КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«Силовая электроника и преобразовательная техника»
Тема: «Разработка преобразовательного устройства»
Пояснительная записка
ТПЖА 130302.009
Вариант 9
Разработал студент группы ЭиЭб-231-09-24-10 _______________ / Трегубов М.Ю./
(подпись)
Руководитель к.т.н., доцент: _______________ / Лалетин В.И./
(подпись)
Проект защищён с оценкой «__________» «__»___________ 2017 г.
Киров 2017
РЕФЕРАТ
Трегубов М.Ю. Разработка преобразовательного устройства вариант 9 / ВятГУ, каф. ЭП и АПУ; рук. В.И.Лалетин - Киров, 2017. Гр.ч. 1 л. Ф. А1, ПЗ 31 с, 6 рис., 8 источников.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ВЫПРЯМИТЕЛЬ, ИНВЕРТОР, ТОК, ДИОДЫ, ТРАНЗИСТОРЫ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА, ЭЛЕКТРОПРИВОД,
В курсовом проекте рассмотрен и исследован технический объект асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 0,75 кВт, разработана и описана функциональная схема ПУ, рассчитана и выбрана элементы силовой схемы, разработана принципиальная схема управления ПУ, рассчитаны характеристики ПУ, рассчитана и выбраны элементы системы защиты
Введение
В настоящее время преобразовательная техника является быстроразвивающейся областью силовой электроники. Современный уровень достижения в этой области оказывает существенное влияние на техническое развитие большинства отраслей народного хозяйства. Этот уровень достижения развития силовой энергетики основывается на достаточно быстрых темпах развития современных силовых полупроводниковых приборов и микропроцессорной электронной техники их управления.
Одним из основных направлений использования силовой электроники является электропривод. Для электропривода постоянного тока разработаны выпрямительные преобразовательные агрегаты, которые широко применяются в различных отраслях промышленности и транспорта.
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.
Исходные данные
Объект (нагрузка): асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 0,75 кВт.
| Тип | Мощность, кВт | Ток,I н,А | Момент, М н, кГм | КПД, % | Коэффициент мощности | Скольжение, %* | Iпуск Iном | Масса, кг |
| АДМ 71А2 | 0,75 | 1,92 | 0,259 | 78.5 | 0,83 | 8,9 |
Диапазон регулирования напряжения (0 – Uсети) В.
Частота питающей сети 50±5% Гц.
Диапазон регулирования частоты 05-50 Гц.
Коэффициент мощности в номинальном режиме, не менее 0,89.
Кратность тока перегрузки 1,2 Iном.
1. Технические и эксплуатационные характеристики преобразователей частоты, их назначение
Преобразователи частоты (ПЧ) предназначены для регулирования скорости или момента электродвигателя в широком диапазоне и с максимальным КПД.
Преобразователь частоты обеспечивает полную защиту двигателя: от короткого замыкания на землю и между фазами, тепловую защиту от перегрузки по току и моменту.
Преобразователь частоты измеряет, регистрирует, отображает и передаёт по сети АСУ ТП параметры двигателя: ток, скорость, момент, мощность, напряжение, температуру, потреблённую электроэнергию
Частотный преобразователь обеспечивает:
· высокий пусковой момент при низком пусковом токе и низких оборотах двигателя (за счёт эффективного управления электромагнитным полем)
· высокий перегрузочный момент двигателя
· длительный плавный разгон или останов двигателя с высокоинерционной нагрузкой
· эффективное динамическое торможение двигателя
· управление работой двигателя, как в двигательном, так и в генераторном режиме
· максимальный КПД двигателя во всех режимах работы
· управление электромагнитным тормозом (в подъёмниках)
· ПИД-регулирование переменной процесса
· работу двигателя с обратной связью по скорости и положению
· локальное управление технологическим процессом (в ПЧ может быть встроен логический контроллер, расширяемые входы для подключения датчиков и выходы для управления исполнительными устройствами).
Автоматическое регулирование скорости вращения приводных механизмов (вентиляторов, насосов, конвейеров и др.) позволяет лучше стабилизировать технологический процесс:
· Привод быстрее и точнее отрабатывает задание и возмущения
· Кривую переходного процесса можно настроить под конкретную задачу.
От правильного выбора преобразователя частоты (инвертора, частотного преобразователя будет зависеть эффективность и ресурс работы преобразователя частоты и всего электропривода в целом.
Сравнительный анализ различных схем ПЧ
Методы регулирования скорости электроприводов с асинхронными двигателями делятся на две группы:
а) параметрические методы (изменение активного сопротивления
ротора, полного сопротивления статора или ротора, переключение числа пар полюсов, импульсное включение);
б) регулирование при питании двигателя от отдельного источника энергии (питание двигателя от источника переменной частоты, каскадные установки с введением добавочных э.д.с. во вторичную цепь двигателя).
Для привода современных технологических установок применяют наиболее надежные и высокоэкономичные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Такой привод значительно проще и надежнее электропривода постоянного тока и асинхронного двигателя с фазным ротором.
Для плавного пуска и регулирования скорости часто применяется реостатное управление асинхронным двигателем с фазным ротором. Однако при реостатном способе управления двигателем плавность пуска обеспечивается только за счет увеличения числа пусковых ступеней, что вынуждает использовать громоздкие релейно-контакторные панели с большим количеством тяжелой коммутирующей аппаратуры.
На всем диапазоне регулирования обеспечивается постоянный допустимый по нагреву момент.
Регулирование скорости введением активного сопротивления в цепь ротора обладает следующими недостатками:
а) механическая характеристика приобретает значительную крутизну;
б) предел регулирования скорости зависит от степени загрузки двигателя, суживаюсь при уменьшении нагрузки;
в) при холостом ходе регулирование скорости практически невозможно;
г) расход энергии во вторичной цепи двигателя при регулировании скорости определяется диапазоном изменения последней и характером зависимости статического момента приводимого механизма от скорости.
Данный способ используется в тех случаях, когда продолжительность работы с пониженной скоростью невелика и не требуется высокой точности регулирования скорости. Этот ряд недостатков делает не целесообразным использование этого метода управления для электропривода конвейера.
Широко распространенный параметрический способ регулирования скорости и момента двигателя осуществляемый с помощью регуляторов напряжения статора и тока ротора позволяет осуществить пуск с заданным ограниченным ускорением. Но не позволяет получить широкий диапазон регулирования скорости, при использовании серийных асинхронных электродвигателей.
Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением 
изменять его синхронную скорость 
, получая тем самым различные искусственные характеристики
Этот способ обеспечивает плавное регулирование, в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения, оказываются небольшими, в связи, с чем частотный способ наиболее экономичен.
Для лучшего использования АД и получения высоких энергетических показателей его работы — коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности — одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо изменять и значение этого напряжения. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки.
Частотное управление является экономичным, так как регулирование скорости АД в этой системе не сопровождается выделением больших потерь скольжения в роторной цепи, ухудшающих КПД электропривода и приводящих к необходимости завышения мощности АД.
Регулирование в этой системе, может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т. е. АД, может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.
Во многих случаях хорошие показатели регулирования могут быть достигнуты в разомкнутой системе. При повышенных требованиях к электроприводу необходимо использование тех или иных обратных связей, т.е. применение замкнутой системы регулирования. Получаемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет 5—10, а в замкнутых его значение может достигать 1000 и более.
Частотный способ управления находит в настоящее время все более широкое применение. Более того, можно назвать случаи, где использование частотно-управляемого асинхронного электропривода является единственно возможным, например привод высокоскоростных электрошпинделей, электроверетен, вентиляторов высокоскоростных аэродинамических труб, различных испытательных стендов и т.д.
Из рассмотренных способов регулирования скорости асинхронных электроприводов самым эффективным является частотное регулирование, отличающееся высокими энергетическими показателями, возможностью управления скорости в большом диапазоне со значительной перегрузочной способностью.
Развитие в настоящее время полупроводниковой техники и создание на этой базе преобразователей частоты будет способствовать широкому внедрению электроприводов переменного тока с частотным управлением.