Учебная работа. Проектирование управляемого преобразователя энергии с датчиками координат автоматизированного электропривода

Определяем номинальные значения мотора:

Напряжение источника питания рассчитаем по формуле:

,

где n — количество транзисторов, n=1,

— падение напряжения на транзисторе, примем =2В,

— наибольшая скважность, =0,9.

ток источника питания:

, где

— кпд ПШИУ, =0,97.

Выбор трансформатора

Определяем требуемое

где E2 — э.д.с. вторичной обмотки трансформатора:

где Кс — коэффициент, учитывающий возможность понижения напряжения в сети: Кс =1,1

КR — коэффициент, учитывающий падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора и падение напряжения в вентилях: КR=1,05.

Потребляемая мощность мотора:

Типовая мощность трансформатора:

где Kр- коэффициент, учитывающий превышение типовой мощности над мощностью неизменных составляющих, Kр=1,11- для однофазных мостовых схем.

Полная мощность трансформатора:

где Кi — коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной: Кi =1,05

Произведём конструктивный расчёт трансформатора.

Начальные данные:

Примем

Находим номинальные токи в обмотках:

В качестве сердечника трансформатора примем металлической сердечник с поперечником dст=0,05м, тогда площадь поперечного сечения будет равна:

.

Определяем число витков в обмотках:

,

где Bcт — индукция в стержне, примем Вст =1,6 Тл,

f — частота, f=50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).

.

силовой цепь ток электропривод

Примем поперечник медного провода: dпр=0,003м, тогда площадь поперечного сечения:

Средняя длина витка равна:

.

силовой цепь ток электропривод

Определяем активное сопротивление трансформатора:

где с — удельное сопротивление меди, Ктр — коэффициент трансформации,

Ом.

Рассчитываем утраты недлинного замыкания (Pкз) и напряжение недлинного замыкания (Uкз).

Плотности тока:

А/м2;

А/м2.

Определим массу проводников:

кг;

кг,

где с — плотность меди, кг/м3.

Утраты недлинного замыкания:

Напряжение недлинного замыкания:

,

где Uа, Uр , соответственно, активная и реактивная составляющие, которые рассчитываются последующим образом:

;

где в — неизменная, определяющая распределение материалов в трансформаторе: в=1,57;

ар — ширина приведенного канала рассеяния:ар=0,05;

uв — напряжение 1-го витка (uв=В),

.

совсем вычисляем:

.

Определяем полное сопротивление недлинного замыкания:

Ом.

Определяем индуктивное сопротивление:

Ом.

Определяем индуктивность трансформатора:

мГн.

Определяем амплитудное

А.

Выбор вентилей однофазного мостового выпрямителя

Среднее

Производим выбор вентилей по току:

— для диодов,

где kзрi — коэффициент припаса по току, принимаем kзрi = 1.5

kз.о — коэффициент припаса, учитывающий отклонение режима работы и критерий остывания от номинальных, kз.о=1

= 1•1,58,9 = 10,25 A.

Избираем из [3] диоды Д112-25 с охладителями 0111-60 с параметрами:

IFAVm = 15 А;

Iпр.max = 25 А;

Iобр.max = 4 мА;

Iуд = 330 А.

Выбор СПП по напряжению осуществляется по формуле:

kз.u UM UDRM

где kз.u — коэффициент припаса по рабочему напряжению, kз.u =1,652 ; принимаем kз.u =1,8

UM.H — номинальное

kс -коэффициент, учитывающий возможность увеличения напряжения в сети, kс=1,15

UM-максимальное

В;

В;

В.

Получили 1112,42 UDRM т.е используем диоды 12-го класса по напряжению UDRM=1200, означает берем диоды Д112-25-12.

Выбор транзистора преобразователя

Выбор IGBT транзисторов осуществим по пусковому току мотора:

Тогда получим:

А.

Избираем из [4] IGBT модуль BUP 314-TO-218 AB компании SIEMENS , для которого долгий ток коллектора при 250С А.

Наибольшее напряжение на переходе коллектор — эмиттер транзистора определим по формуле:

B.

Для избранного транзистора , потому транзистор удовлетворяет требованиям по превышению питающего напряжения.

Расчет LC-фильтра

Индуктивность фильтра определяется по формуле:

где — сопротивление источника питания:

— пульсность схемы, =2,

— частота выпрямленного напряжения, =50Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).

Тогда:

Рассчитаем коэффициент фильтрации, нужный для расчета емкости фильтра:

где — амплитуда пульсаций первой гармонической на выходе фильтра, =10…20 В, примем =15B,

— амплитуда пульсаций напряжения на входе фильтра,

Расчет коэффициента фильтрации:

Емкость фильтра рассчитывается по последующей формуле:

2. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Электромеханическая черта — зависимость среднего значения скорости мотора от среднего значения неизменной составляющей тока якоря.

