1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АЭП. РАСЧЁТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ АЭП

Рисунок 1.1 - Функциональная схема автоматизированного электропривода -- управляемый преобразователь одноключевой ПШИУ.

М - двигатель постоянного тока;

ТГ- тахогенератор;

З - задающий элемент;

ДТ- датчик тока;

ШИМ- широтно-импульсный модулятор;

РТ- ПИ-регулятор тока;

РС- ПИ-регулятор скорости;

С_ф - конденсатор фильтра;

Для указанного в задании двигателя 2ПН160М из [1] выпишем справочные данные:

Определяем номинальные значения двигателя:

Напряжение источника питания рассчитаем по формуле:

,

где n - количество транзисторов, n=1,

- падение напряжения на транзисторе, примем =2В,

- максимальная скважность, =0,9.

Ток источника питания:

, где

- кпд ПШИУ, =0,97.

Выбор трансформатора

Определяем требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

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

где К_с - коэффициент, учитывающий возможность снижения напряжения в сети: К_с =1,1

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

Потребляемая мощность двигателя:

Типовая мощность трансформатора:

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

Полная мощность трансформатора:

где К_i - коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной: К_i =1,05

Произведём конструктивный расчёт трансформатора.

Исходные данные:

Примем

Находим номинальные токи в обмотках:

В качестве сердечника трансформатора примем стальной сердечник с диаметром d_ст=0,05м, тогда площадь поперечного сечения будет равна:

.

Определяем число витков в обмотках:

,

где B_cт - индукция в стержне, примем В_ст =1,6 Тл,

f - частота, f=50 Гц.

.

силовой цепь ток электропривод

Примем диаметр медного провода: d_пр=0,003м, тогда площадь поперечного сечения:

Средняя длина витка равна:

.

силовой цепь ток электропривод

Определяем активное сопротивление трансформатора:

где с - удельное сопротивление меди, К_тр - коэффициент трансформации,

Ом.

Рассчитываем потери короткого замыкания (P_кз) и напряжение короткого замыкания (U_кз).

Плотности тока:

А/м²;

А/м².

Определим массу проводников:

кг;

кг,

где с - плотность меди, кг/м³.

Потери короткого замыкания:

Напряжение короткого замыкания:

,

где U_а, U_р , соответственно, активная и реактивная составляющие, которые вычисляются следующим образом:

;

где в - постоянная, определяющая распределение материалов в трансформаторе: в=1,57;

а_р - ширина приведенного канала рассеяния:а_р=0,05;

u_в - напряжение одного витка (u_в=В),

.

Окончательно вычисляем:

.

Определяем полное сопротивление короткого замыкания:

Ом.

Определяем индуктивное сопротивление:

 Ом.

Определяем индуктивность трансформатора:

мГн.

Определяем амплитудное значение тока короткого замыкания:

А.

Выбор вентилей однофазного мостового выпрямителя

Среднее значение тока через вентиль:

Производим выбор вентилей по току:

- для диодов,

где k_зрi - коэффициент запаса по току, принимаем k_зрi = 1.5

k_з.о - коэффициент запаса, учитывающий отклонение режима работы и условий охлаждения от номинальных, k_з.о=1

= 1•1,58,9 = 10,25 A.

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

I_FAVm = 15 А;

I_пр.max = 25 А;

I_обр.max = 4 мА;

I_уд = 330 А.

Выбор СПП по напряжению осуществляется по формуле:

k_з.u U_M U_DRM

где k_з.u - коэффициент запаса по рабочему напряжению, k_з.u =1,652 ; принимаем k_з.u =1,8

U_M.H - номинальное значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к вентилю в схеме;

k_с -коэффициент, учитывающий возможность повышения напряжения в сети, k_с=1,15

U_M-максимальное значение рабочего напряжения, прикладываемого к вентилям в схеме, U_M=k_с*U_M.H =1,15•U_М.Н.

В;

В;

В.

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

Выбор транзистора преобразователя

Выбор IGBT транзисторов осуществим по пусковому току двигателя:

Тогда получим:

А.

Выбираем из [4] IGBT модуль BUP 314-TO-218 AB фирмы SIEMENS , для которого длительный ток коллектора при 25⁰С А.

Максимальное напряжение на переходе коллектор - эмиттер транзистора определим по формуле:

B.

Для выбранного транзистора , поэтому 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.

Тогда:

Рассчитаем коэффициент фильтрации, необходимый 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 следующей формуле: