Выбор тиристорного преобразователя

Контрольная работа №1,2

по дисциплине «Электрические аппараты»

 

 

Выполнила: Карякина Е.А.

Группа: ЭА-10

Проверил: Сыромятников В.Я.

 

 

Магнитогорск 2013

 

Оглавление

1.Контрольная работа №1. 4

1.1. Задание к контрольной работе. 4

1.2. Методика расчета. 6

1.2.1. Выбор тиристорного преобразователя. 6

1.2.2. Выбор трансформатора. 7

1.2.3. Выбор рубильников. 8

1.2.4. Выбор контакторов. 8

1.2.5. Выбор реле времени. 8

1.2.6. Выбор реле напряжения. 9

1.2.7. Выбор реле максимального тока. 10

1.2.8. Выбор реле минимального тока. 10

1.2.9. Выбор командоаппарата. 10

1.2.10. Выбор автоматических выключателей. 11

1.2. 11. Выборпредохранителей. 12

2.Контрольная работа № 2. 13

2.1. Задание контрольной работы.. 13

2.2. Методика расчета. 14

2.2.1. Расчет и выбор аппаратуры для АД.. 14

2.2.1.1. Выбор рубильника. 14

2.2.1.2. Выбор максимальных токовых реле. 14

2.2.1.3. Выбор магнитного пускателя. 15

2.2.1.4. Выбор тепловых реле. 15

2.2.1.5. Выбор предохранителей. 16

2.2.2. Расчет и выбор аппаратов защиты системы ПЧ-АД.. 17

2.2.2.1. Расчет и мощность инвертора. 17

2.2.2.2. Выбор выпрямителя. 18

2.2.2.3. Расчет силового модуля инвертора. 19

2.2.2.4. Расчет параметров силового фильтра инвертора напряжения. Выбор сглаживающего дросселя. 20

2.2.2.5. Расчет блока динамического напряжения. 22

2.2.2.6. Защита элементов преобразователя и двигателя от недопустимых токов и напряжений. 23

2.2.2.7. Выбор автоматического выключателя. 24

2.2.2.8. Выбор датчиков. 24

2.2.2.9. Расчет снаббера. 25

 

 

 

Контрольная работа №1

Задание к контрольной работе

Произвести расчет и выбор электрических аппаратов для системы ТП-Д; выбрать аппаратуру управления в схеме электропривода постоянного тока в соответствии с данными электродвигателя.

Таблица 1 Технические данные двигателя

Номер варианта	Тип	РН, кВт	UН, В	IН, А	nН, об/мин	nmax, об/мин	КПД, %	RЯ, Ом	RДП, Ом	RВ, Ом	J, Н×м^2
	П51			33.2				0,34	0,132		0.85

Рисунок 1 Принципиальная электрическая схема системы ТП-Д

Рисунок 2 Схема управления двигателем постоянного тока с реверсом

Методика расчета

Выбор тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь выбирается исходя из условий номинального напряжения и тока двигателя. Исходя из этих условий выбираем тиристорный преобразователь КТЭ-50/220-511, характеристики которого указаны ниже

 

 

Таблица 2 Данные тиристорного преобразователя

Тип преобразователя	Номинальное напряжение, В	Номинальная сила тока, А	Напряжение питающей сети, В
КТЭ-50/220-511

Выбор трансформатора

Трансформатор для вентильных преобразователей выбирается по мощности:

где – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления,

– номинальный ток тиристорного преобразователя

Максимальное расчётное значение выпрямленной ЭДС в режиме непрерывного тока:

Исходя из условия мощности, выбираем трансформатор ТСП-25/0,7-УХЛ. Характеристики трансформатора указаны ниже.

Таблица 3 Данные трансформатора

Тип трансформатора	Ном.мощность, кВт	Номинальное напряжение питающей сети, В	Номинальное напряжение вентильной обмотки, В	Номинальное напряжение преобр., В	Сила тока преобр., А	Uкз, %	Ixx, %	ΔPкз, Вт
ТСП-25/0,7-УХЛ						5,5

 

Выбор рубильников

Учитывая перегрузочную способность двигателя П51 с номинальным током рубильник выбирается исходя из тока Данному условию соответствует рубильник РПБ21 из табл. 1.2 на номинальный ток .

Выбор контакторов

Выбор контакторов В, Н, П, Л, 1У и 2У (см. рис. 1.2) осуществляется исходя из условий:

· максимального коммутируемого тока ;

· коммутируемого напряжения ;

· напряжения обмотки .

Всем вышеперечисленным условиям удовлетворяет контактор КПВ600 на номинальный ток .

Выбор реле времени

Для выбора выдержки времени реле необходимо время работы двигателя на каждой ступени пускового реостата. Для этого графическим методом находим сопротивление реостата (см. рисунок).

Рисунок 3 Пусковая диаграмма двигателя П51

Из графика по пропорциям находим и :

Затем находим моменты короткого замыкания

а так же моменты

Далее считаем время по формуле

Для реле 1РУ коммутируемое напряжение равно 220 В, а коммутируемый ток равен сумме токов через катушки контакторов 1У и 2У: Для реле времени 2РУ коммутируемый ток будет в два раза меньше (0,5 А).

Всем перечисленным критериям выбора соответствует реле времени РЭВ812Ти РЭВ814Т.

Выбор реле напряжения

При выборе реле напряжения РН необходимо соответствие напряжение катушки реле напряжению питающей сети (220 В). Напряжение коммутируемой цепи для реле напряжения равно 220 В (что меньше допустимых 440 В). Предварительно выберем реле РЭ14, затем проверим правильность выбора по коммутируемому тока. Ток контакта реле нулевой защиты РН можно найти как сумму токов всех контакторов, реле напряжения и реле времени: что также удовлетворяет условию выбора реле напряжения.

Для выбора реле напряжения РПВ и РПН нужно учесть токи контактов данных реле, которые равны Номинальное напряжение катушки равно 220 В. Реле РЭ14 допускает регулировку напряжения срабатывания в пределах 25-80% от номинального напряжения катушки, что также удовлетворяет необходимому значению срабатывания реле:

Выбор командоаппарата

Для грубой оценки коммутируемого тока командоаппарата можно взять сумму токов, потребляемых катушками РН, 1РУ, 2РУ, Л, В, Н, П, 1У, 2У, которая уже была посчитана для реле напряжения РН (I=2,77 А). коммутируемое напряжение равно 220 В.

Командоаппарат КА-21-17 удовлетворяет всем требованиям.

Выбор предохранителей

Предохранители предназначены для защиты электрооборудования и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, включаемая последовательно в цепь тока. При увеличении тока линии выше определенной величины температура плавкой вставки повышается и происходит ее расплавление, цепь тока разрывается, предотвращая выход из стоя электрооборудования и проводников.

Выбор предохранителей для цепи управления и обмотки возбуждения двигателя осуществляется по тому же току что и выбор автомата QF: А. Этому значению тока удовлетворяет предохранитель НПН-2-15 с плавкой вставкой на 6 А.

Плавкими предохранителями так же защищают цепи управления электродвигателей. В данном случае они должны обесточить цепь управления при возникновении в ней коротких замыканий.

Выбор предохранителей для защиты тиристоров осуществляется по номинальному току плавкой вставки:

(2.2)

где – коэффициент запаса по току, не менее 1.2.

А,

Этому требованию удовлетворяет быстродействующий предохранитель ПП57-31 на номинальный ток плавкой вставки 63 А

 

Контрольная работа № 2

Задание контрольной работы

Произвести расчет и выбор аппаратуры в релейно-контакторной схеме управления электроприводом асинхронного двигателя с короткозакмкнутым ротором в соответствии с техническими данными двигателя. Двигатель выбирается из табл. 12 в соответствии с номером варианта.

Таблица 12 Технические данные асинхронного двигателя

Но мер варианта	Типоразмер	Мощ ность, кВт	Скольжение s, %	КПД, %	cosφ	Ммакс/Мном	Мпуск/Мном	Iпуск/Iном
	4A180S2У3			88,5	0,91	2,2	1,4	7,5

Рисунок 4 Принципиальная схема реверсивного пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с реверсом скорости

Рисунок 5 Принципиальная схема системы ПЧ-АД

Методика расчета

Выбор рубильника

В соответствии с условиями выбора рубильников, выбираем по таблице переключатель-разъединитель с центральным рычажным приводом серии ППЦ-32, со следующими номинальными параметрами: U_ном = 380 В, I_ном = 250 А.

