-Mróz Krzysztof
PROJEKT Z ENERGOELEKTRONIKI
Nr.25
Zaprojektować prostownik , dobrać silnik prądu stałego i transformator do napędu obiektu przemysłowego o podanej mocy znamionowej oraz zakresie zmian prędkości obrotowej.
Dane:
- moc obiektu: Pn=15 kW
- zakres prędkości obrotowej: n1-n2=800-1800 obr/min
- charakter pracy odbiornika: jednokierunkowy ze stałym momentem
obrotowym
- napięcie znamionowe sieci zasilającej: Un= 10 kV , f=50 Hz
- moc zwarciowa sieci zasilającej: Sz= 160 MVA
1.Wybór rodzaju przekształtnika.
Do napędu powyższego obiektu wybrałem prostownik 6T z diodą rozładowczą. Mimo ,że moc obiektu jest stosunkowa mała (poniżej 20 kW) , a więc wystarczyłby układ 3-fazowy gwiazdowy , to jego zakres prędkości obrotowej jest duży i wymaga użycia prostownika 6T.
4.Dobór transformatora zasilającego.
W oparciu o wytyczne co do doboru transformatora zamieszczone w danych tablicowych „Projektowanie przekształtników tyrystorowych” zdecydowałem się na transformator:
Doboru tego dokonałem głównie ze względu na napięcie znamionowe sieci zasilającej.
Transformatorem tym okazał się TAO-a o danych znamionowych:
U1=10 kV , U2=231/400/525 przy Yy0/Yz5/Yy0
Uzr=4.5%
SN=100kVA
PN=15kW
IOR=3%
Straty w rdzeniu: PFe = 400 [ W ]
Straty w uzwojeniu: PCu = 2000[ W ]
W naszym przypadku układ połączeń Yy0
Parametry schematu zastępczego transformatora:
-przekładnia zwojowa
- przekładnia napięciowa
xz'- reaktancja zwarciowa od strony wtórnej trafo
xs- reaktancja sieci
Lk- indukcyjność komutacyjna
Rk- rezystancja komutacyjna
-prąd magnesowania
3.Dobór silnika prądu stałego.
Aby silnik mógł prawidłowo współpracować z obiektem musi spełniać następujące warunki:
nN nmax
PN Pmax
MN Mmax
UNsil < Ud0
Określenie kryteriów jakie musi spełniać dobrany silnik prądu stałego
Liczymy wartość napięcia wyprostowanego Udo czyli dla kąta wysterowania przekształtnika , wartość ta powinna być co najmniej równa 1,2UN silnika.
W oparciu o powyższe zależności na podstawie katalogu silników prądu stałego dobrałem silnik Typ
PZ6-84b, parametry znamionowe tego silnika:
Wyznaczenie parametrów dobranego silnika:
Dla silnika obcowzbudnego przy stałym prądzie wzbudzenia słuszna jest zależność:
ponieważ
=const
Obliczanie kątów wysterowania tyrystorów w celu uzyskania wymaganych prędkości
Zatem zakres zmian napięcia musi zmieniać się w zakresie od 103,6V do 213,4V. W celu uzyskania takiej zmiany napięcia musimy zastosować zakres zmiany kąta wysterowania :
Aby ograniczyć prąd rozruchu do
3.Dobór tyrystorów i diod
warunek uwzględniający niesymetryczność prądów
- warunek uwzględniający najgorsze warunki pracy
- współczynnik bezpieczeństwa
dla diody
Wybieram tyrystor : TR71-160
ITSM=4500 A
diodę: D20-400
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;
Dobór dławika sieciowego
<
=
=
<
Warunek na stromość prądu jest spełniony więc nie stosujemy dławika sieciowego.
Dobór dławika w obwodzie prądu stałego
LDł = LS - LO
LO -indukcyjność odbiornika (silnika)
LS - całkowita indukcyjność obwodu
LO = LSIL + Lk
- Współczynnik którego wartość zależy od tego czy silnik jest skompensowany czy nie. W naszym przypadku wynosi
= 0,25(dla skompensowanego).
= 0,6
w1 - falistość prądu od 0,04 do 0,1 przyjmujemy 0,08
D - wskaźnik tłumienia odczytujemy z wykresu D = f(
)
D = 0,165
Is=1.1*Ia1
Kryterium I
LS =
=
Kryterium II
LS = F *
Moc pozorna dławika
SDł = (0,2-0,4)I2amax*LDł
LDł = Ls - Lo=1,41*10-3 -0,694*10-3 =0,716[mH]
Lo = Lsil - Lk = 0,78*10-3 -85,57*10-6 = 0,694[mH]
SDł=0,4*171,52*0,716=8,424kVA
6. Dobór zabezpieczeń.
Dobór zabezpieczeń od przepięć łączeniowych
Obl. energii pola magnetycznego zgromadzonej w transformatorze
Am =
Am =
=
Warunek doboru pojemności obwodu zabezpieczającego
Upocz - napięcie początkowe na kondensatorze
Upocz =
C'=
Pojemność kondensatora w zabezpieczeniu (Tabela 3,2 zbiór zadań z energo. Str 50)
C =
Rezystancja rezystora w zabezpieczeniu (Tabela 3,2 zbiór zadań z energo. Str 50)
R' =
Sprawdzanie przekroczenia dopuszczalnej stromości napięcia na tyrystorze
L' = 2 * Lk = 2 * 85,57* 10-6 = 171,14 *H
Moc rezystora w zabezpieczeniu
PR1 = 5 * (U2n * * * C1)2 *R1
PR1 = 5 * (231 * 2**f * 2,5 *10-6 )2 *9,58 = 1,575 W
Dobór zabezpieczeń od przepięć komutacyjnych
UR - napięcie wsteczne tyrystora w czasie komutacji UR =
(α+*)
UR = 326,7V Największa wartość gdy =1
Warunek doboru rezystancji włączonej w szereg z pojemnością dla dla chwilowego prądu
ITP = 40 A
Rmin'
Lk = 85,57[*H]
L' = 2 * Lk = 2 * 85,57* 10-6 = 171,14 *H
Z wykresu 6,10 str. 117 (zb. Zad. Z energo.)
Odczytuje IRM = 4[A]
Z wykresu 3.2 str 48 odczytujemy *
* - współczynnik tłumienia obwodu komutacyjnego
Z tabeli 3,1 str 46 (Zb. Zad. Z energo.)
C2 =
Rmin' =
R2 =
Znamionowe napięcie na kondensatorze
UCN = (1,5
2)U2N*
Moc odbiornika
PR = 2 * (U2N *
Dobór zabezpieczeń od zwarć
Zbiór zadań z energo. str.53 - 63
ITSK < IB < IT(RMS) - warunek doboru bezpiecznika
99< IB < 160
I2t = 4500 A2/s
IB - odczytujemy ze zbioru zadań str. 126 tab.6,5
IB = 100 A
Bezpiecznik
Typ. Btp 500-100
Wyłączalny prąd zwarcia I = 100 kA
Napięcie znamionowe max. UN = 500V
Napięcie łuku U = 650 - 900 V
(I2t)B = 4800A2s
Obliczanie parametru przeciążeniowego bezpiecznika
(I2t)B' = (I2t)B * (ku * k* * kis * kT -1 ) > (I2t)tyr.
Zbiór zadań z energo. str. 126,127 wykr. 6,28 6,29
ku = f(
) = f(323,7) - współczynnik uwzględniający napięcie robocze
k* = f (cos*z) = f(0,392) - współczynnik uwzględniający kąt fazowy obwodu zwarcia kis = f (ISM) =f(5,55) - współczynnik uwzględniający wartość spodziewanego prądu zwarcia
ISM =
A
kT = f(
Z wykresów.
ku = 4,2
k* = 0,67
kis = 0,75
kT = 0,6
(I2t)B' = (I2t)B * (ku * k* * kis * kT -1 ) > (I2t)tyr.
(I2t)B' = 4800*(4,2 * 0,67 * 0,75 * 0,6 -1)
(I2t)B' = 1278 A2/s
(I2t)B' < (I2t)tyr
1278 < 4500
Warunek spełniony
Sprawdzenie charakterystyki przeciążeniowej bezpiecznika względem charakterystyki przeciążeniowej tyrystora
ITSK =
IT(0V) - przeciążeniowy prąd przewodzenia tyrystora
ITSM - niepowtarzalny szczytowy prąd przewodzenia
Z charakterystyki 6,19 zbiór zad. z energo. str. 121
t1 = 20ms
Dla bezpiecznika wartości prądów Isk w zależności od poszczególnych czasów odczytane z wykr. 6,27 (zb. zad z energo. str 126 )
czas |
tyrystor |
bezpiecznik |
20ms |
2250 |
785 |
0,2s |
1575 |
495 |
Obliczanie napięcia przepięcia bezpiecznika
Up =kp * UN
Up < URRM
kp = f(
) - odczytane z wykresu 6,28 str 126
kp = 0,75
Up = 0, 75* 231 = 173,25 V
173,25 < 1200
Pr. zb. „ Projektowanie przekształtników tyrystorowych”
Tunia H „Energoelektronika”
Barlik R „Technika tyrystorowa”
Czajkowski A „Napęd tyrystorowy prądu stałego”
Żyborski J „Zabezpieczenia diod i tyrystorów”
Katalogi:
Transformatory mocy
Silniki prądu stałego
Półprzewodnikowe przyrządy mocy i urządzenia energoelektroniczne
1
2
t2 = 0,2 s
Tr
T5
T6
T4
C
C
C
R
R
R
E
Ltw
Ra
LD
C
C
C
C
C
C
R
R
R
R
R
R
B
B
B
B
B
B
T3
T2
T1