Выбранный тиристорный преобразователь должен удовлетворять условиям:
Iном. пр* λ пр > Iном. дв* λ дв где:
λ пр - перегрузка преобразователя = 2
λ дв - перегрузка двигателя =1,4
Iном. пр -номинальный ток преобразователя = 20А
Iном. дв - номинальный ток двигателя = 28А
20 * 2 > 28 * 1,4
40 > 39,2
Uном. пр > Uном. Дв 380 > 190
Блок унифицированный тиристорный привода подач (БУТП) предназначен для использования в составе реверсивных электроприводов с двигателями постоянного тока, осуществляющих подачу узлов металлорежущих станков.
Разработан по принципу однозонного регулирования скорости. Преобразователь питания цепи якоря двигателя - реверсивный, с раздельным управлением группами тиристоров, собран по мостовой схеме. Допускает работу в длительном, кратковременном, повторно-кратковременном и повторно-кратковременном с частыми пусками и электрическим торможением режимах в соответствии с характеристиками исполнительного двигателя м в соответствии с максимальным и допустимым током преобразователя.
БУТП питается напряжением 220В и 380В с частотой 50Гц. Сохраняет работоспособность при колебания напряжения сети от плюс 10% до минус 15% от номинального значения и частоты питающей сети +2% от номинального значения.
БУТП предназначен для работы в закрытых помещения при следующих условиях:
Высота над уровнем моря не более 1000м;
Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных паров и газов в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;
Относительная влажность воздуха при температуре +5 не более 80%.
Оптронные тиристоры обеспечивают гальваническую развязку между силовой схемой и цепями управления благодаря встроенной оптоэлектронной паре. Применение оптронных тиристоров позволяет упростить конструкцию, снизить размеры и массу преобразователя за счет исключения из цепей управления разделительных трансформаторов или оптоэлектронных приборов.
Выбор тиристора. Исходными данными для выбора тиристора являются данные двигателя 4МТВ-С, Umax=190В, Iн=28А, Nmax=1500об/мин. Определяем мощность электродвигателя, потребляемую от тиристорного преобразователя.
Р1= Umax* Iн=190*28=5,3кВт [5]
Определим ток, потребляемый от преобразователя
Iн. пр. = Iн. я. =28А
Для обеспечения надежной работы тиристоров учитывают перегрузку по току при пуске и торможении.
Id. max=Kпер* Iн. пр. [6]
Где: Kпер =2 - коэффициент перегрузки по току при торможении и пуске электродвигателя.
I2max=2*28=56А
Определим средний за период ток, протекающий через тиристор с учетом перегрузки.
Id. max 56
Iср. в. =----- - = - --------- - =18,66А [7]
3 3
Определим средний за период ток, протекающий через тиристор с учетом коэффициента охлаждения и коэффициента проводимости.
Iср. расч. =Кпр* Кохл* Iср. в [8]
Где: Кпр - коэффициент проводимости - 0,5 при =90о для трехфазной мостовой схемы.
Кохл - коэффициент охлаждения = 2,3
Iср. расч. = 0,5*2*12,66 = 21,46А
Определим напряжение преобразователя при полностью открытых тиристорах.
Udо пр = К1 дол и * Uном дв. [9]
Где: К1 дол и - коэффициент запаса по напряжению = 1,2
Udо пр = 1,2*190 = 228В
Определим максимальное обратное напряжение.
Uоб. мах пр. = К2доп * Uоб мах [10]
Где: К2 доп - коэффициент запаса =1,3
Uоб. мах = √6 * Uф. = √6 * 220 = 538 В
Uоб. мах пр. = 1,3 *538 = 700 В
Производим выбор тиристоров по току и напряжению.
Iср. табл > Iср. расч. Uпр. > Uобр. мах пр.
Выбираем тиристор МТОТО100
Условия выбора соблюдаются
Iср. табл > Iср. расч. Uпр. > Uобр мах пр.
100> 21,46 1200> 700
Его данные:
Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при f =50Гц, β=1800, Тк=700 С =100А
Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии U =1200В
Максимально допустимое постоянное обратное напряжение =0,75В
Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии =70А/мкс
Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии =100В/мкс
Выбор согласующего трансформатора. Определим действующее значение фазного тока во вторичной обмотке трансформатора.
I2ф = √2/3 * Id. max = √2/3 * 56 = 45,72 [11]
Определим значение действующего фазного напряжения во вторичной обмотке трансформатора.