Выбор магнитного пускателя

Для пуска, реверса и аварийного отключения в схеме электропривода используется реверсивный магнитный пускатель. Параметры выбираемых магнитных пускателей должны удовлетворять следующим условиям:

1. U_ном ≥380В

2. I_ном ≥ I_ном.дв ≥23,96 А

3. I_пред ≥ I_{пуск.дв} ≥179,7 А

Указанным условиям удовлетворяет магнитный пускатель типа ПМЕ-200 со следующими номинальными параметрами: U_ном = 380 В; I_ном = 25 А; I_пред = 280 А; пусковая мощность, потребляемая обмоткой, P_в = 160 ВА; номинальная мощность обмотки P_р = 8 ВА.

Выбор тепловых реле

Выбираем предварительное значение номинального тока нагревателя I_{ном.нагр} номинального тока реле I_ном.р:

Iном.р ≥ Iном.нагр≈ 23,96 А,

т.е. Iном.нагр = 23,96 А. В соответствии с этим значением предварительно выбираем серию реле. Таким образом, можно взять тепловое реле серии ТРП, для которого значение коэффициента δ = 5%.

Приводим Iном.нагр к действительной температуре окружающей среды, т.е. к t_окр (считаем, что t_окр = 75°С):

Выбираем номинальное значение тока уставки I_{ном.уст}. Так как двигатель работает при температуре, отличной от номинальной, то ток уставки выбирается исходя из следующего выражения:

Окончательно выбираем номинальный ток нагревателя Iном.нагр:

20 A<Iном.нагр<32 A.

Таким образом. Выбираем тепловое реле серии ТРП-600.

Таблица 14 Данные теплового реле

Тип реле	Номинальный ток реле, А	Номинальный ток теплового элемента Iн при 25 , А	Пределы регулирования номинального тока уставки	Максимальный ток продолжительного режима при tокр=40 , А
ТРП-60			(0,75-1,25)Iн	1,25Iн

Выбор предохранителей

В данной схеме электропривода переменного тока предохранители установлены для защиты цепи управления. Выбирая предохранители для защиты цепи управления, будем ориентироваться на значения пусковой мощности, потребляемой обмоткой магнитного пускателя, и ее номинальной мощности в режиме удержания. При этом следует отметить, что в каждый момент времени (пуск, торможение, реверс) работает только одна контактная группа.

В соответствии с методикой выбора значений номинального тока плавкой вставки предохранителя для защиты цепей управления можно записать, что

Таким образом, выбираем слаботочные предохранители на номинальное напряжение 600 В серии ПК-45, рассчитанные на номинальный ток I_ном = 0,15 А.

Таким образом, был произведен расчет и выбор всех необходимых, подходящих по условиям работы, аппаратов для пуска, реверса и защиты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Расчет и мощность инвертора

Асинхронные двигатели работают при отстающем коэффициенте мощности, поэтому расчет и выбор ПЧ необходимо производить с учетом реактивной мощности, подводимой к двигателю (ПЧ) – на полную мощность.

Индуктивное сопротивление обмоток двигателя:

Значение тока при номинальной нагрузке:

Номинально длительно-допустимая мощность инвертора:

Мощность коммутации (максимальная), которая должна быть достаточной для протекания максимального мгновенного значения тока инвертора:

Кратковременная мощность инвертора должна быть достаточной для обеспечения пускового режима двигателя, то есть:

где

где
Преобразователь частоты выбираем по следующим данным:

Учитывая перегрузочную способность ПЧ, номинальный ток может быть принят равным:

В соответствии с заданными условиями выбираем преобразователь частоты типа ТРИОЛ АТ04-22

Таблица 15 Технические данные электропривода серии ТРИОЛ-АТ04

Тип	Полная мощ ность Sпч, кВА	Номиналь ная мощность двигателя, кВт	Питающая сеть, Выходное напряже ние, В	Номиналь ный ток нагрузки, А	Выход ная частота, Гц	Ток перегрузки
АТ04-22			3х380, (415,440)		1-50

Выбор выпрямителя

Требуемое напряжение в сети постоянного тока:

Средний ток, потребляемый инвертором:

 

Активная мощность на выходе инвертора:

Активная мощность на входе инвертора:

Выпрямленный ток в цепи постоянного тока:

Максимальное выпрямленное напряжение:

Максимальное обратное напряжение на вентиле:

Средний ток через вентиль:

Исходя из полученных значений и выбираем диодный модуль (трехфазная мостовая схема) фирмы Триол марки АТО1 (

Выбор датчиков

Аварийные токи режимов 5,6,7,8, (см. рис. 3.5.), протекают в цепях транзисторов АИН, которые существенно более уязвимы к токовым перегрузкам. Защитить IGBTтранзисторы аппаратными средствами защиты силовых цепей практически невозможно. В режимах 5,6,7 ситуация усугубляется огромной энергией мощного конденсатора С_dфильтра в звене постоянного напряжения .

