Система автоматического управления электроприводом

Содержание

Введение

Задание на курсовое проектирование

Описание принципиальной электрической схемы

Трансформатор

Расчёт трансформатора

Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Диоды и тиристоры

Расчёт и выбор тиристоров

Сельсины

Фазовый детектор

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Задачей курсовой работы является разработка следящего электропривода постоянного тока, выбор и расчет его силовых элементов.

Целью курсовой работы является приобретение навыков в разработке, применении известных методов расчёта и проектировании приводов производственных механизмов, которые бы обеспечивали высокую производительность, имели минимальные массогабаритные показатели и энергетические потери, рациональные динамические режимы и т.д.

Производственные механизмы, без которых нельзя в настоящее время представить себе ни одной фабрики, ни одного завода, равно как механизированного транспорта и передового сельского хозяйства, прошли длительный путь своего развития, прежде чем приняли вид современных машин.

При разработке и проектировании привода производственного механизма необходимо, прежде всего, уяснить технологические особенности работы механизма: величину и характер изменения статического момента, плавность и пределы регулирования скорости, частоту и условия пусков и торможений, требования к статическим и динамическим режимам и т.д. Это позволит выбрать целесообразный тип и рациональную мощность привода (соответственно двигателя), обеспечивающего высокую производительность производственного механизма, его надежность и долговечность, а также возможность комплексной автоматизации данного производственного процесса.

Также при разработке электропривода необходимо учесть условия нормальной работы электрических машин, т.к. перегрев отрицательно сказывается на долговечности работы как каждого из двигателей, так и электропривода в целом.

электропривод фазовый детектор трансформатор

Задание на курсовое проектирование

Дана функциональная схема следящего электропривода постоянного тока.

На принципиальной схеме показать пропорциональный регулятор (Р) на основе интегральной микросхемы. Для тиристорного преобразователя (ТП) показать силовые цепи. Систему управления (СИФУ) показать прямоугольником, например, по источнику.

Для схемы следящего привода постоянного тока выбрать аппараты: сельсины, фазовый дискриминатор (ФД), регулятор (интегральную микросхему), тиристорный преобразователь, автоматические выключатели, аппараты цепи нулевой защиты, элементы позисторной защиты; рассчитать коэффициенты трансформации, токи защищаемых цепей, уставки тепловых и электромагнитных расцепителей, опорное напряжение и максимальное напряжение на выходе ФД.

Описание принципиальной электрической схемы

Замыкая QF, подготавливаем схему к пуску. При нажатии на кнопку SB2 получает питание контактор КМ, который подключает двигатель М к сети. Напряжение на двигатель М подается через тиристорный преобразователь для выпрямления напряжения. Используя реверсивный теристорный преобразователь имеется возможность реверсировать двигатель М, подавая отпирающие импульсы на соответствующие теристоры.

Питание на обмотку возбуждения ДПТ подается через диодный мост, также для выпрямления напряжения.

Для преобразования напряжения 380/220В в схеме предусмотрен трансформатор TV1.

Для защиты схемы в цепи установлены автоматический выключатель QF, реле тока и реле напряжения.

Электродвигатель механически связан с сельсин-приемником через редуктор Р, а, следовательно, при повороте вала двигателя, поворачивается вал сельсин-приемника. За счет возникновения разности ЭДС, напряжение рассогласования, появляющееся на обмотке возбуждения сельсин-приемника ВЕ подается на фазовый детектор ФД.

Сельсины связаны с сетью через трансформатор TV2.

Дан следующий тип двигателя постоянного тока: П62: Рн = 14,0 кВт; Iн = 73,5 А; n = 1500 об/мин; Rоб. возб. = 116 Ом; Iв. н = 1,44 А; ηн = 86,6%.

Трансформатор

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной системы переменного тока в другую.

Принцип работы - передача энергии из первичной цепи во вторичную происходит посредством магнитного поля. При подаче напряжения на первичную обмотку, в ней начинает протекать ток, который создает переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пересекая проводники вторичной обмотки, наводит в них ЭДС. При замыкании вторичной цепи в контур по нему начинает протекать ток. Напряжения первичной и вторичной обмоток отличаются за счет различного числа витков обмоток.