Ud опр
U2ф= - ---------- - [12]
Ксх
Где: Ксх - коэффициент схемы для 3-х фазной мостовой схемы =2,34
228
U2ф= - ----- - = 98,43
2,34
Определим полную мощность вторичной обмотки трансформатора.
S = 3 * U2ф * I2ф = 3 * 98,43 * 45,72 = 13,5кВА [13]
Произведем выбор трансформатора по условиям
Uл. расч < Uл. таб Sтр-ра расч. < Sтр-ра таб
По справочнику [3] выбираем трансформатор типа ТП-3 16 380/105 50Гц УХЛ4
Uл. расч < Uл. таб Sтр-ра расч. < Sтр-ра таб
380=380 13,5 кВА < 16 кВА
Данные трансформатора:
Мощность S =16 кВА
При работе от преобразователя частоты (ПЧ) в ряде случаев необходимо предусматривать защиту двигателя от перенапряжения (если это не предусмотрено в системе) путем усиления витковой и корпусной изоляции.
Большинство выпускаемых и применяемых в настоящее время ПЧ, рассчитанных на среднюю мощность до 3000 кВт, по своей структуре являются инверторами.
Предохранители.
Предохранители применяют для защиты электроустановок от токов КЗ. Защита от перегрузок с помощью предохранителей возможна только при условии, что защищаемые элементы установки будут выбраны с запасом по пропускной способности, превышающим примерно на 25% номинальный ток плавкой вставки.
Плавкие вставки предохранителей выдерживают токи, превышающие на 30…50% их номинальные токи в течении одного часа и более. При токах, превышающих номинальный ток плавких вставок на 60…100%, они плавятся за время менее одного часа.
Автоматические выключатели.
Автоматические выключатели, не обладая недостатками предохранителей, обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей сетей как от токов перегрузки, так и от токов КЗ. Кроме того, они используются и для управления при нечастых включениях и отключениях. Таким образом, автоматические выключатели совмещают в себе одновременно функции защиты и управления.
Контакторы и магнитные пускатели.
Контакторы - это аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений под нагрузкой силовых электрических цепей. Контакторы не защищают электрические цепи от ненормальных режимов, поскольку у них отсутствуют защитные элементы. Контакторы нашли широкое применение в силовых цепях переменного и постоянного тока.
Магнитный пускатель - это трехполюсный контактор переменного тока, в котором дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы главной цепи двигателя. Магнитные пускатели предназначены для управления трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 75кВт, а также для защиты их от перегрузки. В отдельных случаях их используют для включения и отключения некоторых электроустановок, требующих дистанционного управления.
Магнитный пускатель отключает двигатель от сети при исчезновении напряжения или его понижения до 50…70% от номинального значения.
В промышленной установки согласно ПУЭ для защиты сети и оборудования от перегрузок и токов короткого замыкания применяются автоматические выключатели и предохранители. Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при коротких замыканиях в конце защищаемой линии в сетях с глухо заземленной нейтралью. Аппаратура защиты располагается по возможности в доступных для обслуживания местах таким образом, чтобы была исключена возможность их механических повреждений. Установка их должна быть выполнена так, чтобы при оперировании с ними или при их действии была исключена опасность для обслуживающего персонала и возможность повреждения окружающих предметов.
В электрооборудовании станка предусмотрены следующие средства защиты:
для подключения станка к питающей цепи, а также для отключения от сети во время перерыва в работе или в аварийных ситуациях предусмотрен специальный вводной выключатель с нулевым расцепителем, исключающим самопроизвольное включение станка при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения питания;
кнопки для аварийного отключения снабжены защелками;
в электрооборудовании станка предусмотрены необходимые блокировки, обеспечивающие безопасность оператора и безаварийную работу станка;
на шкафах, соединительных коробках, нишах, содержащих электрическую аппаратуру, помещены знаки электрического напряжения;
степень защиты элементов электрооборудования соответствует:
Выбор сечения проводников.
Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и после аварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями. Для проверки на нагрев принимаются получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети. Сечение проводов и кабелей электрической сети выбираются по нагреву расчетным током и потере напряжения. Электрическая сеть должна также обладать механической прочностью.
Выбор проводников зависит от места прокладки, количества прокладываемых проводников в одной трубе или коробе.
Для прокладки проводников применяем кабель с медной жилой марки ВВГ и ПВГ.