Здесь возможно лишь быстродействующее (1-3мкс) выключениетранзисторов по цепям управления. Для этих целей в цепи силового канала электропривода включают безинерционные датчики тока. Кроме того, отключение транзисторов можно осуществить специальным формирователем управляемых сигналов - интеллектуальными драйверами с функцией защиты. Возможны два варианта включения датчиков тока:

1. А1 - во входных цепях АИН (звено постоянного тока);

2. А2 - в выходных цепях АИН (звено переменного тока).

Датчик А1 фиксирует аварийные токи режимов 5,6,7,8. Включение двух датчиков А1 обусловлено аварийным режимом 8, в котором аварийный ток протекает лишь по одной из двух входных цепей АИН. В остальных режимах достаточно одного датчика А1. Датчики А2 фиксируют аварийные токи режимов 6,7,8 (в режиме 6 фиксируется дисбаланс фазных токов AD).

В проектируемом преобразователе частоты используют датчики тока. По принципу действия их подразделяют:

1. на аналоговые, в которых измеряемая входная величина преобразуется и обрабатывается в непрерывной аналоговой форме;

2. на дискретные, в которых входная величина преобразуется в цифровую. Для фиксации тока из [5] выбираем аналоговый датчик тока фирмы LEM(Германия) LT 100-S.

Расчет снаббера

Так как IGBTкоммутируются с высокой скоростью, то напряжение коллектор-эмиттер на транзисторах быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть критического значения, способного вызвать пробой коллектора либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBTвелика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT, требуется установка снаббера (демпфирующей цепи). Каждая схема снаббера имеет свои достоинства и недостатки, например, при увеличении эффективности ограничения напряжения на IGBTзаметно увеличивается число элементов входящих в состав схемы снаббера.

Рисунок 8 Типичная схема снаббера

Особенности данной схемы:

1. малое число элементов;

2. малые пульсации тока через конденсатор.

Для данной схемы снаббера необходимо выбрать конденсатор с хорошимивысокочастотными характеристиками, малой собственной индуктивностью, высокими допустимыми импульсными токами и малым тангенсом угла потерь, например К-78-2 или Э63К.

Сопротивление резистора зависит от емкости конденсатора С и частоты коммутации IGBT.

Рисунок 9 Напряжение на коллекторе IGBT при его запирании

Мощность резистора в цепи снаббера:

где

Выбор сопротивления резистора производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT:

где

 

 

Контрольная работа №1,2

по дисциплине «Электрические аппараты»

 

 

Выполнила: Карякина Е.А.

Группа: ЭА-10

Проверил: Сыромятников В.Я.

 

 

Магнитогорск 2013

 

Оглавление

1.Контрольная работа №1. 4

1.1. Задание к контрольной работе. 4

1.2. Методика расчета. 6

1.2.1. Выбор тиристорного преобразователя. 6

1.2.2. Выбор трансформатора. 7

1.2.3. Выбор рубильников. 8

1.2.4. Выбор контакторов. 8

1.2.5. Выбор реле времени. 8

1.2.6. Выбор реле напряжения. 9

1.2.7. Выбор реле максимального тока. 10

1.2.8. Выбор реле минимального тока. 10

1.2.9. Выбор командоаппарата. 10

1.2.10. Выбор автоматических выключателей. 11

1.2. 11. Выборпредохранителей. 12

2.Контрольная работа № 2. 13

2.1. Задание контрольной работы.. 13

2.2. Методика расчета. 14

2.2.1. Расчет и выбор аппаратуры для АД.. 14

2.2.1.1. Выбор рубильника. 14

2.2.1.2. Выбор максимальных токовых реле. 14

2.2.1.3. Выбор магнитного пускателя. 15

2.2.1.4. Выбор тепловых реле. 15

2.2.1.5. Выбор предохранителей. 16

2.2.2. Расчет и выбор аппаратов защиты системы ПЧ-АД.. 17

2.2.2.1. Расчет и мощность инвертора. 17

2.2.2.2. Выбор выпрямителя. 18

2.2.2.3. Расчет силового модуля инвертора. 19

2.2.2.4. Расчет параметров силового фильтра инвертора напряжения. Выбор сглаживающего дросселя. 20

2.2.2.5. Расчет блока динамического напряжения. 22

2.2.2.6. Защита элементов преобразователя и двигателя от недопустимых токов и напряжений. 23

2.2.2.7. Выбор автоматического выключателя. 24

2.2.2.8. Выбор датчиков. 24

2.2.2.9. Расчет снаббера. 25

 

 

 

Контрольная работа №1

Задание к контрольной работе

Произвести расчет и выбор электрических аппаратов для системы ТП-Д; выбрать аппаратуру управления в схеме электропривода постоянного тока в соответствии с данными электродвигателя.

Таблица 1 Технические данные двигателя

Номер варианта	Тип	РН, кВт	UН, В	IН, А	nН, об/мин	nmax, об/мин	КПД, %	RЯ, Ом	RДП, Ом	RВ, Ом	J, Н×м^2
	П51			33.2				0,34	0,132		0.85

Рисунок 1 Принципиальная электрическая схема системы ТП-Д

Рисунок 2 Схема управления двигателем постоянного тока с реверсом

Методика расчета

Выбор тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь выбирается исходя из условий номинального напряжения и тока двигателя. Исходя из этих условий выбираем тиристорный преобразователь КТЭ-50/220-511, характеристики которого указаны ниже

 

 

Таблица 2 Данные тиристорного преобразователя

Тип преобразователя	Номинальное напряжение, В	Номинальная сила тока, А	Напряжение питающей сети, В
КТЭ-50/220-511

Выбор трансформатора

Трансформатор для вентильных преобразователей выбирается по мощности:

где – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления,

– номинальный ток тиристорного преобразователя

Максимальное расчётное значение выпрямленной ЭДС в режиме непрерывного тока:

Исходя из условия мощности, выбираем трансформатор ТСП-25/0,7-УХЛ. Характеристики трансформатора указаны ниже.

Таблица 3 Данные трансформатора

Тип трансформатора	Ном.мощность, кВт	Номинальное напряжение питающей сети, В	Номинальное напряжение вентильной обмотки, В	Номинальное напряжение преобр., В	Сила тока преобр., А	Uкз, %	Ixx, %	ΔPкз, Вт
ТСП-25/0,7-УХЛ						5,5

 

Выбор рубильников

Учитывая перегрузочную способность двигателя П51 с номинальным током рубильник выбирается исходя из тока Данному условию соответствует рубильник РПБ21 из табл. 1.2 на номинальный ток .

Выбор контакторов

Выбор контакторов В, Н, П, Л, 1У и 2У (см. рис. 1.2) осуществляется исходя из условий:

· максимального коммутируемого тока ;

· коммутируемого напряжения ;

· напряжения обмотки .

Всем вышеперечисленным условиям удовлетворяет контактор КПВ600 на номинальный ток .

Выбор реле времени

Для выбора выдержки времени реле необходимо время работы двигателя на каждой ступени пускового реостата. Для этого графическим методом находим сопротивление реостата (см. рисунок).

Рисунок 3 Пусковая диаграмма двигателя П51

Из графика по пропорциям находим и :

Затем находим моменты короткого замыкания

а так же моменты

Далее считаем время по формуле

Для реле 1РУ коммутируемое напряжение равно 220 В, а коммутируемый ток равен сумме токов через катушки контакторов 1У и 2У: Для реле времени 2РУ коммутируемый ток будет в два раза меньше (0,5 А).

Всем перечисленным критериям выбора соответствует реле времени РЭВ812Ти РЭВ814Т.

Выбор реле напряжения

При выборе реле напряжения РН необходимо соответствие напряжение катушки реле напряжению питающей сети (220 В). Напряжение коммутируемой цепи для реле напряжения равно 220 В (что меньше допустимых 440 В). Предварительно выберем реле РЭ14, затем проверим правильность выбора по коммутируемому тока. Ток контакта реле нулевой защиты РН можно найти как сумму токов всех контакторов, реле напряжения и реле времени: что также удовлетворяет условию выбора реле напряжения.

Для выбора реле напряжения РПВ и РПН нужно учесть токи контактов данных реле, которые равны Номинальное напряжение катушки равно 220 В. Реле РЭ14 допускает регулировку напряжения срабатывания в пределах 25-80% от номинального напряжения катушки, что также удовлетворяет необходимому значению срабатывания реле: