курсач эп

Аннотация
Пояснительная записка содержит 21 страницу, в том числе 4 рисунка и 12 источников литературы.
Целью курсовой работы является расчет преобразователя частоты для асинхронного двигателя. В курсовой работе проведен расчет преобразователя частоты, выпрямителя, силового фильтра АИН с амплитудной модуляцией и конденсатора. По полученным данным из каталогов были выбраны соответствующие элементы преобразователя частоты.
Представлена классификация преобразователей частоты используемых в промышленности. Приведено сравнение автономного инвертора напряжения с различными видами модуляции, и рассмотрена схема рекуперативного и динамического торможения в двигателе при питании от преобразователя частоты.

Содержание
Введение 5
1 Классификация преобразователей частоты 6
2 Расчет и выбор преобразователя частоты 9
2.1 Расчет мощности преобразователя частоты (инвертора) 12
2.2 Расчет и выбор выпрямителя 13
2.3 Расчет параметров силового фильтра АИН с амплитудной
модуляцией 14
13 TOC \h \z \t "Курсовой - Заголовок 0;1;Курсовой - Заголовок 1;1;Курсовой - Заголовок 2;2;Курсовой - Заголовок 3;3" 1413 LINK \l "_Toc323228052" 143 Сравнение автономного инвертора напряжения с различными видами модуляции 1515
13 LINK \l "_Toc323228055" 144 Рекуперативное и динамическое торможение в двигателе при питании от преобразователя частоты 1715
13 LINK \l "_Toc323228060" 14Заключение 2015
13 LINK \l "_Toc323228061" 14Список литературы 13 PAGEREF _Toc323228061 \h 14211515
15
Введение
Современная автоматизация производства невозможна без использования электродвигателей и средств управления ими или, точнее без применения электропривода. Использование автоматизированного и автоматического электропривода позволяет повышать производительность труда, культуру производства и быт человека.
Электрическим приводом называется электромеханическое устройство, посредством которого осуществляется движение рабочих органов машины. Электрическая часть электропривода состоит из электродвигателя и аппаратуры управления им. Кроме этого, во многих электроприводах электрическая часть содержит преобразователи и различные устройства автоматизации рабочего процесса.
В автоматизированном электроприводе широко используются достижения современной техники управления: новейшие электрические аппараты, различные полупроводниковые приборы.
При работе с электроприводом нередко возникает необходимость управления частотой вращения асинхронного электродвигателя. Для этого используется частотные преобразователи. В преобразователях частоты используется частотный метод регулирования скорости асинхронного двигателя, заключающийся в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно изменять угловую скорость вращения магнитного поля статора. При этом обеспечивается плавное регулирование скорости вращения в широком диапазоне при сохранении достаточно жёстких механических характеристик. Регулирование скорости, не вызывает увеличения коэффициента скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании малы.
Использование частотного преобразователя для асинхронных двигателей для регулирования скорости движения конвейеров и транспортировочных устройств даёт значительную экономию электроэнергии и увеличивает эффективность использования этих средств. Благодаря его применению без труда удаётся поддерживать в системе нужное давление и регулировать её производительность. При использовании регулируемого привода в станках возможно плавно изменять скорость подачи или главного движения.

1 Классификация преобразователей частоты
Преобразователи частоты (ПЧ) служат для переноса спектра частот из одной области в другую без изменения характера модуляции. Они являются частью супергетеродинного приемника. В результате преобразования получается новое значение несущей частоты fпр, называемой промежуточной. Частота fпр может быть как выше, так и ниже fс. Если fпр > fс преобразование частоты вверх; fс< fпр преобразование частоты вниз.
ПЧ (рис.1.1) содержит нелинейный элемент (НЕ) и источник вспомогательного колебания, называемый гетеродином (Г). В качестве нелинейного элемента используются различные электронные приборы, нелинейные активные или реактивные сопротивления. Нелинейный элемент, преобразующий колебания сигнала с помощью гетеродина, называют смесителем.
В состав ПЧ входит также фильтр (Ф) с нагрузкой Rн, необходимый для выделения напряжения промежуточной частоты.

