РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
Дисциплина: Электротехника и электроника. Часть 3 «Электроника»
Тема: Расчет системы электропривода постоянного тока с полупроводниковыми преобразователями
Вариант № 3
Выполнил студент гр. 41901/11: Болгарь Е.В.
(подпись)
Проверил проф.: Серов А.Е.
(подпись)
«» 2015 г.
Сосновый Бор
2015
Структура пояснительной записки к расчетно-графической работе по курсу «Электротехника и электроника». Часть 3 «Электроника»
1. ЗАДАНИЕ
2. ВВЕДЕНИЕ
3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Электрическая схема питания якорной цепи и цепи обмотки возбуждения в соответствии с заданным вариантом режима (обоснование выбранной схемы).
3.2. Расчет и выбор питающего трансформатора и токоограничивающих элементов (резисторы и дроссели).
3.3. Расчет параметров и выбор полупроводниковых приборов (диоды и тиристоры) для схем выпрямления питающих преобразователей.
3.4. Расчет, построение и экспериментальная проверка путем моделирования на ПК статических характеристик системы:
3.4.1. Внешние характеристики преобразователей.
3.4.2. Регулировочные характеристики преобразователей.
3.4.3. Электромеханические и механические характеристики двигателя.
3.4.4. Электромеханические и механические характеристики электропривода в соответствии с режимами работы (технологические режимы – “Н”, “Р”, режимы работы – “Д” или “ПВ”; способ торможения – “Тд”, “Тп” или “Тр”)
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ (выводы по работе).
5. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
5.1 Блок схема системы для заданного варианта.
ЗАДАНИЕ
1 Выбрать схемы питания якорной цепи и цепи обмотки возбуждения в соответствии с заданным вариантом режима.
2 Рассчитать и выбрать питающий трансформатор и токоограничивающие элементы: резистор (
) и дроссель (
).
3 Рассчитать параметры и выбрать полупроводниковые приборы (диоды и тиристоры) для схем выпрямления питающих преобразователей.
4 Рассчитать статические характеристики системы:
4.1 Внешние характеристики преобразователей.
4.2 Регулировочные характеристики преобразователей.
4.3 Электромеханические и механические характеристики двигателя.
4.4 Электромеханические и механические характеристики системы электропривода.
5. Смоделировать на ПК систему электропривода.
6. Построить с помощью ПК динамические характеристики: (пуск, торможение, реверс электродвигателя).
7. Исходные данные
Таблица 1. Исходные данные
| № | Тип двиг. | РН | UH. | nN | Ia | Ra | rf | JД | Режимы работы |
| кВт | В | об/мин | А | Ом | Ом | кгм2 | |||
| МП-82 | 0,011 | 6,2 | ПВ-Н-Тр |
Пояснения к таблице 1:
РН - номинальная мощность двигателя;
UH. – номинальное напряжение;
nN - номинальная частота вращения;
Ia - ток якорной цепи двигателя;
Ra - сопротивление цепи якоря двигателя;
rf - сопротивление цепи обмотки возбуждения;
JД - момент инерции двигателя;
ВВЕДЕНИЕ
Электроприводы с питанием двигателей постоянного тока от полупроводниковых вентильных преобразователей, вентильные электроприводы, получили в настоящее время широкое распространение. Промышленностью освоен серийный выпуск комплектных преобразовательных устройств и полностью комплектных вентильных электроприводов.
В этих условиях резко возросло число лиц, которым приходится заниматься монтажом, наладкой и эксплуатацией вентильных электроприводов, применяемых как во вновь устанавливаемом технологическом оборудовании, так и при модернизации действующих установок.
Современные автоматизированные электроприводы представляют собой сложные динамические системы, включающие в себя различные линейные и нелинейные элементы (двигатели генераторы усилители полупроводниковых и другие элементы) обеспечивающие в своем взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики.
Двигатели постоянного тока используются в прецизионных приводах, требующих плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.
Свойства двигателя постоянного тока также, как и генераторов определяются способом возбуждения и схемой включения обмоток возбуждения. По способу возбуждения можно разделить двигатели постоянного тока на двигатели с возбуждением:
· электромагнитным;
· магнитоэлектрическим.
Двигатели с электромагнитным возбуждением подразделяются на двигатели с возбуждением:
· параллельным;
· последовательным
· смешанным;
· независимым.
Электрические машины постоянного тока обратимы, то есть возможна их работа в качестве двигателей или генераторов.
Например, если в системе управления с использованием генератора в обратной связи отсоединить генератор от первичного двигателя и подвести напряжение к обмоткам якоря и возбуждения, то якорь начнет вращаться и машина будет работать как двигатель постоянного тока преобразуя электрическую энергию в механическую.
Двигатели независимого возбуждения наиболее полно удовлетворяют основным требованиям к исполнительным двигателям:
· самоторможение двигателя при снятии сигнала управления;
· широкий диапазон регулирования частоты вращения;
· линейность механических и регулировочных характеристик
· устойчивость работы во всем диапазоне вращения;
· малая мощность управления;
· высокое быстродействие малые габариты и масса.
Теория регулируемого электропривода, насчитывающая уже ни один десяток лет, постоянно совершенствуется вместе с совершенствованием конструктивных решений. Особенно интенсивное развитие она получила в последнее время благодаря усовершенствованию традиционных и созданию новых силовых управляемых полупроводниковых приборов интегральных схем, развитию цифровых информационных технологий и разработке разнообразных систем микропроцессорного управления.
Современные компьютерные технологии в основе которых лежат прикладные пакеты предоставляют возможность более глубокого изучения вопросов, связанных с проектированием полупроводникового электропривода. Они позволяют качественно изменить и существенно улучшить технологию изучения перевести ее в виртуальную действительность осуществить в этой виртуальной лаборатории необходимые исследования с получением количественных результатов.
Силовые полупроводниковые преобразователи, существенно улучшая энергетику, позволяют реализовать (конечно при современном микропроцессорном управлении) качественно новые способы регулирования электрическими машинами. При этом классические машины при управлении от полупроводникового преобразователя приобретают новые свойства и качественно новые лучшие характеристики. Силовые полупроводниковые преобразователи позволяют также реализовать новые конструктивные и технологические решения, обладающие свойствами недоступными классическому электроприводу.
Современный электропривод с использованием полупроводниковых узлов (полупроводниковый электропривод) состоит из трех основных отличных частей:
1 силовая преобразовательная часть содержащая силовой полу проводниковый преобразователь. Основная функция заключается в преобразовании электрической энергии между источником питания и электрическим двигателем;
2 электромеханическая часть, содержащая рабочий механизм соединенный посредством механической передачи с электрическим двигателем;
3 информационная (управляющая) часть, служащая для управления силовым полупроводниковым преобразователем и обеспечивающая заданные свойства электроприводу.
В данной работе предлагается к исследованию и расчёту электропривод с исполнительным двигателем постоянного тока с паспортными данными (таблица 1) и режимами работы (ПВ-Н-Тр):
· технологический режим Н – нереверсивный;
· режим электропривода ПВ – повторно-кратковременный;
· режим торможения Тр – генераторное торможение (рекуперативное)
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1.1 Выбор схемы питания якорной цепи и цепи обмотки возбуждения в соответствии с заданным вариантом режима
Для питания обмотки возбуждения (ОВ) и якоря двигателя постоянного тока используются вентильные преобразователи, как управляемые – на тиристорах, так и неуправляемые – на диоды. Выбор схемы преобразователя должен производиться с учетом следующих факторов:
- 
величина мощности цепи нагруженного преобразователя (якорная цепь или ОВ):
· якорная цепь – тиристор:
· обмотка возбуждения – диод:
· режим работы электропривода: «Д» или «ПВ»;
· режим работы по возможности реверсивный: «Р» или «Н»;
· способ торможения: «Тд», «Тп», «Тр».
· число и класс полупроводниковых приборов.
· необходимость использования трансформатора для питания преобразователя (согласование напряжения сети и напряжения нагрузки).
- для питания цепей электропривода могут быть использованы следующие схемы:
Рис.1 Схема № 1 «Однофазная нулевая» (обязательно требует трансформатора)
Рис.2 Схема № 2 «Однофазная мостовая с трансформатором»:
Рис.3 Схема № 2 «Однофазная мостовая без трансформатора»
Рис.4 Схема № 3: «Трехфазная нулевая» (обязательно требует трансформатора)
Рис.5 Схема № 4 «Трехфазная мостовая с трансформатором»
Рис.6 Схема № 4 «Трехфазная мостовая без трансформатора»
Реверс электропривода может быть выполнен с переключением полярности, либо в цепи возбуждения, либо в цепи якоря двигателя. Это переключение может быть осуществлено либо реверсивным полупроводниковым преобразователем, либо контакторным реверсом.
Все преобразователи систем электропривода питаются от единой сети трёхфазного переменного тока, номинальное напряжение двигателя на якорной цепи и цепи обмотки возбуждения 
. Выбираем схему питания «В», в соответствии с заданным вариантом режима работы электропривода. Для питания цепи преобразователей в цепи возбуждения выбираем схему № 4 (мостовую), в цепи якоря схему № 4 (мостовую).
Рис.7 Электропривод постоянного тока с полупроводниковыми преобразователями в цепи якоря и возбуждения
Параметры схемы питания якорной цепи:
Схема № 4 (мостовая без трансформатора)
Параметры схемы питания обмотки возбуждения: