Rzeszow, 16.01.2001r.

Sterowanie

napędem elektrycznym

projekt

KONSULTANT: WYKONAŁ:

mgr inż. DANUTA PLIŚ RAFAŁ OBAL

PROJEKT nr 7

Temat:

DOBRAĆ UKŁAD STEROWANIA SILNIKA DO NAPĘDU WYCIĄGU JAK NA RYSUNKU O PODANYCH NIŻEJ PARAMETRACH UKŁADU.

SCHEMAT UKŁADU:

Dane: m= 1245kg μ= 0.2

m_p= 650kg ϕ =200°

v= 1.5 m/s przekładnia i= 20

D= 0.4 m η=1

I. Wyznaczone wartości momentu dla przypadków (wykonane we wcześniejszym projekcie):

a - podnoszenie - rozruch

b- podnoszenie - hamowanie

c- opuszczanie - rozruch

d- opuszczanie- hamowanie

1. Podnoszenie- rozruch.

M₁= (F1 -F2)*
= F1(1- 1/e^μϕ)*
=12507*0,502
=62,85[Nm]

b.) Podnoszenie - hamowanie.

M₂ = (F1 -F2)*
= F2(1/e^μϕ - 1 )*
* (2-1/η) =

= 10123* ( - 0,502 )*
= = - 50.8[Nm]

c.) Opuszczanie- rozruch.

M₁= - (F1 -F2)*
=
= 10123*(-0,502)*
= - 50,8[Nm]

d.)Opuszczanie - hamowanie.

M₂= (F1 -F2)*
= * F1(1/e^μϕ - 1 )*
* (2-1/η)
= 62,85[Nm]

2. Obliczenie mocy i prędkości obrotowej silnika.

Największy moment występuje podczas podnoszenia- rozruchu równy momentowi przy hamowaniu-opuszczaniu i wynosi : 62,85 [Nm].

Dla tej wartości obliczam moc P.

n_s=
=
= 1433[obr/min]

P= M*n_s*
= 62.85*1433*
= 9,431 [kW]

3. Dla powyższych wartości dobrałem silnik:

Warunki doboru silnika:

n_Nsil n_Nmax

M_Nsil M_max

P_Nsil P_max

U_Nsil < U_do

n_min=0 obr/min

n_max = 1433 obr/min

P_N = 9,431 kW

Silnik prądu stałego budowy okapturzonej IP-23 o przewietrzaniu własnym TYP PCb6-9 o danych znamionowych:

Moc: P_N = 17 KW

Moment obrotowy: M_N = 11 kgm = 112,13 Nm

Prędkość obrotowa: n_N = 1500 obr/min

Prąd I_N = 88 A

Napięcie: U_N = 220 V

Sprawność: η = 0,88

Masa: M = 160 kg

IV.Wybór rodzaju przekształtnika:

Odbiorniki wymagające zmiany kierunku pobieranego prądu mogą być zasilane przez przekształtniki jedno kierunkowe lub nawrotne. Rozwiązanie z przekształtnikiem jedno kierunkowym jest oczywiście znacznie tańsze ,lecz wymaga zastosowania urządzeń przełączających w obwodzie prądu wyprostowanego . W okresie przełączania następuje przerwanie prądu przekształtnika na czas od kilkunastu do kilkudziesięciu milisekund. Odbiornik nie jest w tym momencie sterowany lub może być sterowany w ograniczonym zakresie (hamowanie oporowe, obwód z diodą rozładowczą itp.) Zastosowanie manipulacyjnej aparatury stykowej w obwodzie prądu wyprostowanego zmniejsza poza tym nieliniowość pracy. Z powyższego wynika, że taki rodzaj układu nawrotnego jest dopuszczalny dla odbiorników nie wymagających ciągłego sterowania prądem wyprostowanym w czasie nawrotu oraz przełączanych stosunkowo rzadko.

Po dokonaniu analizy własności jakie musi spełniać układ zasilający dany obiekt przemysłowy wybrałem przekształtnik trójfazowy gwiazdowy z przełączaniem odbiornika (nawrotny). 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 9,5kW. Układ trójfazowy gwiazdowy spełnia wymagania co do mocy jaką musimy dostarczyć do obiektu, stosowane są one do mocy znamionowej około 20 kW.

Zaletą tego układu jest prostota wykonania, mały nakład elementów sterowanych, proste sterowanie. Natomiast wadą jest stosowanie przełącznika i co się z tym wiąże chwilowe przerwy prądu wyprostowanego.