Рисунок 1.1- Преобразователь частоты
В общем случае преобразование частоты можно рассматривать как результат перемножения двух высокочастотных напряжений:
напряжения сигнала
uc= Uсcos(
·c t+
·c ) (1.1)
и напряжение гетеродина
uг= Uгcos(
·г t+
·г ) (1.2)
В результате такого перемножения на выходе преобразователя получается напряжение преобразованной частоты
Uпч= kсхUсUгcos(
·пр t+
·пр ) (1.3)
где kсх- постоянный коэффициент, зависящий от параметров преобразователя.
Амплитуда, частота или фаза преобразованного напряжения имеют тот же закон, что и напряжение сигнала. Это означает, что при преобразовании модулированных сигналов вид и параметры модуляции не нарушаются. Перемножить напряжения можно двумя способами: с помощью нелинейных элементов или с помощью линейных цепей с переменными параметрами (параметрических цепей). В общем случае в результате нелинейного или параметрического преобразования двух напряжений на выходе смесительного элемента появляется множество комбинационных составляющих напряжений с частотами 13EMBED Equation.31415

·к= |± k
·г ± n
·г |13EMBED Equation.31415 (1.4)
где k и n – целые положительные числа.
На избирательной нагрузке выделяется напряжение одной из комбинационных частот, которая и принимается за промежуточную частоту приемника.
ПЧ характеризуется следующими основными показателями: коэффициентом усиления, уровнем линейных искажений, нелинейными эффектами, избирательностью, устойчивостью эксплуатационно-технических характеристик и перекрытием заданного диапазона частот.
Коэффициент усиления преобразователя равен отношению комплексной амплитуды выходного напряжения преобразованной частоты к комплексной амплитуде напряжения сигнала, действующего на входе преобразователя, т.е.
Kпч = Um пр /Um c (1.5)
Коэффициент усиления ПЧ зависит от частоты входного сигнала. Эта зависимость определяется как характеристикой избирательности системы, включённой на входе преобразующего прибора, так и характеристикой нелинейности последнего. Для оценки усилительных свойств ПЧ при точной настройке используют резонансный коэффициент усиления преобразователь при точной настройке к комплексной амплитуде входного напряжения сигнала:
Kпч0 = Um пр0 /Um c0 (1.6)
Линейные искажения сигнала характеризуется неравномерностью коэффициента усиления в необходимой полосе спектра сигнала и нелинейностью фазовой характеристики.
Определение этих показателей не отличается от определения аналогичных показателей избирательных усилителей. Следует отметить, что в ПЧ эти искажения даёт фильтр, настроенный на промежуточную частоту.
Нелинейные эффекты в ПЧ характеризуют величинами, используемыми для аналогичных оценок в избирательных усилителях, а именно: нелинейность амплитудной характеристики, коэффициентом блокирования сигнала, коэффициентом перекрёстных искажений, коэффициентом взаимной модуляции и коэффициентом вторичной модуляции.
В ПЧ возникают специфические нелинейные эффекты, определяемые наличием сильных колебаний с частотой гетеродина. К этим Эффектам относятся побочные каналы приёма и свисты, сопровождающие приём полезного сигнала. Побочные каналы приёма характеризуются значениями их частот и уровнем выходного напряжения, создаваемого соответствующим каналом приёма.
Избирательность преобразователя зависит от вида АЧХ его нагрузки. Однако при настройке гетеродина соответствующей приему полезного сигнала, существует ряд частот, которые в результате преобразования также образуют промежуточную частоту (например,
·=
·г –
·пр или
·=
·г +
·пр).
Устойчивость работы ПЧ в смысле постоянства характеристик определяется не только свойствами преобразующего прибора и избирательной цепи, но и свойствами гетеродина. Что касается удалённости от самовозбуждения, то ПЧ представляет собой устройство, выходные входные цепи которого настроены на значительно отличающиеся частоты (fпр и fс), и поэтому непосредственно емкостная или индуктивная связь этих цепей обычно не опасна. Существенное снижение стабильности показателей характерно для регенеративного режима, который используется в ПЧ на туннельном диоде и емкостном ПЧ, работающем с инверсией спектра.
Перекрытие заданного диапазона частот определяется возможностью перестройки гетеродина в пределах заданного диапазона и постоянством его характеристик в этих условиях.
Преобразователи частоты классифицируются:
1) По способу получения fпр:
- ПЧ с верхней настройкой гетеродина
Fпр = fг – fс, т.е. fг > fс (1.7)
В данном случае после преобразования положение боковых полос сигнала меняется, т.е. нижняя становится верхней и наоборот (инвертирующее преобразование частоты).
- ПЧ с нижней настройкой гетеродина.
Fпр = fс – fг, т.е. fг < fс (1.8)
В данном случае положение боковых полос сигнала относительно несущей частоты после преобразования не меняется (неинвертирующее преобразование частоты).
2)По виду нелинейного элемента:
- диодные ПЧ;
- транзисторные ПЧ;
- интегральные ПЧ.
3)По числу нелинейных элементов в ПЧ:
- простые (один НЭ);
- балансные (два НЭ);
- кольцевые (четыре НЭ).
Одним из основных узлов ПЧ является автономный инвертор АИ, свойства которого определяют характеристику всего ПЧ в целом. Преобразователь частоты не только обеспечивает эффективное регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты напряжения на его входе, но и необходимые значения тока и напряжения.