где — сопротивление якорной цепи:

Ом.

Найдем коэффициент :

Из уравнения электромеханической свойства найдем и в двигательном режиме:

;

Определяем гранично-непрерывный ток для отысканных г:

где

Тогда:

Потому что Iя гр вышел весьма небольшим, то зоны прерывающегося тока не будем учесть. Построим электромеханические и механические свойства АЭП:

Таблица 2.1 — Расчет электромеханических черт АЭП:

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ

ВПЕРЕД

г = 0,89

г = 0,2

IЯ, А

щ, рад/с

IЯ, А

щ, рад/с

0

91,2

0

20,5

17,83

76,7

17,83

7,97

Набросок 2.1 — Электромеханические свойства АЭП.

Таблица 2.2 — Расчет механических черт АЭП

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ

ВПЕРЕД

г = 0,89

г = 0,2

M, Нм

щ, рад/с

М, Нм

щ, рад/с

0

91,2

0

20,5

38,2

76,7

38,2

7,97

Набросок 2.2 — Механические свойства АЭП.

3. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТИРИСТИК УПРАВЛЕНИЯ системы УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯМИ, ВЕНТИЛЬНОГО КОМПЛЕКТА, УПРАВЛЯЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ
Все свойства строим в спектре от 0 до 0,9.
Расчет и построение свойства управления вентильного набора.
Свойства управления вентильным комплектом: .
Черта строится из выражения:
,
где — напряжение на входе преобразователя; В.
Составим последующую таблицу:
Таблица 3.1 — Расчет черт управления вентильным комплектом.

г

UЯ, В

ВПЕРЕД

0

0,00

0,1

25,67

0,2

51,34

0,3

77,01

0,4

102,68

0,5

128,35

0,6

154,02

0,7

179,69

0,8

205,36

0,9

231,03

Набросок 3.1 — Черта управления вентильным комплектом.
Расчет и построение свойства управления системы управления вентилями. Чертой управления системы управления вентилями именуется зависимость скважности импульсов управления силовыми транзисторами от напряжения управления.

Главным элементом ШИМ является компаратор, осуществляющий суммирование сигнала опорного напряжения с сигналом управления:

Данное положительное пилообразное опорное напряжение имеет вид:

Набросок 3.2 — Опорное напряжение.

Составим последующую таблицу:

Таблица 3.2 — Расчет черт системы управления вентилями.

г

UУ, В

0

0

0,1

1

0,2

2

0,3

3

0,4

4

0,5

5

0,6

6

0,7

7

0,8

8

0,9

9

Набросок 3.3 — Свойства системы управления вентилями.

Расчет и построение черта управления управляемого преобразователя.

Для построения свойства управления преобразователем нужно в выражение свойства управления вентильным комплектом подставить выражение свойства управления системой управления вентилями.

Составим последующую таблицу:

Таблица 3.3 — Расчет черт управляемого преобразователя энергии.

UУ, В

UЯ, В

0

0,00

1

25,67

2

51,34

3

77,01

4

102,68

5

128,35

6

154,02

7

179,69

8

205,36

9

231,03

Набросок 3.4 — Черта управления преобразователем.

4. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ В СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ MATLAB. исследование УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

На основании сделанных расчетов, начальных данных к проекту и избранных частей силовой цепи разработаем имитационную модель в среде Matlab, которая наглядно показывает процессы, происходящие в цепи.

Набросок 4.1 — Схема имитационной модели АЭП

ЭДС якоря для номинальной скорости вычислим по формуле:

Расчетные графики силовой цепи для приведены на рисунке 4.2:

Набросок 4.2 — ток якоря, напряжение на якоре мотора, напряжение открывания транзистора, ток транзистора, напряжение на транзисторе в установившемся режиме при .

5. РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ Еп=f(t) ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗАДАННОМУ закону Uy=f(t)

Данный закон конфигурации напряжение управления имеет вид:

, .

Этот законимеет последующий вид:

Набросок 5.1 — законконфигурации напряжения управления.

Зависимость можно выстроить имея характеристику управления преобразователем энергии, рассчитанную выше:

.

Данная зависимость при подстановке данного закона конфигурации напряжения управления будет иметь последующий вид:

, при .

Составим таблицу конфигурации и от времени:

Таблица 5.1 — Расчет конфигураций и от времени.

t, c

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Uу, В

0,0

2,0

3,2

4,3

5,3

6,2

7,0

7,8

8,6

9,3

10,0

Е, В

0,0

0,4

1,0

1,7

2,6

3,7

4,9

6,2

7,7

9,3

11,0

Набросок 5.2 — Зависимость

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКОВ КООРДИНАТ ЭП И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИХ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ

Расчет и выбор датчика тока.

Избираем датчик на базе элемента Холла компании LEM по наибольшему току мотора.

