Файл: Электропривод подъема мостового крана.doc

3.2 выбор элементов силовой цепи

Силовая цепь, выбранного нами преобразователя частоты имеет следующий состав:

- выпрямитель – в качестве элементов выпрямителя используются диоды;

- инвертор – в качестве ключей инвертора используется комплект IGBT транзисторов с возвратными диодами, регулирование частоты на выходе инвертора осуществляется путем изменения частоты переключения ключей инвертора, а регулирование величины напряжения на выходе инвертора осуществляется за счет широтно-импульсной модуляции;

- блок торможения - используется для резистивного частотного торможения;

- LC-фильтр - для фильтрации напряжения;

- анодные реакторы - используются для фильтрации коммутационных помех и ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания.

- цепи защиты от перенапряжений;

- токоограничивающее сопротивление;

Схема силовой части электропривода представлена на рисунке №3.1 и включает в себя следующие силовые элементы:

L1…L3 – токоограничивающие реакторы, предназначенные для ограничения скорости нарастания тока;

RТ-тормозное сопротивление;

C-емкость выпрямителя;

VT1…VT6 – транзисторы силового блока инвертора;

RТС-токоограничивающее сопротивление;

VD1…VD6 – диоды выпрямителя.

VD7…VD12-обратные диоды инвертора;

ДТ-датчик тока;

ЦЗП-цепи защиты от перенапряжений;

LДР- сглаживающий дроссель.



Рисунок 3.1 - Принципиальная схема силовой цепи электропривода

В качестве силовых ключей рекомендуется использовать модули IGBT, в состав которого входят биполярные транзисторы с изолированными затворами и обратные диоды.

Предварительный выбор:

Номинальный фазный ток статора:

????_ном = 114 А

Средний ток через силовой ключ:

????_н.ср. ≥ ????_з·????_???????????? (3.1)

Где, k_з – коэффициент запаса, учитывающий перегрузку по току при коммутации ключа, k_з =2;

I_max - амплитудное значение тока в плече силовой цепи инвертора:

---

Где, I_ном – номинальный ток двигателя, А.

Выражение примет вид:



Рабочее напряжение на силовом ключе:



Где, U_max – амплитудное значение напряжения в силовой цепи инвертора, В;

– коммутационное перенапряжение на ключе, В.



Где, U_л = 380 В - линейное напряжение сети.

С учетом рекомендаций принимается значения перенапряжения U_п.н.=600В.

Выражение принимает вид:



На основании выражений выбираются силовые модули в виде полумоста с обратными диодами.

Максимально допустимое напряжение, прикладываемое к вентилю, не должно превышать допустимого значения повторяющегося импульсного напряжения:

????_з???? · ????_???? · ????_обр.????. ≤ ????_????????????;

Где, k_зu - коэффициент запаса по напряжению, k_зu =(1,3÷1,5);

k_c - коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети; k_c =11;

????_обр.????. - максимальное обратное напряжение на вентиле;



Где U_ф - значение напряжения питающей сети, U_ф = 220 В;





Произведем выбор конденсаторов силового фильтра:

Суммарная емкость конденсаторов силового фильтра:

---

Где, U_d - среднее значение выпрямленного напряжения, В:

Т_i=0,001 - постоянная времени нагрузки (частота коммутации транзисторов), с;

R_i =0,069 Ом - активное сопротивление нагрузки, Ом;

- допустимое повышение напряжения на конденсаторе.

Среднее значение выпрямленного напряжения:



Где, U_ф =220 В - фазное напряжение сети;

k_сх = 2,34 - коэффициент схемы для трехфазного выпрямителя.

Допустимое повышение напряжения на конденсаторе:



Выражение расчета суммарной емкости конденсаторов силового фильтра примет вид:



Определяется максимальное допустимое напряжение на конденсаторе:





На основе результатов полученных из выражений выбираются конденсаторы силового фильтра.

---

3.3 Выбор датчиков регулируемых координат электропривода

Датчик тока для частотного управления асинхронным двигателем с IR-компенсацией надо выбрать на основе измерения мгновенных значений токов в фазах АД, затем сформировать сигнал действующего значения тока фазы.

Выбираем 3 датчика тока производства фирмы «LEM» на основе элементов Холла серии HAS по номинальному току статора (IН=114 А).

Основные технические данные датчика тока типа HAS120S/SP1:

- Номинальный первичный ток, IPN=120 А;

- Диапазон преобразования, ±360 А;

- Напряжение питания, +5 В.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

При регулировании напряжения АД по закону Ψ1= const обеспечивается постоянство модуля жесткости механических характеристик β.

Функциональная схема автоматизированного электропривода представлена на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 - Функциональная схема электропривода

Таблица № 4.1

Описание элементов функциональной схемы

ЗИ	Задатчик интенсивности
РЧ	Регулятор частоты
РН	Регулятор напряжения
ФП	Функциональный преобразователь
ПЧ	Преобразователь частоты
ДТ	Датчик тока
АД	Асинхронный двигатель

Рисунок 4.1 - Структурная схема САР привода подъема

В такой системе САУ должна обеспечить амплитуду выходного напряжения ПЧ:



Где, - коэффициент усиления системы управления;

---

- относительная частота;

-сигнал номинальной ЭДС статора;

- сигнал тока статора.

5 РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1 РАСЧЕТ статических характеристик электропривода

Построим естественную механическую характеристику асинхронного двигателя в четырех квадрантах.

Для построения механической характеристики воспользуемся формулой Клосса:



Где, - максимальный (критический) момент двигателя;

- критическое скольжение двигателя;

- номинальное скольжение;

определяют по техническим характеристикам двигателя, представленные во 2-ом разделе, где задано , следовательно



Номинальная угловая скорость , рад/c, рассчитывается по формуле



Где, - номинальная частота вращения ротора об/мин, при частоте вращения магнитного поля

---