Schemat układu przekształtnika:

U_do =

Dane katalogowe :

Liczba taktów: m=3 liczba taktów

Stosunek wartości względnej spadku napięcia wyprostowanego spowodowanego komutacją do wartości względnej napięcia rozproszenia transformatora:

wartość względna spadku napięcia spowodowana komutacją

-wartość względna spadku napięcia transformatora

Falistość napięcia wyprostowanego przy kącie wysterowania

i kącie komutacji q=0:

-falistość napięcia wyprostowanego przy zerowym kącie wysterowania i zerowym kącie komutacji

Współczynnik odkształcenia:

λ=0,827

λ-stopień odkształcenia prądu pobieranego z sieci przy q=0

-wartość skuteczna pierwszej harmonicznej prądu pobieranego przez przekształtnik

- wartość skuteczna n-tej harmonicznej prądu pobieranego przez przekształtnik

Dopuszczalne układy połączeń transformatora Dz0, Yz5, Dz6, Yz11

Dane dotyczące transformatora;

K_u-napięcie transformatora po stronie wtórnej

Dane dotyczące tyrystora;

V. Wyznaczenie parametrów dobranego silnika:

Dla silnika obcowzbudnego przy stałym prądzie wzbudzenia słuszna jest zależność:

ponieważ
=const

VI. Obliczanie kątów wysterowania tyrystorów w celu uzyskania wymaganych prędkości

Napięcie wyprostowane przekształtnika 3T

U_do =

_- kąt sterowania przy: rozruchu -podnoszeniu i opuszczaniu - hamowaniu,

_- kąt sterowania przy: opuszczaniu - rozruchu i podnoszeniu -hamowaniu,

Aby ograniczyć prąd rozruchu do wartości
dobrano kąt wysterowania
.

VII. Dobór tyrystorów.

warunek uwzględniający niesymetryczność prądów

- warunek uwzględniający najgorsze warunki pracy

- współczynnik bezpieczeństwa

Dobieramy tyrystor na podstawie wyżej obliczonych parametrów

Tyrystor typu: T 00-40-15

Dane:

U_DRM = U_RRM = 1500 V

U_RSM = 1800 V

I_DRM = I_RRM = 10 mA

I_T(RSM) = 63 A

I_L = 600 mA

I_H = 140 A

I_TSM = 1080 A

I²⋅t = 6000 A²s

U_TM = 3,2 V

t_q = 100μS

t_gt = 7 μS

VIII. Dobór radiatora (zgodnie z zaleceniem katalogu tyrystorów)

Radiator powietrzny typu RP 127 wykonany ze stopu aluminium metodą wytłaczania wypływowego.

Dane techniczne:

Masa : 0,9[kg]

Wymiary : 102 × 102 × 127 [mm]

Chłodzenie powietrzem

123<143,9

IX. Sprawdzenie warunku, doboru dławika sieciowego.

<

=
=
<

Warunek na stromość prądu jest spełniony więc nie stosujemy dławika sieciowego.

X. Dobór dławika w obwodzie prądu stałego.

(Manitius „Projektowanie przekształtników tyrystorowych”)

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;

L_Dł = L_S - L_O

L_O -indukcyjność odbiornika (silnika)

L_S - całkowita indukcyjność obwodu

L_O = L_SIL + L_k

- 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 = 0,18

Kryterium I

=

Kryterium II

F - współczynnik granicy prądów przerywanych odczytujemy z wykresu F = f(
)

F = 1,05

Ponieważ L_Dł>L_Dł2 ⇒ L_s= 8,1[mH]

L_o = L_sil + L_k = 1,98 ⋅ 10^-3 + 0,802 ⋅ 10^-6 = 2,782[mH]

L_dł = L_s - L_o = 8,1⋅ 10^-3 - 2,782⋅ 10^-3 = 5,32 [mH]

Moc pozorna dławika

XI. Schemat układu:

XII. Podsumowanie:

Po dokonaniu analizy własności jakie musi spełniać układ zasilający dany obiekt przemysłowy wybrałem przekształtnik trójfazowy gwiazdowy z przełączaniem odbiornika (nawrotny). 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 9,5kW. Układ trójfazowy gwiazdowy spełnia wymagania co do mocy jaką musimy dostarczyć do obiektu, stosowane są one do mocy znamionowej około 20 kW.

Zaletą tego układu jest prostota wykonania, mały nakład elementów sterowanych, proste sterowanie. Natomiast wadą jest stosowanie przełącznika i co się z tym wiąże chwilowe przerwy prądu wyprostowanego.

Charakterystyka mechaniczna ω = f(I) silnika obcowzbudnego zasilanego z prostownika sterowanego będzie wyglądała jak na zamieszczonym poniżej wykresie.

Ze wzrostem wartości kąta α maleje jego prędkość przy tym samym prądzie.

Wartość prądu I_q , przy którym zaczyna się praca przerywana zależy od kąta sterowania prostownika. Dla małych obciążeń silnika w zakresie od 0<i<I_q charakterystyki stają się nieliniowe.

Układ sterowania prostownika :

12

M

L_Dł

C₁

C₁

C₁

R₁

R₁

R₁

T

T

T

C₂

C₂

C₂

R₂

R₂

R₂

B

B

B

Tr. Dy5

L₃

L₂

L₁

m

m_p

F2

F1

i

M

M

D

ϕ

I_GT = 150mA

U_GD = 0,25 V

U_GT = 3 V

I_FGM = 4 A

U_RGM = 5 V

P_GM = 16 W

P_G(AV) = 3W

R_thjc = 0,35 ⁰C/W

R_thcr = 0,12 ⁰C/W

T_jmin - T_jmax = -40 - 125 ⁰C

T_Stg = -40 - 125 ⁰C

Radiator typu

RP - 127

---