Найдем наибольший ток из условия, что движки выдерживает троекратные перегрузки по току в протяжении 10 секунд:

А.

Таковым образом, из [7] выберем датчик тока LEM HY 25-P со последующими номинальными электронными параметрами:

— номинальный ток: А;

— спектр преобразования: А;

— выходной сигнал: В;

— напряжение питания: В;

— точность измерения: %;

— рабочая частота: кГц.

Расчет датчика скорости.

Движки типа 2П…Г производятся с тахогенераторами типа ТС1, которые имеют закрытое встроенное выполнение (якорь генератора агрессивно закреплен на валу якоря ДПТ). Возбуждение тахогенератора — от неизменных магнитов. Крутизна напряжения тахогенератора — 0,033 В/(о/мин), нагрузочное сопротивление не наименее 2 кОм. Найдем напряжение на выходе тахогенератора при номинальном и наивысшем значениях скорости:

В.

В.

Набросок 6.2 — Схема подключения к АЭП.

7. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРОВ тока И СКОРОСТИ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИХ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ

В качестве регуляторов тока и скорости будем употреблять ПИ — регулятор.

Расчет характеристик регулятора тока.

Передаточная функция регулятора тока имеет вид:

,

где — неизменная времени регулятора тока:

с.

— неизменная времени интегрального тока:

,

где — коэффициент передачи оборотной связи по току:

,

— коэффициент передачи преобразователя:

,

— некомпенсируемая неизменная времени:

с.

Сейчас подставим , , и получим:

с.

Принципная схема ПИ — регулятора тока имеет вид:

Набросок 7.1 — Принципная схема регулятора тока.

Таковым образом, из рисунка 7.1 видно, что передаточная функция ПИ — регулятора будет равна:

,

где , .

Зададимся мкФ.

Дальше определим все сопротивления резисторов:

кОм,

кОм.

Дальше определяем из равенства:

,

где .

Таковым образом получим:

Ом.

Таковым образом, из [8], [9], [10] избираем соответственно конденсатор, резисторы и операционный усилитель:

СОТ: K50-6-25В-2мкФ±10%,

RОТ: МЛТ-0,125-6кОм±5%,

RЗТ: МЛТ-0,125-10кОм±5%,

RДТ: МЛТ-0,125-18кОм±5%,

DA: К140УД7.

Набросок 7.2 — схема включения регулятора тока.

Расчет характеристик регулятора скорости.

Передаточная функция регулятора скорости имеет вид:

где — неизменная времени регулятора скорости:

с,

— неизменная времени интегральной скорости:

,

где — коэффициент оборотной связи по скорости:

,

— статическая твердость механической свойства мотора:

,

— электромеханическая неизменная электропривода:

с.

сейчас определим из :

c.

Принципная схема ПИ — регулятора скорости имеет вид:

Набросок 7.3 — Принципная схема регулятора скорости.

Таковым образом, из рисунка 7.2 видно, что передаточная функция ПИ — регулятора будет равна есть:

.

где , .

Зададимся мкФ. Дальше определим все сопротивления резисторов:

кОм,

кОм.

Дальше определяем из равенства:

,

Таковым образом получим:

где В/(рад/с).

Тогда получим:

кОм.

Таковым образом, из [8], [9], [10] избираем соответственно конденсатор, резисторы и операционный усилитель:

СОС: K50-6-25В-1мкФ±10%,

RОС: МЛТ-0,125-1,6кОм±5%,

RЗС: МЛТ-0,125-1кОм±5%,

RДС: МЛТ-0,125-2,4кОм±5%,

DA: К140УД7.

Набросок 7.4 — схема включения регулятора скорости.

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

На основании рассчитанных и спроектированных принципных схем построим общую:

Набросок 8.1 — Электронная принципная схема АЭП

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Справочник по электронным машинкам: В 2 т./С 74 Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т.1.-М.:Энергоатомиздат, 1988.-456 с.: ил.

2) Методическое пособие к курсовому проектированию по СПТ. — Г.И.Гульков, Н.М. Улащик. — Минск 2007.

3) Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. _ 2-е изд., перераб. и доп. _ М.: Энергоатомиздат, 1985.

4) HTTP://www.igbt.ru.

5) «Электротехническая ассоциация- Реакторы ФРОС, РСС, РСОС, Электрокатушки ZH.»

6) HTTP://www.elcod.spb.ru.

7) http://www.elcod.spb.ru.

8) Конденсаторы: Справочник / Г. А. Горячева, Е. Р. Добромыслов. — М.: Радио и связь, 1984. — 89с.

9) Резисторы: Справочник / В. В. Дубовский, Д. М. Иванов, Н. Я. Петрусевич и др.; Под общ. ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. — М.: Радио и связь, 1987. — 352 с.

10) 180 аналоговых микросхем: Справочник / Ю. А. Мячин. — М.: Патриот, 1993. — 152с

]]>