2 Расчет и выбор преобразователя частоты
Вариант № 24
Тип – 4АР250S8У3
Рн – 37 кВт

·
·-н. – 735 об/мин
Iн при Uн=380 – 87 А

·-н. – 90 %
cos
· – 72

·
·-пуск.-,
·
·-н – 5,5 А
Мпуск/Мн – 1,8
Ммин Мн – 1,5
Ммакс Мн – 2
Момент инетции – 4,62 кг/м2
X1 – 0,98 Ом
X2 – 1,46 Ом


Рисунок 2.1- Схема преобразователя частоты с автономным инвентором напряжения
Данная схема пч состоит изтрех основных элементов: неуправляемого выпрямителя, широтно импульсного преобразователя и автономного инвентора напряжения.
В качестве выпрямителей используют полупроводниковые приборы. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении.
Для изготовления полупроводниковых вентилей используют германий, кремний, селен и другие материалы. Пластины, изготовленные из этих материалов, после внесения специальных примесей имеют слоистую структуру, в которой чередуются проводимости различных типов электронная (n) и дырочная (р).
В неуправляемых выпрямителях используют неуправляемые вентили диоды, которые начинают проводить ток, как только к ним прикладывают напряжение, действующее в проводящем направлении. Диоды имеют двухслойную р-n-p-структуру, для них характерна высокая проводимость в прямом направлении и низкая в обратном.
На первых этапах применения полупроводниковых ШИП выбор транзисторной или тиристорной элементной базы основывался на следующих соображениях. Транзисторные ШИП имеют относительно малую мощность, невысокую перегрузочную способность по току (2-2,5 Iном), но позволяют реализовать частоту импульсов до 5 кГц. Тиристорные ШИП более мощные и лучше выдерживают перегрузки по току и напряжению, но позволяют работать с импульсами частотой не более 1 кГц и требуют более сложной схемы управления.
Однако в настоящее время подход к выбору силовой элементной базы ШИП несколько меняется, что объясняется двумя основными факторами. С одной стороны, созданы силовые модули на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором, по мощности и перегрузочной способности практически не уступающие тиристорным и работающие на частотах до 10кГц. С другой стороны, в настоящее время все более широко выпускаются достаточно мощные запираемые тиристоры, которые в отличие от обычных тиристоров можно и закрыть подачей соответствующего потенциала на управляющий электрод.
Принцип работы транзисторного ШИП основан на использовании транзисторов в ключевом режиме: транзистор пропускает ток при подаче управляющего сигнала и перестает его пропускать после снятия сигнала.
Транзисторные ШИП в первом приближении можно считать идеальными звеньями с бесконечно малой инерционностью и бесконечно малым внутренним сопротивлением и для анализа систем ШИП-Д пользоваться выражениями механической характеритики и передаточной функции, полученной непосредственно для двигателя.
Принцип работы ШИП на запираемых тиристорах не имеет существенных отличий от работы транзисторного ШИП.
Принцип работы ШИП с обычными тиристорами в отличие от транзисторных имеет две основные особенности. Во-первых, в состав тиристорного ШИП входит схема искусственной коммутации, которая должна при питании тиристора от сети постоянного тока в требуемый момент времени изменить полярность на аноде и катоде и запереть тиристор. Связано это с тем, что тиристор после отпирания теряет управляемость и запереть его подачей сигнала на управляющий электрод невозможно. Во-вторых, запирание тиристора требует определенного времени, что не позволяет реализовать относительную продолжительность импульсов
· , достаточно близкую к нулю.
