку не показані).

Вихідна напруга діодного випрямляча визначається співвідношенням , (1.2)

де U1 – лінійна напруга мережі.

Перетворювач частоти з некерованим випрямлячем не забезпечує рекуперацію енергії навантаження в живлячу мережу і тому не може бути використаний для динамічних електроприводів, де потрібне ефективне рекуперативне гальмування електродвигуна. Для цієї мети у складі перетворювача треба передбачити реверсивний (керований) випрямляч або поєднання діодного випрямляча з тиристорним.

Можливий варіант живлення групи індивідуальних автономних інверторів і електродвигунів від загального потужного діодного випрямляча.




Рис. 1.5 – Принципова схема випрямляча і ланки постійного струму перетворювача

У курсовій роботі для базового виконання, що задовольняє вимогам масового асинхронного електроприводу, прийнята структура з діодним випрямлячем.

Обов'язковим елементом тягового асинхронного електроприводу з автономним інвертором напруги є вхідний фільтр. У даному проекті передбачається використання Г-подібного LC-фільтра (рис.1.5).

Дросель фільтра Lф згладжує як пульсації вихідної напруги випрямляча з частотою 6·f1 = 300 Гц (рис. 1.6), якщо використовується мережа живлення із стандартною частотою f1 = 50 Гц, так і пульсації вхідної напруги інвертора з частотою від 300 до fм (частота перемикань тиристорів інвертора).

Струм дроселя визначається величиною струму навантаження АІН. Індуктивність дроселя вибирають з умов обмеження пульсацій струму мережі на заданому рівні (звичайно 5-10% номінальної напруги).



t
  1   2   3

Схожі:

Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconЮ. С. Калиниченко, О. В. Донець, М.І. Шпіка програма навчальної дисципліни та робоча програма навчальної дисципліни
«Електромеханіка» спеціальностей: «Електромеханічні системи автоматизації та електропривод», «Електричні системи І комплекси транспортних...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства о. О. Воронков, Т. Б. Воронкова
Харківська національна академія міського господарства, вул. Революції, 12, Харків, 61002 Електронна адреса: rectorat@ksame kharkov...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства писаревський Ілля Матвійович
...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для бакалаврів 4-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для спеціалістів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства
Методичні вказівки до практичних занять робіт з дисципліни «Електропостачання електричного транспорту» (для студентів 3 курсу денної...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Безпека на транспорті” (для студентів 2 курсу денної форми кваліфікаційного рівня бакалавр галузі знань 1702 “Цивільна безпека” напряму...
Харківська національна академія міського господарства о. В. Донець, Ю. С. Калиниченко, М.І. Шпіка iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Охорона праці ” (для бакалаврів 4-го курсів заочної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації “Охорона...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи