Расчет и краткое описание тиристорах в электроприводе (стр. 1 из 4)
Курсовая работа
на тему:
«Расчет и краткое описание тиристорах в электроприводе»
Задание на курсовую работу
| Номинальная мощность двигателя | Рн | кВт | 17 |
| Номинальное напряжение на якоре | Uян | В | 220 |
| Коэффициент допустимой нагрузки двигателя по току | ki | 2,5 | |
| Индуктивность якорной цепи ДПТ | Lя | мГн | 9,4 |
| Активное сопротивление якорной цепи двигателя | RЯ | Ом | 0,037 |
| Частота вращения вала двигателя | nН | об/мин | 1500 |
| Коэффициент полезного действия | η | % | 87 |
| Тип силовой схемы | Трехфазная мостовая | ||
| Тип тиристоров | Неоптронные | ||
| Тип СИФУ | Линейная | ||
Содержание
Введение
Краткое описание устройства и узлов
I. Расчет и выбор элементов силовой части
1.1 Выбор силового согласующего трансформатора
1.2 Выбор силовых тиристоров
1.3 Выбор сглаживающего реактора в якорной цепи двигателя
1.4 Выбор сглаживающего дросселя
1.5 Выбор защитных “RC” цепочек
II. Расчет статических характеристик вентильного преобразователя
2.1 Регулировочные характеристики СИФУ, ВП, СИФУ–ВП
2.2 Регулировочные характеристики НР–ВП
2.3 Определение коэффициента усиления ВП в точке номинального режима
III. Расчет внешних характеристик вентильного преобразователя
IV. Определение энергетических показателей вентильного преобразователя
4.1 Коэффициент полезного действия
4.2 Коэффициент мощности
4.3 Способы повышения коэффициента мощности
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Целью курсовой работы является получение студентами навыков самостоятельной инженерной деятельности, связанной со схемотехническим проектированием.
Объектом разработки и исследования служат элементы и узлы промышленной электроники, получающие в настоящее время наибольшее применение в полупроводниковом электроприводе постоянного тока: тиристорный выпрямитель, устройство импульсно-фазового управления, цепи защиты тиристоров от перегрузок по току и перенапряжений, нелинейный регулятор и др. составление полной принципиальной схемы тиристорного электропривода на основе указанных элементов и узлов знакомит студентов с принципами построения вентильных электроприводов однако задание ограничивается рассмотрением специальных вопросов, относящихся лишь нереверсивному (одноквадрантному) электроприводу на основе однокомплектного тиристорного преобразователя. Выбор элементов, расчет статических и энергетических характеристик устройства составляет основное содержание расчетно-пояснительной записки к проекту. При этом часть материала ориентирует на творческое участие в научно-исследовательской работе студентов, проводимой на кафедре. Выполнение трудоемких вычислительных операций предусматривается с помощью ЭВМ.
Краткое описание устройства и узлов
Устройство тиристорного управления электроприводом состоит из силовой и управляющей частей.
Основными элементами силовой части являются тиристорный выпрямитель (ТВ) и двигатель постоянного тока независимого возбуждения, регулирование частоты вращения которого осуществляется изменением напряжения на якоре (подаваемого от управляемого выпрямителя) при постоянстве потока возбуждения.
Управляющая часть обеспечивает возможность регулирования напряжения на выходе тиристорного выпрямителя, а также ограничивает ток нагрузки на предельно допустимом уровне. Её основными элементами являются система импульсно-фазового управления тиристорами (СИФУ), выходной усилитель импульсов управления (ВУ), нелинейный регулятор (НР) с устройством упреждающего токоограничения (УУТ), потенциометрический задатчик скорости, устройство токоограничения (УТО), датчик скорости и блок питания.
При работе устройства управления входное напряжение управления на входе НР после усиления и изменения знака преобразуется в управляющее напряжение и подаётся на вход СИФУ. В СИФУ управляющее напряжение преобразуется в несколько последовательностей управляющих импульсов, каждая из которых после усиления в ВУ подаётся на управляющий электрод одного из тиристоров в схеме ТВ. Согласно выражению выходной характеристики СИФУ α = f ( Uу ) регулировочной характеристики ТВ Udα = f ( α ) при изменении управляющего напряжения изменяется фаза управляющих импульсов (угол регулирования), а, следовательно, и среднее значение выпрямленного напряжения на выходе ТВ.
Трёхканальная система импульсно-фазового управления с линейной выходной характеристикой состоит из трёх идентичных каналов управления КУ1, КУ2, КУ3, каждый из которых имеет два выхода и обеспечивает управление двумя силовыми тиристорами, подключёнными к одной фазе сети. Каждый канал содержит синхронизатор, выполненный на транзисторных ключах и логических элементах И-НЕ, генератор опорного напряжения (ГОН) на операционном усилителе, компаратор на операционном усилителе, формирователь управляющих импульсов на транзисторном ключе и распределитель управляющих импульсов на логических элементах И. На каждый канал подаётся синхронизирующее напряжение, в качестве которого для КУ1 используется линейное напряжение Uac, для КУ2 – Uba, для КУ3 – Ucb.
Работа СИФУ происходит следующим образом (на примере работы КУ1).
Под воздействием синхронизирующего напряжения транзисторы VT9 и VT10, включённые по схеме с общим запуском, переключаются в противофазе. На их коллекторах, а затем и на выходах микросхем DD1.1 и DD1.4 формируются широкие прямоугольные импульсы UDD1.1 и UDD1.4 положительной полярности длительностью в половину периода напряжения питающей сети. Эти широкие импульсы логически перемножаются в элементе DD1.3 и поступают на вход элемента DD1.2, включённого как элемент НЕ. На выходе DD1.2 формируются кратковременные импульсы положительной полярности UDD1.2, которые открывают транзистор VT11. При этом конденсатор C10 разряжается и обнуляет напряжение на выходе интегратора DA1. На интервалах выключенного состояния VT11 на выходе DA1 формируется линейно нарастающее опорное напряжение отрицательного знака, начало которого совпадает с точкой естественной коммутации. На выходе ОУ DA2 опорное напряжение суммируется с положительным напряжением питания, приобретает положительный знак и суммируется также с напряжением смещения Uсм. В компараторе DA2 Uоп – Uсм сравнивается с управляющим напряжением – UУ. В момент их равенства напряжение на выходе компаратора становится отрицательным, ключ VT16 запирается, конденсатор C13 заряжается по цепи: +15В, R56, C13, R57. При этом на резисторе R56 выделится кратковременный управляющий импульс Uиу. На интервалах включённого состояния VT16 конденсатор C13 разряжается по цепи VT16, R57. Импульсы Uиу вырабатываются в каждом периоде работы генератора опорного напряжения и потому имеют удвоенную частоту, их разделение по подканалам осуществляется с помощью распределителя: на входы DD2.1 и DD2.2 поступают широкие разрешающие импульсы с выходов синхронизатора, а управляющие импульсы для открытия тиристоров поступает с выходов DD2.1 (DD2.2) только в моменты совпадения логического уровня Uиу и соответствующего широкого импульса.
Устройство токоограничения выполняется на операционном усилителе, охваченном нелинейной обратной связью с помощью диода VD19 и резистора R5. На инвертирующем входе ОУ напряжение, пропорциональное току якоря двигателя, сравнивается с пороговым напряжением Uп, получаемым в блоке питания. Если двигатель работает без перегрузки, то выходное напряжение УТО равно нулю и действие этого узла не проявляется; если двигатель начинает работать с перегрузкой, то на выходе УТО появится напряжение, которое приведёт к уменьшению выпрямленного напряжения на выходе ТВ и уменьшению выпрямленного тока.
Нелинейный регулятор применяется для линеаризации характеристик ТВ. Собран на двух операционных усилителях DA1 и DA2. ОУ DA1 охвачен нелинейной обратной связью, выполненной на диодах VD20 и VD21, поэтому коэффициент усиления DA1 зависит от входного сигнала. При малых напряжениях он близок к нулю и коэффициент усиления всего устройства определяется усилителем DA2. При больших напряжениях на входе коэффициент усиления DA1 равен единице и коэффициент усиления всего устройства уменьшается.
Узел упреждающего токоограничения устраняет возможность неконтролируемого возрастания тока на выходе ТВ в переходных режимах. Устанавливается непосредственно на управляющем входе СИФУ и служит для контроля и ограничения управляющего напряжения на уровне, при котором ток якоря не мог бы превысить максимально допустимого значения. Если управляющее напряжение превысит допустимый уровень, диоды VD22..VD23 открываются и вместе с резистором R33 шунтируют выход НР.
Выходной усилитель импульсов управления служит для формирования управляющих импульсов заданной формы и длительности, усиления импульсов по напряжению до 10..20 В и току до 0,4...0,5 А, обеспечения гальванической развязки силовых и управляющих цепей. Каждый из шести (по числу тиристоров) каналов ВУ содержит ключ на транзисторах и импульсный трансформатор. При отсутствии сигнала управления ключ запирается подачей напряжения смещения и шунтированием эммитерного перехода транзистора диодом.
I. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ
1.1 Выбор силового согласующего трансформатора
Требуемое максимальное выпрямленное напряжение:
= 1,1 ∙ ( 220 + 4.9295 + 6.6 + 2.2 + 4.4 + 1,1325 ) = 239.262 В