NAPĘD ELEKTRYCZNY

PROJEKT

Wykonał: Łukasz Nowak

IV EDP P-12

Rzeszów, styczeń 2001

1. Temat:

Dobrać sterowanie do silnika napędowego dźwigu.

Dane:

mk=25 kg

mo=87 kg

Masa ładunku windy m=510 kg

Prędkość ustalona kabiny v=1,5 m/s

Przyspieszenie przy rozruchu a=0,5 m/s²

Opóźnienie przy hamowaniu z=0,7m/s²

Wysokość podnoszenia H=10m

Średnica bębna D=0,5 m

Długość bębna l=0,8 m

Przekładnia i=13

2. Wybór silnika na podstawie wyliczeń.

• wyznaczenie prędkości obrotowej:

• Moc silnika wymagana przy podnoszeniu pełnego ładunku:

Na podstawie dostępnych katalogów wybrałem silnik :PZb 74b - silnik prądu stałego o budowie zamkniętej.

Dane katalogowe:

• Moc: 7,5 kW

• Prędkość: 750 obr/min

• I_n przy 220V: 40,5 A

• Sprawność 84,5 %

3. Wybór rodzaju przekształtnika.

Ze względu na moc obiektu P_N = 6,7 kW wybieram przekształtnik trójfazowy gwiazdowy 3T.

Schemat układu przekształtnika:

Dane katalogowe :

m=3 liczba taktów

wartość względna spadku napięcia spowodowana komutacją

-wartość względna spadku napięcia transformatora

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

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

Dane dotyczące tyrystora;

4. Wyznaczenie parametrów dobranego silnika:

Dla silnika obcowzbudnego przy stałym prądzie wzbudzenia słuszna jest zależność:

ponieważ
=const

U_do =

5. Obliczanie kątów wysterowania tyrystorów w celu uzyskania wymaganych prędkości.

Napięcie wyprostowane przekształtnika 3T

U_do =

Aby ograniczyć prąd rozruchu do wartości
dobrano kąt wysterowania
.

5. 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

7. 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

6. 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;

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 = 0,16

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 = 4,65⋅ 10^-3 + 0,297 ⋅ 10^-3 = 4,95[mH]

L_dł = L_s - L_o = 8,1⋅ 10^-3 - 4,95⋅ 10^-3 = 3,15[mH]

Moc pozorna dławika

7. Dobór zabezpieczeń.

Warunek doboru pojemności obwodu zabezpieczającego:

U_pocz - napięcie początkowe na kondensatorze

Pojemność kondensatora w zabezpieczeniu.

Z typoszeregu C₁=680nF

Rezystancja rezystora w zabezpieczeniu.

Z typoszeregu R₁=47[Ω]

Sprawdzanie przekroczenia dopuszczalnej stromości napięcia na tyrystorze.

Moc rezystora w zabezpieczeniu.

Z typoszeregu P_R1=2W

Dobór zabezpieczeń od przepięć komutacyjnych.

Obliczam największą wartość napięcia komutacji zależną od kąta sterowania i kąta komutacji.

U_R - napięcie wsteczne tyrystora w czasie komutacji

Największa wartość wystąpi, gdy

Obliczam stromość prądu wstecznego podczas komutacji.

Obliczam szczytową wartość prądu przejściowego I_RRM ze wzoru:

I_RM =0,2 A

Obliczam największy dopuszczalny współczynnik przepięcia komutacyjnego

σ_u2-współczynnik bezpieczeństwa napięciowego (przyjmujemy 1,25)

Określamy wartość względną największego dopuszczalnego skoku napięcia ponad wartość napięcia zasilającego

ξ=0,01

R=R^'=30,9Ω

C=C^'=672pF

Sprawdzam czy wyliczona wartość rezystancji nie jest zbyt mała pod względem dopuszczalnego udaru prądu rozładowania kondensatora przy załączaniu tyrystora

R_min

14,14
30,9Ω

I_RCM=40A - największa szczytowa powtarzalna dopuszczalna wartość prądu

Przeliczam wartości obliczeniowe R^' i C' na wartości rzeczywiste zgodnie ze wzorami obowiązującymi dla przekształtnika, wartości te dobieram wg typoszeregu.

C=C'=680pF

R=R'=33Ω

Sprawdzam czy dobrane wg typoszeregu wartości nie powodują zwiększenia względnego przeskoku napięcia

C'=1C=680pF

R'=1R=33Ω

Następnie z wykresu odczytuję x_{m dop} które powinno spełniać warunek

X_{m dop}' < X_{m dop}

0,92<1,12

Sprawdzenie stromości napięcia przy włączaniu prostownika do sieci.

- warunek spełniony

Znamionowe napięcie na kondensatorze.

Moc rezystora.

Dobór zabezpieczeń od zwarć.

Warunki doboru bezpiecznika.

Bezpieczniki będą włączone przy każdym tyrystorze.

- prąd płynący przez tyrystor

- dopuszczalny prąd skuteczny tyrystora określany według katalogu

n = 3 - liczba gałęzi zawierających tyrystory

ψ = 120° - kąt przewodzenia tyrystora w układzie trójfazowym

Dobór bezpiecznika na podstawie katalogu.

Typ HRC 00 ULTRA-QUICK^®

I_BN = 35 [A] - prąd znamionowy

U_BN = 660 [V] - napięcie znamionowe max.

I₁ = 50 [kA] - wyłączalny prąd zwarcia

(I²t)_B = 190 [A²s] - parametr przeciążeniowy bezpiecznika (całka cieplna okresu przedłukowego)

- odczytane z wykresu zamieszczonego w danych katalogowych dla bezpiecznika.

- warunek spełniony

8. Schemat układu.

9. 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 7,5kW. 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 :

2

C₁

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

L_Dł

C₁

C₁

R₁

R₁

R₁

T

T

T

C₂

C₂

C₂

R₂

R₂

R₂

B

B

B

Tr. Dy5

L₃

L₂

L₁

---