Stanisław Fiut rok ak. 1996798

IV EDP

L-13

PROJEKT Z NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

Temat:

Zaprojektować prostownik, dobrać silnik prądu stałego do napędu obiektu przemysłowego o podanej mocy znamionowej oraz zakresie zmian prędkości obrotowej.

Dane:

Moc obiektu: P_n = 50 kW

Zakres prędkości obrotowej: n₁- n₂ = 500 - 1200 obr/min

Charakter pracy odbiornika: jednokierunkowy ze zwrotem energii przy

stałym momencie obrotowym

Napięcie znamionowe sieci zasilającej: U_n= 15 kV, f = 50 Hz

Moc zwarciowa sieci zasilającej: S_z = 250 MVA

1. Wybór rodzaju przekształtnika.

Po dokonaniu analizy własności jakie musi spełniać układ zasilający dany obiekt przemysłowy wybrałem przekształtnik trójfazowy mostkowy pełnosterowalny. Zastosowanie układu jednofazowego wykluczyła moc jaką ma dostarczyć projektowany układ. Układy jednofazowe stosowane są w przypadku najmniejszych mocy do 2 - 3 kW, a my żądamy 50kW. Również układ trójfazowy gwiazdowy nie spełnia wymagań co do mocy jaką musimy dostarczyć do obiektu, stosowane są one do mocy znamionowej około 20 kW. Układ mostkowy pełnosterowalny spełnia wymagania co do mocy, jak również teoretyczna moc tyrystorów, które trzeba zastosować w tym układzie nie jest większa niż w przypadku schematu gwiazdowego. Natomiast zaletą jego jest mniejsza falistość napięcia wyprostowanego i niższa zawartość wyższych harmonicznych w prądzie pobieranym z sieci. Wadą tego układu jest większy nakład na urządzenia zapłonowe i zabezpieczające, gdyż liczba sterowanych zaworów jest dwukrotnie większa niż w układzie gwiazdowym. Zastosowanie układu mostkowego trójfazowego półsterowaknego, który charakteryzuje się mniejszym nakładem na urządzenia zapłonowe i zabezpieczające oraz o niższej teoretycznej mocy tyrystorów, wyklucza konieczność zapewnienia możliwości zwrotu energii.

Schemat układu przekształtnika:

Liczba taktów przekształtnika: q = 6

Współczynnik odkształcenia: = 0,955

Możliwe układy połączeń:

Falistość napięcia wyprostowanego przy kącie wysterowania

i kącie komutacji q=0: w_n=0,042

Stosunek wartości względnej spadku napięcia wyprostowanego spowodowanego komutacją do wartości względnej napięcia rozproszenia transformatora: b = 0,50

2. Dobór transformatora zasilającego.

Przy tak dużej mocy obiektu i tak wysokim napięciu zasilania konieczne jest zastosowanie transformatora, który to obniżyłby napięcie przy równoczesnym zapewnieniu wymaganej mocy dostarczanej do obiektu. W oparciu o wytyczne co do doboru transformatora zamieszczone w danych tablicowych „Projektowanie przekształtników tyrystorowych” zdecydowałem się na transformator:

Transformator typu TAOa - 160/15 o danych znamionowych:

S_N= 160 [ kVA ]

U_GN = 15,75 [ kV ]

U_DN = 525 [ V ]

Układ połączeń: Yy0

3. Dobór silnika prądu stałego.

Aby silnik mógł prawidłowo współpracować z obiektem musi spełniać następujące warunki:

n_N n_max

P_N P_max

M_N M_max

Określenie kryteriów jakie musi spełniać dobrany silnik prądu stałego

Liczymy wartość napięcia wyprostowanego U_do czyli dla konta wysterowania przekształtnika , wartość ta powinna być co najmniej równa 1,2U_N silnika.

Zatem napięcie znamionowe silnika może być co najwyżej:

W oparciu o powyższe zależności na podstawie katalogu silników prądu stałego dobrałem silnik obcowzbudny budowy okapturzonej Typ PCb 84c, parametry znamionowe tego silnika:

Wyznaczenie parametrów dobranego silnika:

Dla silnika obcowzbudnego przy stałym prądzie wzbudzenia słuszna jest zależność:

Obliczenie parametrów sieci zasilającej.

Indukcyjność komutacyjna L_k w obwodzie przekształtnika

L_k = L_S + L_T = 3,852 + 223,8 = 227,7 [ ]

X_k = 2 f L_k = 2

Rezystancja umyślna R_x :

Zatem zakres zmian napięcia musi zmieniać się w zakresie od 160 do 356 V. W celu uzyskania takiej zmiany napięcia musimy zastosować zakres zmiany konta wysterowania :

4. Dobór dławika w obwodzie prądu stałego.

Dławiki w obwodzie prądu wyprostowanego spełniają następujące zadania:

- ograniczenie składowej zmiennej prądu wyprostowanego;

- ograniczenie zakresu kąta wysterowania, przy którym prąd wyprostowany ma charakter przerywany;

- ograniczenie prędkości narastania prądu wyprostowanego w przypadku przeciążeń i zwarć;

- ograniczenie wartości składowej zmiennej prądu wyrównawczego w układach nawrotnych;

1. Dobór ze względu na ograniczenie składowej zmiennej prądu wyprostowanego

Całkowita wartość indukcyjności w obwodzie prądu stałego powinna wynosić:

- współczynnik falistości prądu wyprostowanego

D -wymagany wskaźnik tłumienia, odczytany z charakterystyki

Zatem

D₁ = 0,04

D₂ = 0,05

Indukcyjność twornika silnika L_tw:

Indukcyjność dławika powinna mieścić się w granicach

L_D1 = L_C - L_tw - 2L_X = 51,33 - 2,55 - 0,4554 = 48,32 [ mH ]

L_D2 = 16,42 - 2,55 - 0,4554 = 13,41 [ mH ]

2. Na ciągłość prądu.

F₁ = 0,35

F₂ = 0,38

Dobranie dławika ze względu na falistość L_D = (13,41 48,32 ) mH zapewnia również ciągłość prądu odbiornika.

5. Dobór elementów półprzewodnikowych.

Muszą być spełnione warunki:

I_TAV >

U_DRM = U_RRM > 2,5 U_m = 1856 [ V ]

Wybrałem następujący tyrystor: typ T21-125

dane katalogowe:

I_T(AVM) (T_c = 87 ^OC ) = 125 [ A ]

U_DRM = 200...2200 [V ]

U_RRM = 200...2200 [V]

I_T(RMS) = 125 [A]

I_L T_j = 25 ^oC 800 [ mA]

I_H T_j =25 ^oC 180 [ mA]

I_TSM T_j = 125 ^oC 3000 [A ]

I²t T_j = 125 ^oC 45000 [ A² s]

U_TM I_TM = 625 A T_j = 25^oC 2,6 [V ]

I_GT U_D=12 V T_j= 25^OC 150 [ mA]

U_GT U_D=12 V T_j= 25^OC 3 [V ]

I_FGM Tj= 25^o C 4 [A ]

U_RGM Tj= 25^o C 5 [V ]

P_GM 16 [W]

P_G(AV) 3 [W]

t_g 10 []

(dU_d / dt )_crit 320 [ V/ ]

(di_T / dt ) 100 [ A/ ]

O klasie napięciowej 20.

6. Dobór zabezpieczeń.

1. od zwarć

Prąd znamionowy wkładki bezpiecznika

Napięcie znamionowe bezpiecznika winno odpowiadać napięciu obwodu chronionego

Uwzględniając powyższe warunki dobrałem bezpiecznik:

typ PC25 - PC350 o danych znamionowych:

wyłączalny prąd zwarcia 100 [A ]

napięcie znamionowe max. 707 [ V ]

napicie łuku 1100 [ V ]

prąd znamionowy 200 [ A ]

całka cieplna okresu przedłukowego (I²t)_BO 4150 [ A²s ]

Spodziewany prąd zwarcia

Z wykresów odczytuję kolejno współczynniki

k_i = 0,76 uwzględnia wartość spodziewanego prądu zwarcia

k_q = 0,79 uwzględnia kont fazowy obwodu zwarcia

k_u = f( U_m ) k_u = 7,9 uwzględnia wartość napięcia roboczego

I / I_N = 0,688 k_t = 0,875 uwzględnia stosunek prądu skutecznego tyrystora do

prądu skutecznego wkładki bezpiecznika

Sprawdzenie warunku przeciążalności

(I²t)_B^I < (I²t)_T

(I²t)_B^I = (I²t)_B(k_t + k_i k_u k_q - 1 ) =

(I²t)_T = 45000

Zatem warunek został spełniony

2. od przepięć komutacyjnych

W przypadku zabezpieczenia przekształtnika od przepięć komutacyjnych równolegle do każdego elementu dołącza się obwód rozładowczy RC.

Napięcie na kondensatorze

Moc rezystora

3. od przepięć łączeniowych

Energia pola magnetycznego

Wartość kondensatora

U_dop - dopuszczalne napięcie maksymalne dla tyrystora, równe jego klasie napięciowej

U_pocz - napięcie początkowe na kondensatorze, max. wartość napięcia wtórnego transformatora

Moc rezystora

Napięcie znamionowe kondensatora

Literatura:

1. Pr. zb. „ Projektowanie przekształtników tyrystorowych”

2. Tunia H „Energoelektronika”

3. Barlik R „Technika tyrystorowa”

4. Czajkowski A „Napęd tyrystorowy prądu stałego”

5. Żyborski J „Zabezpieczenia diod i tyrystorów”

6. Katalogi:

Transformatory mocy

Silniki prądu stałego

Półprzewodnikowe przyrządy mocy i urządzenia energoelektroniczne

Schemat układu.

T1

T2

T3

B

B

B

B

B

B

R

R

R

R

R

R

C

C

C

C

C

C

L_D

R_a

L_tw

E

R

R

R

C

C

C

T4

T6

T5

Tr

---