Для питания трехфазных потребителей переменного тока, могут быть использованы автономные инверторы, построенные по тем же схемам, какие применяются для преобразователей постоянного тока. Инвертирование, т.е. преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение необходимой частоты, осуществляется переключением в определенной последовательности и с заданной частотой ключей (тиристоров, транзисторов) в плечах моста. Форма выходного напряжения зависит от характера нагрузки и, прежде всего, от закона переключения ключей, т.е. закона коммутации.
Наибольшее распространение для инверторов получила трехфазная мостовая схема. На схеме вентили VT1 –VT6 представляют собой полностью управляемые полупроводниковые вентили (запираемые тиристоры, транзисторы), которые обладают способностью открываться и закрываться под воздействием управляющего сигнала. Практически таким элементом является транзистор, работающий в ключевом режиме, а также тиристор в совокупности с устройством искусственной коммутации. Современные АИН выполняются на основе запираемых тиристоров GTO либо биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT.
При данном варианте ПЧ регулирование напряжения на входе АИ осуществляется с помощью импульсного регулятора на выходе неуправляемого выпрямителя (тиристорного либо транзисторного ШИП), обеспечивающего на выходе напряжение в виде серии прямоугольных импульсов за счет изменения длительности проводящего и непроводящего периодов вентилей.
После фильтрации это напряжение подается на вход автономного инвертора. Импульсные регуляторы имеют большое быстродействие. Они позволяют поддерживать необходимое соотношение U/f на выходе автономного инвертора как для АИТ, так и для АИН, а также высокие значения коэффициента мощности и широкий диапазон регулирования.
Диодный вспомогательный мост не имеет вспомогательных цепей управления и является наиболее простым, дешевым и надежным преобразователем.
Кроме того, наличие нерегулируемого источника тока позволяет осуществить параллельную работу нескольких независимых инверторов и, тем самым, уменьшить стоимость преобразователя для питания многодвигательных электроприводов.
Однако эти схемы приводят к дополнительному преобразованию энергии, к снижению КПД, усложнению преобразователя, а также и невозможности осуществления генераторного режима в приводе.
2.1 Расчет мощности преобразователя частоты (инвертора)
Индуктивное сопротивление асинхронного двигателя
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.1)
Действующее значение полного тока при номинальной нагрузке
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.2)
Номинально длительно-допустимая мощность инвертора
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.3)
Выбираем преобразователи частоты (инвертора), исходя из следующих данных:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.4)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.5)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.6)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.7)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.8)
где Кз = 1,25 коэффициент запаса мощности;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.9)
13 QUOTE 1415Учитывая перегрузочную способность преобразователя, номинальный ток ПЧ может быть принят
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.10)
где 13 QUOTE 1415 = 2 - коэффициент перегрузки преобразователя частоты.
Полученное значение тока должно быть обеспечено при длительности этой нагрузки в течение 1 минуты. Однако пуск двигателя осуществляется за 1 - 2 секунды. При малых длительностях приложения максимальной нагрузки коэффициент перегрузки ПЧ повышается. Поэтому выбор ПЧ осуществляется по номинальному току и допустимой перегрузке ПЧ.
В соответствии с заданными условиями выбирается преобразователь частоты типа ТРИОЛ АТ04-55 со следующими техническими данными:
Sн=72 кВт; Рн=45 кВт; U=380 В; Iн=110 А; f=1-50 Гц; Imax=132 A


2.2 Выбор выпрямителя
Требуемое напряжение в сети постоянного тока
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.11)
Средний ток, потребляемый инвертором
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.12)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.13)
модуль первой гармоники тока нагрузки.
Средний ток через ключ АИН
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.14)
Средний ток через обратный диод
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.15)
Активная мощность на выходе инвертора
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.16)
Активная мощность на входе инвертора
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.17)
Выпрямленный ток в цепи постоянного тока
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.18)
Максимальное выпрямленное напряжение выпрямителя (при
· = 0)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.19)
Номинальный (минимальный) угол регулирования выпрямителя

(2.20)

отсюда
·mm = 25,84° .


2.3 Расчет параметров силового фильтра АИН с амплитудной модуляцией
Эквивалентное сопротивление фильтра в цепи постоянного тока

13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.21)
Эквивалентная индуктивность фильтра
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.22)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.23)
13 QUOTE 1415 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.24)
13 QUOTE 1415Из каталога выбирают сглаживающий дроссель типа ФРОС – 1000/0,5 УЗ, ТЗ имеющий следующие данные:
Lн=1,6 мГн; Idн=1000 А;
·Uдр=2,2 В
Емкость конденсатора на входе инвертора
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.25)
где f1=50 Гц максимальная частота напряжения статора двигателя;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.26)
13 QUOTE 1415амплитуда значения первой гармоники тока нагрузки;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.27)
Ток конденсатора
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.28)
13 QUOTE 1415