Расчёт трансформатора

Для определения параметров трансформатора необходимо задаться минимальным углом управления , а также значение коэффициентов значение коэффициентов для расчёта трансформатора

Где Udo - выпрямленное напряжение при полностью открытых тиристорах

Ud - действующее значение напряжение, при минимально допустимом угле управления

Напряжение вторичной обмотки трансформатора

К - коэф. трансформации

Токи в первичной и вторичной обмотки трансформатора:

Типовая мощность трансформатора:

На основе расчёта выбираем трансформатор типа:

ТС-25/0,66

Р=25кВА

Uвн=380; Uнн=230В; Uкз=4,5%

Потери, Вт

Хх=140 (180); кз=560А Iхх=4.8%

Активное сопротивление трансформатора:

Индуктивное сопротивление трансформатора:

Где Uk=4,5% напряжение короткого замыкания трансформатора:

от В

Эквивалентное сопротивление:

Где

В семетричной мостовой схеме амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения Ud,n,m связаны с Udo b

,n,m = Udo*0,254=240*0,254=60,9 В

Где Р=3 - для трёхфазной нулевой схемы

к=1 - кратность гармоник

Наибольшую амплитуду имеют основные гармоники при к=1. Зная значения Ud,n,m при номинальных скоростях и напряжении двигателя можно определить наибольшую индуктивность цепи выпрямленного тока:

= 6,2мГн

Где  - номинальный выпрямленный ток преобразователя, А

-круговая частота сети, с-1

=10, для не компенсированных двигателей.

Тогда индуктивность катодного дросселя определяется следующим образом:

Индуктивность уравнительных реакторов:

Где Iyp=IH*0.1=73,5*0.1=7,35A

Катодный дроссель выбирается с учетом полученных данных по Lдр - для режима непрерывного тока IH.

Диоды и тиристоры

Диоды - приборы с односторонней явно выраженной проводимостью. Они предназначены для пропускания тока в прямом направлении. В основе диода лежит p - n переход, заключенный в герметичный корпус с двумя выводами, для подключения во внешнем устройстве.

Анодом является область р типа, катодом - n типа.

При работе диодов и тиристоров (управляемые, переключаемые диоды) необходимо учитывать режимы охлаждения, форму и длительность протекающего тока, определяемую схемой выпрямления.

В однофазных и многофазных схемах выпрямления длительность протекающего тока составляет соответственно 180 и 120 электрических градусов, а в виду значительной индуктивности в цепи выпрямленного тока форму тока можно принимать прямоугольной.

Не рекомендуется применять в САР общего назначения вентили с водяным охлаждением. Не всегда следует применять и принудительное воздушное охлаждение, т.к. для обеспечения оптимального обдува вентилей необходима специальная конструкция шкафа, обеспечивающая формирование потока охлаждающего воздуха, и вентиляторы, что в ряде случаев приводит к увеличению массо- габаритных показателей преобразователя.

Расчёт и выбор тиристоров

Выбор тиристоров осуществляется по трём параметрам: по среднему току, протекающий через тиристор, по обратному напряжению на тиристоре, по току глухого короткого замыкания в нагрузке.

Среднее значение тока протекающего через тиристор

,

 число пульсаций для трехфазной нулевой схемы, Значение среднего тока приведенного к классифицированной схеме:

Где =1,3 1,5 - коэффициент запаса по току

=1,17 - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления

=2 для двигателей с естественным охлаждением.

Найденный средний ток должен быть меньше паспортного тока тиристора:

Указываемое в паспорте повторяющееся напряжение тиристора должно быть больше расчетного,

Где  коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможность возникновения напряжения на тиристорах,.

Амплитуда базового тока короткого замыкания:

>

Где = - амплитуда фазового напряжения вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе.

 - Приведенные к вторичной цепи реактивное и активное сопротивления одной фазы трансформатора, при чем сопротивлениями питающей сети можно пренебречь, т.к. мощность менее 500 кВт. Сопротивления трансформатора определяются следующим образом:

Далее определяется значение коэффициента ctg:

Тиристор Т100

Iпо=100 А

Предельный ток вентиля с типовым охладителем Iпо, А, при t=40оС и обдува 3 м/с=100

Iуд=4500-4200 при длительности 1 мс и t=25-140

Iуд=3200-3000 при длительности 10 мс и t=25-140

Повторяющееся напряжение Uп=50-1200В

Максимальная допустимая t=125оС структуры ()

Действующее значение тока 157А

Прямое падение напряжения 1,95В при I=3,14 Iпк А

Пороговое напряжение Uо=1В

Динамическое сопротивление Rд=20*10-6

Масса вентиля без охладителя, кг=0,46

Масса вентиля с охладителем, кг=1,2

Номинальный закручивающий момент, Н*м = 50

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при перегрузках, КЗ, чрезмерном понижении напряжения питания, изменения направления мощности и т.п., а также для редких включений и отключений вручную номинальных токов нагрузки.

К автоматам предъявляют следующие требования:

1. Токоведущая цепь должна пропускать Iном в течении сколь угодно длительного времени. Режим продолжительного включения для автомата является номинальным (нормальном). Токоведущая система автомата может подвергаться воздействию больших токов КЗ, как при замкнутых контактах, так и при включении на существующее КЗ.

2. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов КЗ, которые могут достигать сотен килоампер. После отключения этих токов автомат должен быть пригоден для длительного пропускания Iном.

3. Для обеспечения электродинамической и термической стойкости электроустановок, уменьшения разрушений и других последствий, вызываемых токами КЗ, автоматы должны иметь малое время отключения.

4. Элементы защиты автомата должны обеспечивать необходимые токи и времена срабатывания и селективности.

В зависимости от вида воздействующей величины автоматы делятся на максимальные автоматы по току, минимальные автоматы по току, автоматы обратного тока, максимальные автоматы, работающие по производной тока и т.д.

В любом автомате есть следующие основные узлы: токоведущая цепь, дугогасительная система, привод автомата, механизм свободного расцепления и элементы защиты - расцепления.

Основными параметрами автоматов являются: собственное и полное время отключения, номинальный длительный ток, номинальное напряжение, предельный ток отключения.

Под собственным временем отключения автомата понимают время от момента, когда ток достигает значения тока срабатывания Iср, до начала расхождения его контактов. После расхождения контактов возникшая электрическая дуга должна быть погашена за наименьшее время с перенапряжением, не представляющем опасности для остального оборудования.

Выбор Автоматического выключателя

Номинальное напряжение, 380В

Номинальный ток 630А

Число полюсов 3

Вид расцепителя максимального тока в зоне перегрузки и в зоне к. з. - полупроводниковый

Номинальный ток расцепителя 1000А

Уставка срабатывания расцепителя   ----- в зоне перегрузки 1,25;2

                                                                       ----- в зоне к. з. 3;5;7

Время выдержки (срабатывания), с ----- при токе 1,05*I_ном =100;150;200

                                                            ----- при токе 6*I_ном=4;8;16

                                                            ----- в зоне к. з.=0,25;0,45;0,7

Предельная отключающая способность, =60кА

Вид привода                                       ----- ручной, электро-мехонический

Масса                                                   ----- 9,0кг

Сельсины

В нашей схеме сельсины работают в трансформаторном режиме. Этот режим используется для получения выходного напряжения равного разности углов поворота ротора сельсина датчика. Часто используется для получения выходного напряжения равного разности углов поворота ротора СД и СП. Обмотка возбуждения СД подключается к сети переменного тока. Обмотки синхронизации обоих сельсинов соединяются друг с другом. Обмотка возбуждения сельсина приемника используется в качестве выходной с которой снимается выходное напряжение. Ротор СП механически заторможен.

Пульсирующее МДС наводит ЭДС в синхронизирующих катушках СД. Знак " -", значит ЭДС направлены от начала к концу, т.к. цепи замкнуты, то потекут уравнительные токи.

Выбор сельсинов

Iв ов=0,91

тип: ДИ-521

f=50гц

Uв=110 В

Iв=1,5А

Рпотреб=28,0Вт

U2Н=55В

Частота вращения обеспечивается синхронизацию следующими приемников 500 об/мин.

Фазовый детектор

Фазовый детектор преобразует величину входного переменного напряжения в величину на выходе постоянного тока. Полярность и амплитуда которого зависит от амплитуды фазового сдвига переменного напряжения. Фазовый детектор может работать в двух режимах: в амплитудном, т.е. когда напряжение на входе подается всегда с постоянным фазовым сдвигом; и в фазовом режиме. Когда угол входного напряжения может изменяться от 0 до 180 градусов. В амплитудном режиме на выходе фазового детектора всегда получают сигнал одной полярности и обычно режим используют для преобразования сигнала определенной величины напряжения на логические микросхемы. фазовый режим предполагает под собой изменение полярности выходного сигнала при сдвиге входного сигнала на 180 градусов. Используется для задания направления тока протекающего через нагрузку.

Данная схема фазового детектора представляет собой схему встречно - параллельно включенных транзисторов с p - n - p переходом, которая позволяет осуществлять двухполярное выпрямление входного сигнала.

Ключи VT1 - VT4 включены таким образом, что при открытых VT1 и VT2,VT3 и VT4 - закрытые наоборот. это позволяет пропускать ток через нагрузку в одном направлении при фазовом сдвиге 0 градусов и другом, при сдвиге 180 градусов. Такую работу транзисторов обеспечивает подключение опорного трансформатора TV2.

Общие требования к электродвигателям.

1. Меры по обеспечению надежности питания должны выбираться в зависимости от категории ответственности электроприемников. Эти меры могут применяться не к отдельным электродвигателям, а к питающим их трансформатором и преобразовательным подстанциям, распределенным устройствам и пунктам.

Резервирования линии, непосредственно питающей электродвигатель, не требуется независимо от категории надежности электроснабжения.

2. Если необходимо обеспечить непрерывность технологического процесса при выходе из строя электродвигателя, его коммутационной аппаратуры или линии, непосредственно питающей электродвигатель, резервирование следует осуществлять путем установки резервного технологического агрегата или другими способами.

3. Электродвигатели и их коммутационная аппаратура должны быть выбраны и установлены таким образом и в необходимых случаях обеспечены такой системой охлаждения, чтобы температура их при работе не превышала допустимой.

4. Электродвигатели и аппараты должны быть установлены таким образом, чтобы они были доступны для осмотра и замены, а также по возможности для ремонта на месте установки. Если электроустановка содержит электродвигатели или аппараты массой 100 кг и более, то должны быть предусмотрены приспособления для них.

5. Вращающиеся части электродвигателей и части, соединяющие электродвигатели с механизмом (муфты), должны иметь ограждения от случайных прикосновений.

6. Электродвигатели и их коммутационные аппараты должны быть заземлены или занулены в соответствии с требованиями.

7. Исполнение электродвигателей должно соответствовать условиям окружающей среды.

6. Требования к электроустановкам (ПУЭ)

. Применяемое в электроустановках электрооборудование (машины, трансформаторы, аппараты и т.д.) должны соответствовать требованиям ГОСТ или технических условий, утвержденных в установленном порядке.

. Конструкция, вид исполнения, способ установки и класс изоляции применяемых машин, аппаратов и т.д. должны соответствовать номинальному напряжению сети или электроустановки, условиям окружающей среды и требованиям ПУЭ.

. Применяемое в электроустановках электрооборудование по своим нормированным, гарантийным и расчетным характеристикам должно соответствовать условиям работы данной установки.

. В сетях напряжением до 1000В в местах, где по условиям безопасности электроприемники не могут питаться непосредственно от сети, следует применять трансформаторы.

. Общие требования к электродвигателям (ПУЭ)

. Электродвигатели в отношении надежности питания должны относиться к категориям:

I - электроприемники, нарушение эл. снабжения, которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб хозяйству и т.д.

II - электроприемники, перерыв в эл. снабжении которых связан с недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и пром. Транспорта и т.д.

III - все остальные электроприемники.

. Электродвигатели должны соответствовать требованиям электропривода и условиям окр. среды

. Электродвигатели должны быть выбраны и установлены таким образом и в необходимых случаях обеспечены такой вентиляцией, чтобы температура при их работе не превышала допустимых величин.

. Электродвигатели должны быть установлены таким образом, чтобы они по возможности были доступны для осмотра и производства ремонта на месте установки.

. Вращающиеся части электродвигателей и части, соединяющие электродвигатели с механизмами, должны иметь заграждения.

. Корпуса электродвигателей должны быть заземлены.

. Корпуса электродвигателей, изготовленные из материалов, подверженных коррозии, и не имеющие специальных покрытий должны быть окрашены.

Защита электродвигателей до 1кВт

1. . Для электродвигателей постоянного тока должны предусматриваться защиты от КЗ. При необходимости дополнительно могут устанавливаться защиты от перегрузки и от чрезмерного повышения частоты вращения.

2. . Для защиты электродвигателей от КЗ должны применяться предохранители или автоматы

Номинальные токи плавких вставок, предохранителей и расцепителей автоматических выключателей должны выбираться таким образом, чтобы обеспечивалось надежное отключение КЗ на зажимах электродвигателя и вместе с тем чтобы электродвигатели при нормальных для данной электроустановки толчках тока не отключались этой защитой. С этой целью для электродвигателей, механизмов с легкими условиями пуска, отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвигателей механизмов с тяжелыми условиями пуска это отношение должно быть равным 2,0-1,6.

3. Защита электродвигателей от перегрузки должна устанавливаться в случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также когда при особо тяжелых условиях пуска или самозапуска необходимо ограничить длительность пуска при пониженном напряжении. Защита должна выполняться с выдержкой времени и может быть осуществлена тепловым реле или другими устройствами. Применение защиты от перегрузки не требуется для электродвигателей с повторно кратковременным режимом работы.

Заключение

Выполнение данного курсового проекта позволило получить достаточные знания по выбору и расчету электрических аппаратов, необходимых для защиты схемы.

Выбранные аппараты обеспечивают надежную бесперебойную работу системы, выполняя защиту от токов короткого замыкания и токов перегрузки и т.д.

Также данная курсовая работа позволила получить навыки по работе со схемами, со справочной и технической литературой.

Список используемой литературы

1.       Методические указания по курсовому проектированию. В.Х. Слободской, НГАВТ, Новосибирск, 2003. - 9 c.

2.       Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Изд. 6-е, исправленное.М., "Энергия", 1977.

.        Чунихин А.А. Электрические аппараты. - М.: Энергия, 1975. - 648 с.

.        Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. - М.: Энер-гоатомиздат. 1987. - 224 с.

.        Сеть Internet.

.        Триполитов С.В., Ермилов А.В. Микросхемы, диоды, транзисторы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1994. - 381 с., ил.

.        Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ. / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренко. - Мн.: Беларусь, 1994. - 591 с: ил.

.        Булычев А.Л. и др. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, 1993. - 382 с.: черт.

.        Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Изд.6-е, перераб. и доп. Учебник для студентов энергетических и электротехнических вузов.М., "Высш. школа", 1973.752 с. с илл.

.        Общая электротехника: Учеб. Пособие для вузов / Под ред. д-ра техн. наук А.Т. Блажкина. - 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. - 592 с.: ил.

.        Микросхемы и их применение / Батушев В.А., Вениаминов В.Н., Ковалёв В.Г. и др. - М.: Энергия, 1978.248 с., ил. - (Массовая радио библиотека; Вып.967).

.        Алексеева Н.Н. Тиристорные регулируемые электроприводы постоянного тока.М., "Энергия", 1970.

.        Семененко В.А. и др. Электронные вычислительные машины: Учеб. Пособие для ПТУ / Семененко В.А., Айдинян В.М., Липовой А. Д.; под ред. Дракина В.И. - М.: Высш. шк., 1991. - 288 с.: ил.

.        Электрокомплектсервис. Каталог. 2002.

.        Шашков А.Г. Терморезисторы и их применение. М. 1967.

.        Термоэлектрические измерительные преобразователи. Лекция по курсу "Электрические измерения механических величин". Ростов - на - Дону. 1977

.        Сэми К. Измерительные термопары и терморезисторы. Перевод из журнала Отомэсён 1988. Т.33. №5.