Электооборудование промышленности

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО  Омский государственный технический  университет

Энергетический  институт

Кафедра «Электрическая техника» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

Электрооборудование промышленности 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                      Выполнил: Агеев М.С.

                                                      гр. ЭЭб-318

                                                      вариант №1

                                                      Проверил: Кузнецов Е.М. 
 
 
 
 
 
 
 

                                    Омск 2010

Техническое задание  и исходные данные на проектирование. 

Задание 1

1. Спроектировать управляемый выпрямитель (УВ) для электродвигателя постоянного тока тиристорного электропривода. Вычертить принципиальную электрическую схему УВ с соблюдением правил выполнения типовых электрических схем. Технические данные электродвигателя даются в табл.7.5. [3]
2. Построить регулировочную характеристику выпрямителя.
3. Вычислить минимальное и максимальное значения углов включения тиристоров, которые должна сформировать СИФУ для стабилизации выходного напряжения УВ на уровне 0,7 при нестабильном фазовом напряжении вентильной обмотки изменяющемся от до . Потери напряжения в фазах УВ не учитывать.
4. Вычертить кривые мгновенных значений фазных напряжений и ( , масштаб 30 эл. градусов в 1 см. или рад. в 1 см.) и напряжения на выхода тиристорной группы при минимальном и максимальном значениях фазного напряжения. Отметить уровень 0,7 и значения углов и .

Технические данные двигателей постоянного тока серии 2П 

Задание 2

    Спроектировать  двухзвенный преобразователь частоты (ПЧ) с автономным инвертором для  электропитания асинхронного двигателя в энергосберегающем электроприводе переменного тока. Технические данные даются в табл.7.6 .[3].

    Вычертить электрическую функциональную схему электропривода переменного тока с преобразователем частоты в соответствии с правилами ГОСТ. Построить таблицу для алгоритма переключения силовых ключей П4 с интервалами проводимости ключей 180 эл. град. вычертить в масштабе кривые мгновенных значений трёхфазных напряжений на выходе П4. По оси абсцисс рекомендуется масштаб 30 эл. град. в 1 см. в диапазоне

    Технические данные асинхронных двигателей серии  RA

Аннотация 

В данной курсовой работе рассмотрены и рассчитаны управляемый выпрямитель (УВ) и преобразователь частоты (ПЧ) для электротехнического комплекса и системы. Выбраны схемы УВ и ПЧ для данного варианта задания. В работе представлены: регулировочная характеристика,  кривые мгновенных значений фазных напряжений и напряжений на выходе тиристорной группы (для минимального и максимального углов отпирания), временные диаграммы выходного напряжения ПЧ с ШИМ регулированием, временные диаграммы ступенчатых трехфазных выходных напряжений ПЧ.

В данной работе использовано: 38 стр., 7 рис, 1 таблица, 5 приложений 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1. Выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя и силовая часть электропривода 6
2. Расчет и выбор преобразовательного трансформатора 6
3. Выбор тиристоров 8
4. Выбор сглаживающего реактора 9
5. Описание работы схемы УВ 10

6. Регулировочная  характеристика выпрямителя. Расчет и  12
2. РАСЧЕТ ДВУХЗВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКОСТИ
1. Описание электрической схемы электропривода 14
2. Структура и принцип действия преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока 14
3. Расчет инвертора 15
4. Потери мощности в IGBT 16
5. Расчет выпрямителя 19
6. Расчёт параметров охладителя 21
7. Расчет сглаживаемого фильтра 22
8. Расчет снаббера 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 30

ПРИЛОЖЕНИЯ 31

ВВЕДЕНИЕ 

Цель  и задача проекта и пути решения  этой задачи.

Целью курсовой работы является выбор схемы  и расчет УВ. Для регулируемого  электропривода постоянного тока. Частота  вращения двигателя регулируется как известно двумя способами:

1. Понижением напряжения на якорной обмотке при этом частота вращения уменьшается

2. Полюсное регулирование, путем уменьшения напряжения на обмотке возбуждения, при этом частота вращения увеличивается за номинальную.

В курсовой работе проводится расчет управляемого выпрямителя для якорного регулирования скорости.

Выполняется расчет (электрический и тепловой) преобразователя частоты на IGBT транзисторах, для частотно-регулируемого энергосберегающего электропривода в асинхронном двигателе. Нагрузкой АД служит центробежный насос для перекачки жидкости.

1. РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 

1. Выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя  и силовая часть электропривода

     Рациональную схема управляемого выпрямителя выбирается по выходной мощности выпрямителя

 (1.1)

кВт

если  кВт рационален выпрямитель по трёх фазной нулевой схеме. Если кВт по трёхфазной мостовой.

В данном варианте кВт значит выбираем трёхфазную мостовую схему.

                                     Двигатель 2ПО180М 

2. Расчет  и выбор преобразовательного  трансформатора TV

     Теоретическое значение напряжения вентильной обмотки трансформатора

 (1.2)

В

где -коэффициент, характеризующий соотношение напряжений в идеальном выпрямителе, приведен в табл.7.2. [3] 

     Необходимые запасы напряжения вентильной обмотки

 (1.3)

В

коэффициент запаса ,учитывает возможное снижение напряжения сети на 5-10% от U_с.ном.;

коэффициент ,учитывает неполное открывание тиристоров;

коэффициент ,учитывает падение напряжения в обмотках трансформатора и в тиристорах; 

Расчетное действующее значение тока вторичной  обмотки определяют по формуле

 (1.4)

А

где  (1.5)

А

А

где - номинальная мощность двигателя постоянного тока, - его к.п.д;

Коэффициент схемы (табл. 7.2 [3]), характеризует отношение токов в идеальном выпрямителе, коэффициент учитывает отклонение формы анодного тока тиристоров от прямоугольной и согласно экспериментальным данным составляет 1.05-1.1. 

Действующее значение тока вентильной обмотки

 (1.6)

А

Где -коэффициент трансформации трансформатора 

Коэффициент трансформации трансформатора

 (1.7)

Расчетная типовая мощность трансформатора

 (1.8)

кВА

Где коэффициент  - коэффициент схемы (табл 7.2 [3]), характеризующий соотношение мощностей S/U_d*I_d для идеального выпрямителя с нагрузкой на противоЭДС. 

С учетом соединения обмоток трансформатора звезда/треугольник, схемный коэффициент изменится от 0.427 до 0.427

На основании  расчетных данных ( , ,U2,S_тр) выбираем по справочнику [1]  преобразовательный трансформатор ТСЗМ-25-74.ОМ5, трёхфазный, сухой, каплезащищённый.    М – морской

S_тип=25 кВА, В, U_2ф=133 В, габариты: L*B*H=706*463*565 мм, масса m=200 кг.

Коэффициент трансформации трансформатора для  теоретических значений

3. Выбор тиристоров

Среднее значение прямого тока тиристора (VS1,VS2,VS3,VS4,VS5,VS6 на схеме П1) в заданной схеме управления определяется по формуле

 (1.9)

А

-коэффициент запаса по току, учитывает кратность пускового тока; число фаз преобразовательного силового трансформатора; коэффициент, учитывает интенсивность охлаждения силового тиристора ( 1,0 при принудительном и 0,33-0,35 при естественном воздушном охлаждении со стандартным радиатором, соответствующим данному типу полупроводникового прибора). 

Расчетное значение максимального обратного  напряжения, прикладываемого к тиристорам, вычисляется по формуле

 (1.10)

В 

 (1.11)

В

коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети и периодические выбросы ,обусловленные процессом коммутации вентилей; ([3]табл.7.2)-коэффициент обратного напряжения, равный отношению напряжений для принятой схемы выпрямителя; -напряжение на выходе преобразователя при α=0. 
 

По полученным данным выбираем силовой тиристор, имеющий параметры

 (1.12) 

Выбираем силовой тиристор [3] табл. П3

Т171-320 средний, прямой, ток I_tav=430А, импульсное повторяющееся прямое и обратное напряжение 600 В(шестой класс).

4. Выбор сглаживающего реактора

Требуемая суммарная индуктивность якорной  цепи преобразователь – двигатель 

 (1.13)

Гн

Гн

= *0.26

=180*0.26=46.8В (1.14)

действующее значение первой гармоники  выпрямительного напряжения. При предельном угле регулирования α=90⁰ для соответствующего значения числа пульсаций m=6 определяется по известному значению , минимальный ток нагрузки преобразователя, принимаемый равным (3-5%) от .

m- число пульсаций выпрямленного напряжения за период частоты напряжения сети.

- угловая частота первой гармоники  напряжения сети при  Гц.

Необходимая индуктивность сглаживающего реактора

 (1.15)

Гн

Индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя

 (1.16)

Гн

напряжение короткого замыкания  трансформатора ( );

Если  в (1.15) получилась меньше или равна нулю, то применять реактор в схеме нет необходимости, т.к. сумма индуктивности достаточна для обеспечения непрерывности тока двигателя. 

Выбираем  сглаживающий реактор по следующим данным: индуктивность L_ср=8.69 мГн, ток у реактора I_ср=I_d.ном.=115.07А. Выбираем реактор СРОС-100/0.5 УХЛ4

СР - сглаживающий реактор;  
О - однофазный;  
С - сухой (охлаждение естественное воздушное при открытом исполнении);

Гн

А

масса m=160 кг.

5. Описание работы схемы УВ.

Схема приведена  в Приложении 1

На схеме:

    - входной согласующий трансформатор ТV;

    - автоматический выключатель QF;

    - силовые предохранители FU;

    - контактор КМ;

    - блок силовых полупроводниковых  приборов UZ;

    - дроссель L;

    - приборы индикации тока и напряжения  на выходе устройства RS;

    - органы контроля и управления устройства SB;

    - блоки системы управления преобразователем U;

    - блоки источника питания системы  управления G;

    - входные и выходные зажимы  силовых цепей X1, Х2.

    Трехфазное  напряжение питания Uc=380 В промышленной частоты f=50 Гц, через входные клеммы подается на разъединитель, предназначенный для предотвращения подачи напряжения на установку при наладке, профилактических осмотрах с целью обеспечения видимого разрыва электрической цепи. При включении разъединителя напряжение подается на согласующий трансформатор (схема соединения звезда-звезда), осуществляющий гальваническое разделение и согласование напряжения сети с входным напряжением выпрямителя. При замыкании автоматического выключателя, установленного для защиты питающих сетей и цепей нагрузки от токов короткого замыкания и тепловой защиты от длительной перегрузки, напряжение через предохранители подается на входные клеммы силового контактора. Силовой контактор предназначен для автоматического и дистанционного включения установки на нагрузку и отключения вторичных цепей. При включении силового контактора и подачи управляющих выходных импульсов СИФУ на силовые полупроводниковые приборы за счет регулирования электрического угла открытия тиристоров происходит регулируемое преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

    Преобразователь выполнен по трехфазной, полностью  управляемой тиристорной мостовой схеме, что позволяет при работе на электрическую машину постоянного тока получать как выпрямительный, так и инверторный режим работы или потреблять и отдавать энергию в сеть, обеспечить как двигательный, так и генераторный режим работы двигателя. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепь нагрузки включен дроссель. Устройство позволяет регулировать напряжение в пределах 0 – U_d. Так как номинальное напряжение катушки контактора, цепей управления преобразователя и источников питания U=220 В, то для обеспечения такого уровня напряжения предусмотрен нулевой провод РЕ. Для сигнализации наличия напряжения включения и отключения преобразователя на нагрузку в схеме установки предусмотрены сигнальные индикаторы HL.

    В состав трехфазного мостового тиристорного преобразователя входят две группы тиристоров – катодная VS1, VS3, VS5 и анодная VS2, VS4, VS6, трансформатор и система импульсно-фазового управления СИФУ. Система вырабатывает импульсы управления тиристорами с заданной фазой по отношению к напряжению сети. Тиристоры в каждой группе открываются с интервалом 2π/m (m=6). Углы открытия тиристоров в обеих группах отсчитываются от моментов естественного включения, соответствующих моменту равенства фазных или линейных ЭДС. Ток в преобразователе всегда протекает по двум тиристорам, принадлежащим к различным вентильным группам, и по двум обмоткам трансформатора.

    Поэтому при открывании тиристора в фазе а импульсом, поступающим от СИФУ в момент Ue+α (где Ue – угол естественного включения неуправляемого преобразователя) необходимо также подать импульс управления на VS6 фазы в. ЭДС в цепи нагрузки е_2d становится равной линейной ЭДС е_2аb=e_a– e_b. В режиме непрерывного тока в момент открывания очередного тиристора ток еще продолжает протекать через ранее открытый тиристор. Время, в течение которого ток переходит с одного тиристора на другой, называется интервалом коммутации γ.

    Необходимость одновременного открывания двух тиристоров, принадлежащих разным группам, требует наличия широких импульсов управления (λ_у > 60°) или сдвоенных узких импульсов, сдвинутых друг от друга на 60°. Выпрямленное напряжение u_d описывается кривой линейного напряжения. Пульсации кривой соответствуют шестикратной частоте по отношению к частоте переменного тока (m=6). Длительность протекания тока в каждом тиристоре равна γ+2π/3. Среднее значение тока I_VS=I_d/3. При больших углах управления (α>90°) тиристор до подачи импульса управления должен выдерживать без преждевременного открытия максимальное значение прямого напряжения, а после его закрытия максимальное значение обратного напряжения и начальный скачок обратного напряжения.

    Обратное  напряжение определяется линейным напряжением, так как в непроводящую часть периода неработающие тиристоры присоединены к двум фазам трансформатора через работающие. Ток во вторичной обмотке трансформатора переменный и равен сумме токов тиристоров, присоединенных к данной фазе. Поток вынужденного намагничивания в магнитопроводе не возникает, поскольку по вторичным обмоткам, расположенным на разных стержнях, всегда протекают противоположные по направлению и равные по величине токи.

6. Регулировочная характеристика выпрямителя. Расчет и

 (1.17)

Т.к. выходной ток  выпрямителя, с активно–индуктивной нагрузкой, непрерывный (отсутствуют безтоковые паузы) 

 (1.18)

В

Где для трёхфазной мостовой схемы и соединения звезда/треугольник. 

В

В

В

В

В

 (1.19)

где  (1.20)

В

В

В

В

В

В

 (1.21)

где  (1.22)

В

В

В

В