3 Сравнение автономных инверторов напряжения с различными видами модуляции
АИН с амплитудной модуляцией (AM) с управляемыми выпрямителями имеют наименьшую частоту коммутации ключей (n=6 на периоде основной частоты) по сравнению с ШИМ. Они наиболее просты в реализации. Кроме того, они имеют неизменную форму выходного напряжения. Применение управляемых выпрямителей позволяет также осуществить рекуперативное торможение асинхронных двигателей.
Однако АИН с AM имеют серьезные недостатки: изменение входного напряжения инвертора, требующее соответствующее изменение емкости сглаживающего (компенсирующего) конденсатора, высокий состав высших гармоник в напряжении инвертора и токе нагрузки, повышенные значения емкости и индуктивности силового фильтра в звене постоянного тока, пониженный cos
· привода, обусловленный применением управляемого выпрямителя.
В АИН с широтно-импульсными преобразователями в цепи постоянного тока требуемая индуктивность фильтра снижается примерно на порядок, аналогично в несколько раз снижается емкость конденсатора.
Применение неуправляемого выпрямителя вызывает значительное повышение cos
·. Отсутствие, к тому же, дополнительных цепей управления делает его более простым, менее дорогим и более надежным. Неуправляемый источник напряжения позволяет осуществлять подключение к нему нескольких автономных инверторов при параллельной работе двигателей без прерывания в питании электрической энергией. Однако гармонический состав выходного напряжения не улучшается.
В АИН с ШИМ cos
· и параметры фильтра будут иметь те же значения, что и в предыдущем случае. Гармонический состав напряжений и токов инвертора наилучший по сравнению с другими видами модуляции. Но основным недостатком этих инверторов c ШИМ является более сложная система управления, что влияет на стоимость ПЧ.
Преобразователи частоты с АИН используются:
для питания машин малой мощности, имеющих повышенную номинальную частоту, особенно в тех случаях, когда инверторы получают питание от аккумуляторной батареи;
в случаях применения машин средней и большой мощности при питании инверторов от сети с постоянным напряжением используют обычно широтно-импульсную модуляцию;
в случаях применения машин средней и большой мощности при питании инверторов от выпрямителей и повышенной частоты коммутации (например, для машин с повышенной номинальной скоростью);
для многодвигательных электроприводов;
для систем векторного управления асинхронными двигателями применяют в основном пространственно-векторную модуляцию.
В настоящее время преобразователи с АИН на IGBT-модулях находят массовое применение в большом числе электроприводов в самых различных отраслях. Как у нас в стране, так и за рубежом многие фирмы заняты разработкой и производством ПЧ с АИН, непрерывно расширяют их номенклатуру и объем выпуска. Все это связанно с теми преимуществами, которые дает применение силовых транзисторных IGBT-модулей:
малая мощность управления (единицы Вт), которая необходима для перезаряда емкости затвора транзистора через включенный последовательно с ней резистор, постоянная времени этой цепи не превышает десятые доли микросекунд; высокие значения допустимого напряжения Uэк, достигающие значения 1200 В и более (до 4,5 кВ), что позволяет использовать бестрансформаторное подключение электропривода к сети и тем самым повысить его КПД, cos
· и снизить стоимость;
малое время переключения (сотни наносекунд), высокая допустимая частота коммутации (до 15 кГц), что позволяет обеспечить при двухполярной синусоидальной ШИМ модуляции синусоидальные напряжения и токи в обмотках двигателя;
- возможность выпуска в виде гибридных модулей в зависимости от рабочего тока;
- высокая стойкость к токовым перегрузкам, допускающая двукратные броски тока по отношению к номинальному и десятикратные неповторяющиеся броски при t=10 мкс.
Известно, что аппаратная часть систем управления ПЧ мало влияет на его массогабаритные и стоимостные показатели и надежность. В то же время, схема монтажа силовой части и подсоединения блока выходных усилителей существенно отражается на надежности ПЧ, особенно при увеличении его мощности. Эти особенности конструкции ПЧ приводят к тенденции - разработке и выпуску новых типовых силовых модулей - IPM (Intelligent Power Modular). Модули IPM выполняются по гибридной технологии и содержат силовые транзисторы, выходные усилители (драйверы), охладители и элементы защиты и контроля силовых транзисторов. Ряд зарубежных фирм уже начали разработку ПЧ с этими модулями вместо IGBT (Mitsubishi Electric, Siemens и др...).


4 Рекуперативное и динамическое торможение в двигателях при питании от ПЧ со звеном постоянного тока
Питание инверторов постоянным током осуществляется за счёт выпрямления напряжения сети. Наиболее простым выпрямителем является диодный мост, однако, выбор схемы выпрямителя в конкретных случаях зависит от способа регулирования напряжения и требуемого тормозного режима двигателя: рекуперативного или динамического.
При превышении синхронной частоты вращения двигатель переходит в генераторный режим работы, и мощность возвращается в цепь постоянного тока через обратные диоды инвертора. Такой режим возникает при мгновенном снижении выходной частоты инвертора, а также в электроприводах кранов и лебёдок при спуске грузов.
Неуправляемые и полууправляемые выпрямители не могут работать в инверторном режиме, поэтому рекуперируемую мощность нельзя передать в сеть. Однако если от выпрямителя питается несколько инверторов, то мощность, возвращаемая в цепь постоянного тока одним инвертором, используется для питания других.
Инверторный режим работы мостового выпрямителя возможен только в полностью управляемой схеме с двумя группами вентилей . Такая схема работает в выпрямительном режиме при углах выпрямления
·< 90° и в инверторном - при углах
· > 90°. Так как выпрямленный ток не может изменить своего направления, при переходе в инверторный режим должна измениться полярность напряжения на выходе выпрямителя. Поэтому управляемый выпрямитель должен быть реверсивным. Второй тиристорный мост при нормальной работе блокирован и открывается только в режиме рекуперации, когда выпрямленный ток IИ изменяет своё направление.
Конденсатор, включенный параллельно входу инвертора, сглаживает пульсации напряжения на его входе и уменьшает внутреннее сопротивление источника постоянного тока. В рекуперативном режиме ток, протекающий через обратные диоды, заряжает сглаживающий конденсатор, что приводит к повышению напряжения в цепи постоянного тока. Схема управления при таком торможении усложняется, что повышает стоимость ПЧ.


Рисунок 4.1 - Схема рекуперативного торможения асинхронного двигателя
В АИН с ШИМ используется неуправляемый выпрямитель, что также исключает двусторонний обмен энергией между сетью и АИН. В этом случае также необходимо встречно-параллельное подключение второго комплекта выпрямителя, собранного на управляемых вентилях и работающего в режиме инвертора, ведомого сетью. Основное отличие схемы АИН с ШИМ от схемы с управляемым выпрямителем заключается в том, что в данном случае напряжение на выходе в Uu остается постоянным при всех режимах работы привода. Поэтому при работе АД в генераторном режиме будет изменяться только направление тока в звене постоянного тока.
Вследствие этого, в работу будет вступать инвертор, ведомый сетью. Особенностью этого инвертора будет являться то, что он должен работать с постоянным углом инвертирования. Регулирование же напряжения на АД при работе его в генераторном режиме так же, как и при двигательном режиме, осуществляется путем изменения коэффициента модуляции АИН с ШИМ.
Во многих установках эффект от применения рекуперативного торможения оказывается незначительным, в то время, как динамическое торможение обеспечивает удовлетворительные показатели при меньших капитальных затратах.
При динамическом торможении рассеивается энергия вследствие эффекта Джоуля в сопротивлении торможения RT через тормозной транзистор VTt , включенный параллельно с диодом и работающий в импульсном режиме (рис.2.7). Этот резистор включается к цепи постоянного тока, когда ее напряжение, вследствие подзаряда сглаживающего конденсатора, повышается до некоторого значения. Включение может осуществляться автоматически с помощью систем управления в зависимости от величины этого напряжения.
Величина сопротивления резистора динамического торможения может быть рассчитана
13 QUOTE 1415 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (4.1)
где Ud - напряжение в звене постоянного тока (Ud =540 В);
13 QUOTE 1415 - максимальная мощность, возвращаемая в звено постоянного тока, Вт.
Ток, коммутируемый ключом (транзистором) динамического торможения, находится
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 13 QUOTE 1415(4.2)

Рисунок 4.2 – Схема динамического торможения двигателя
Обычно в типовом электроприводе устанавливается ключ, рассчитанный на ток, равный 30% номинального тока двигателя.
Если в ПЧ со звеном постоянного тока не предусмотрено рекуперативное или динамическое торможение, то генерируемая двигателем энергия повышает напряжение на конденсаторе. При этом увеличивается напряжение на входе инвертора, а, следовательно, и на асинхронном двигателе, что приводит к перевозбуждению и насыщению его магнитопровода. В результате потери в асинхронном двигателе увеличиваются, что в какой-то степени равносильно режиму динамического торможения, причем без усложнения схемы электропривода.
Рекуперация в цепи постоянного тока всей энергии АД в этом режиме приводит к существенному повышению напряжения на конденсаторе, поэтому такой способ торможения непригоден для быстродействующих электроприводов.
Заключение
Данная курсовая работа состояла из четырех основных частей, в которых производились описание, расчет и возможные схемные решения для преобразователя частоты.
В первом разделе данной работы была дана краткая классификация преобразователей частоты, применяемых для электропривода переменного тока. В данной классификации видно, что преобразователи частоты классифицируются: по способу получения fпр, по виду нелинейного элемента и по числу нелинейных элементов в ПЧ. Одним из основных узлов ПЧ является автономный инвертор АИ, свойства которого определяют характеристику всего ПЧ в целом. Преобразователь частоты не только обеспечивает эффективное регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты напряжения на его входе, но и необходимые значения тока и напряжения.
Во втором разделе был произведен расчет и выбор преобразователя частоты. Выбор ПЧ осуществляется по номинальному току и допустимой перегрузке ПЧ. В соответствии с заданными условиями был выбран преобразователь частоты типа ТРИОЛ АТ04-55. Также в данном разделе были рассчитаны параметры выпрямителя и силового фильтра АИН с амплитудной модуляцией.
В третьем разделе курсовой работы было дано сравнение использования автономного инвертора напряжения (АИН) с амплитудной модуляцией, с широтно-импульсной модуляцией, с широтно-импульсными преобразователями и преобразователями частоты.
В четвертом разделе данной работы была приведена и описана схема рекуперативного торможения и схема динамического торможения двигателя. При превышении синхронной частоты вращения двигатель переходит в генераторный режим работы, и мощность возвращается в цепь постоянного тока через обратные диоды инвертора. Такой режим возникает при мгновенном снижении выходной частоты инвертора, а также в электроприводах кранов и лебёдок при спуске грузов. Во многих установках эффект от применения рекуперативного торможения оказывается незначительным, в то время, как динамическое торможение обеспечивает удовлетворительные показатели при меньших капитальных затратах. При динамическом торможении энергия рассеивается вследствие эффекта Джоуля в сопротивлении торможения через тормозной транзистор, включенный параллельно с диодом и работающий в импульсном режиме.
Плавное регулирование скорости вращения электродвигателя благодаря частотному преобразователю позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, что значительно упрощает управляемую механическую (технологическую) систему, повышает ее надежность и снижает потребление электроэнергии.
Список литературы
Сергеев П. С. Проектирование электрических машин. Изд. 3–е переработ. И доп. – М.: Энергия, 1970.
Обмоточные данные асинхронных двигателей. Конструкторское творческое бюро электроремонта, под общ. ред. Профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов) и др. – 7–е изд., испр. И доп. – М.: Энергоатомиздат
Полякова Л. Ю. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Промышленный электропривод», - 2003.
Электротехнический справочник: в 3–х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства/ Под общ. ред. Профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов) и др. – 7–е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий, под ред. М. Г. Зименкова, Г. В. Розенберга, Е. М. Феськова – 3–е изд. Перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат,1983.
Косматов В. И., Андросенко В. В. Проектирование тиристорных преобразователей: Магнитогорск: МГТУ, 2002.
Кацман М. М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. Учебник для электротехнических специальностей техникумов – М.: Недра, 1989.
Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Книга 2. Масленков М. Ю., Соболев Е. А., Соколов Г. А. и др. – М.,1993.
Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд – ние, 1982.
Вешневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Изд. 5–е книги. Расчет характеристик и сопротивлений для двигателей. – М.: Энергия, 1967.
Чиликин М. Г., Сандлер А. С., Общий курс электропривода: Учебник для вызов. – 6–е изд. Доп. И перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1981/
Теория автоматического управления: Учеб. для вузов; Под ред. А. А. Воронова. – 2- е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986.






































































































2202.2Ф4810.000.ПЗ


13 PAGE \* LOWER 14515

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

КФ УГАТУ



Листов

Лит.





Утверд.



Н. Контр.

.

Реценз.

Полякова


Провер.

Сарычев

Разраб.

2202.2Ф4810.000.ПЗ


3


Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРисунок 29

Приложенные файлы

  • doc 23402874
    Размер файла: 725 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий