Дипломная работа: Автоматизированный привод станка-качалки на ОАО "Татнефть"

Разработка структурной схемы силовой части.

Силовая часть электропривода состоит из преобразователя частоты и электродвигателя. Структурная схема силовой части представлена на рисунке 2.1

Рис. 2.1 Структурная схема силовой части электропривода

Динамические свойства преобразователя частоты совместно с блоками измерения и преобразования координат могут быть упрощенно учтены апериодическим звеном с передаточной функцией:

 (2.17)

где KПЧ эквивалентный передаточный коэффициент преобразователя.

 (2.18)

где Udмакс номинальное фазное напряжение на выходе преобразователя, В; Uупр макс максимальное напряжение системы управления, В.

Численное значение коэффициента передачи преобразователя частоты:

ТТЧ эквивалентная постоянная времени преобразователя, с. Она складывается из времени задержки включения ШИМ и времени, затрачиваемого процессором на преобразование и вычисление сигналов (Тпр=1 мс).

Время задержки ШИМ определится:

 (2.19)

Численное значение постоянной времени преобразователя:

 (2.20)

Электродвигатель представляется передаточными функциями электромагнитной и механической частей, представленных апериодическим и интегрирующим звеньями, соединенными последовательно.

Электромагнитная часть представляет из себя передаточную функцию от напряжения статора к току статора:

 (2.21)

где Rсуммарное сопротивление двигателя определяется по формуле:

 (2.22)

здесь Rф2 активное сопротивление выходного фильтра на выходе АИН, Ом;

R1 активное сопротивление обмотки статора, Ом;

R2 приведенное активное сопротивление обмотки ротора, Ом;

k2 коэффициент электромагнитной связи ротора.

Взаимная индуктивность асинхронного двигателя определится:

 (2.23)

Индуктивность рассеяния статора:

 (2.24)

Полная индуктивность фазы статора:

 (2.25)

Индуктивность рассеяния ротора:

 (2.26)

Полная индуктивность фазы ротора:

 (2.27)

Индуктивность рассеяния асинхронного двигателя:

 (2.28)

или по приближенной формуле

 (2.29)

В дальнейших расчетах L 0,0071 Гн.

Коэффициент электромагнитной связи ротора определяется по формуле:

 (2.30)

Численное значение суммарного сопротивления двигателя определится:

Электромагнитная постоянная времени асинхронного двигателя определяется по формуле:

 (2.31)

Электромагнитный момент двигателя формируется на основании уравнения:

 (2.32)

где рп число пар полюсов обмотки статора, рп=2.

Механическая часть асинхронного двигателя представляется интегрирующим звеном с передаточной функцией:

Структурная схема силовой части системы ПЧ –АД смоделирована в программе Simulink. Вид модели представлен на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 Структурная схема электропривода в числовом виде

Рис. 2.3 Схема исследования по задающему воздействию

Момент статической нагрузки Мс=26,7 Н·м соответствует номинальному моменту двигателя, который определятся:

 (2.33)

Рис. 2.4Переходная характеристика по задающему воздействию

Переходная характеристика характеризует силовую часть электропривода как апериодическое звено с коэффициентом усиления K=21,9.Время переходного процесса в системе равно tпп.зад=0,415 с.

Рис. 2.5 Частотные характеристики по задающему воздействию

Частотные характеристики показывают, что система является статической, так как наклон низкочастотной части ЛАХЧ нулевой.

Система:

обладает достаточным быстродействием, частота среза ср=190 рад/с;

устойчива с запасом по фазе 59,8 и запасом по амплитуде 16,8 дБ.

Исследование влияния возмущения – статической нагрузки на силовую часть системы ПЧ – АД осуществляется в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 2.4.6. Отличие от схемы, изображенной на рисунке 2.4.3 состоит в местах расположения контрольных точек Input и Output .

Результаты исследования системы представлены на рисунках 2.7 и 2.8.

Рис. 2.6 Схема исследования по возмущающему воздействию

Рис. 2.7 Переходная характеристика по возмущающему воздействию

Система ПЧ-АД обладает низким быстродействием (время переходного

процесса tпп.возм=0,412 с). Время переходного процесса скорости при единичном скачке задающего сигнала (tпп.зад=0,415 с) почти не отличается от времени переходного процесса при наличии возмущения. Причем низкое быстродействие системы связано с достаточно большим моментом инерции. Поэтому и коэффициент усиления в системе низкий.

 (2.34)

Рис. 2.8 Частотные характеристики по возмущающему воздействию

3. Специальная часть проекта

3.1 Особенности ПЧ основанных на IGBT-транзисторах

Преобразователь построен по принципу двухзвенного преобразования энергии с промежуточным звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения. Функциональная схема преобразователя представлен на рисунке 3.1.

Рис. 3.1 Функциональная схема преобразователя

Силовая часть преобразователя включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель (входной выпрямитель), звено постоянного тока (звено ПТ), трехфазный мостовой инвертор (инвертор) и блок торможения. Входной выпрямитель включает в себя цепь предварительного заряда емкостей звена постоянного тока, обеспечивающую ограничение тока заряда и плавное нарастание напряжения на конденсаторах. В преобразователях мощностью 5,5-37кВт входной выпрямитель является неуправляемым, при этом отключение звена постоянного тока преобразователя осуществляется с помощью встроенного электромагнитного реле. В преобразователях мощностью 45-90кВт входной выпрямитель является полууправляемым и выполняет функцию отключения звена постоянного тока преобразователя.

Звено постоянного тока представляет собой емкостной фильтр, служащий источником постоянного напряжения для инвертора. Для уменьшения пульсаций тока в звене постоянного тока и снижения гармонических составляющих тока как в обмотках двигателя, так и потребляемого из сети рекомендуется использование внешнего дросселя постоянного тока, подключаемого к клеммам L1 и L2 преобразователя. При отсутствии дросселя постоянного тока клеммы L1 и L2 соединяются перемычкой, поставляемой в комплекте с преобразователем.

Инвертор, построенный на IGBT-транзисторах, преобразует напряжение звена постоянного тока в переменное напряжение заданной частоты и амплитуды. Блок торможения представляет собой встроенный ключ управления внешним тормозным резистором, подключаемым к клеммам В1 и В2 преобразователя и предназначен для реализации режима динамического торможения двигателя (при необходимости реализации высоких темпов торможения).

Драйверы силовых ключей входного выпрямителя и инвертора обеспечивают управление соответственно тиристорами и затворами IGBT, формируют сигналы защит, а также осуществляют гальваническую развязку силовых и управляющих цепей. В преобразователях мощностью 5,5-37кВт драйвера силовых ключей входного выпрямителя отсутствуют.

Система датчиков преобразователя включает в себя датчики напряжения на входе и в звене постоянного тока преобразователя, датчики выходного тока, а также датчик температуры силовой части преобразователя. Источник питания обеспечивает формирование питающих напряжений, необходимых для работы преобразователя. Также имеется гальванически развязанный канал питания 24В (250мА) для питания внешних устройств, подключаемых к интерфейсному модулю. Контроллер управления управляет согласованной работой всех модулей преобразователя и реализует большинство защитных и сервисных функций. Контроллер расширений включает в себя набор средств взаимодействия с внешними управляющими устройствами. В состав контроллера расширений входят:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17