Тема 1.4 Электрическое и электромеханическое оборудование

Предприятий черной металлургии

Практическое занятие № 48

Расчет и выбор преобразователя частоты для привода цепного шлеппера

Формируемая компетенция:

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

Цель работы:

1. Повторить теоретический материал.

2. Освоить методику расчета преобразователя частоты

Выполнив работу, Вы будете:

уметь:

- определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

- организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;

Материальное обеспечение:

калькулятор, конспект лекций, справочник

Задание:

1.Произвести расчет и выбор преобразователя частоты

Краткие теоретические сведения:

В асинхронном электроприводе регулирование скорости обеспечивается путем изменения частоты, напряжения и тока обмотки статора. Для реализации этих возможностей необходимо осуществлять питание обмотки статора двигателя от управляемого преобразователя частоты.

Фильтры используются для уменьшения скорости изменения напряжения на обмотке двигателя в момент переключения транзисторов и для уменьшения перенапряжения на выходе ПЧ при работе на длинный соединительный кабель.

В ПЧ с АИН невозможен обмен реактивное энергии двигателя с питающей сетью, и реактивная составляющая тока двигателя циркулирует в контуре «электродвигатель - АИН - входной конденсатор С», наличие которого вместе с диодами, шунтирующими в обратном направлении транзисторы АИН, является обязательным для всех схем инвертора напряжения.

IGBT коммутируется с высокой скоростью, и напряжение быстро растет, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть критического значения, способного вызвать пробой коллектора или затвор транзистора (возможно, если индуктивность цепей управления IGBT велика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT требуется установка снаббера.

Порядок выполнения работы:

1. Произвести расчет выпрямителя

2. Произвести расчет инвертора

3. Произвести расчет фильтра

4. Произвести расчет снаббера

5. Выбрать из каталога преобразователь частоты

Ход работы:

Алгоритм расчета

Расчет инвертора.

Максимальный ток через транзисторы инвертора I_С.МАХ, А

где к₁ - коэффициент допустимой перегрузки (кратковременной) по току, необходимый для обеспечения динамики электропривода, к=1,2;

к₂ - коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока, к₂=1,1;

m - количество двигателей, управляемых ПЧ;

U_Л - линейное напряжение двигателя, U_Л=380 В

Потери в транзисторах в проводящем состоянии P_SS, Вт

где I_CP - среднее значение амплитуды тока на входе инвертора, А;

D - максимальная скважность, D=0,95;

- коэффициент мощности, = ;

U_CE(sat) - прямое падение напряжения на транзисторах, в насыщенном состоянии, U_CE(sat)=2,1 B

Потери в транзисторах при коммутации P_sw, Вт

где - продолжительность переходных процессов по цепи коллектора на открывание транзистора, c;

- продолжительность переходных процессов по цепи коллектора на закрывание транзистора, с;

- напряжение на коллекторе, В

где U_B - напряжение выпрямителя, U_B=380 B;

k_CH - коэффициент для мостов трехфазной схемы, k_CH=1,35;

f_SW - частота коммутации ключей, f_SW=1000 Гц

Суммарные потери транзистора P_G, Вт

Потери диода в проводящем состоянии , Вт

где - максимальная амплитуда тока через обратный диод, ;

- прямое падение напряжения на диоде в проводящем состоянии,

Потери диода при восстановлении запирающих свойств , Вт

где - амплитуда обратного тока, ;

- продолжительность импульса обратного тока, c

Суммарные потери диода , Вт

Результирующие потери в схеме с обратным диодом , Вт

Расчет выпрямителя.

Среднее выпрямленное напряжение , В

Максимальное значение среднего выпрямленного тока , А

где - количество пар в инверторе, ;

Максимальный рабочий ток диода , А

где - коэффициент для мостовой трехфазной схемы,

Максимальное обратное напряжение диода , В

где - коэффициент запаса по напряжению ;

- коэффициент допустимого превышения напряжения сети, ;

- запас на коммутационные выборы напряжения в звено постоянного тока,

Потери в выпрямители для установившегося режима работы электропривода , Вт

где - число полупроводниковых приборов в схеме,

- коэффициент для мостовой трехфазной схемы,

- динамическое сопротивление полупроводникового прибора в проводящем состоянии, Ом;

- прямое падение напряжения, В; для диода

Мощность на входе ПЧ Р_ПЧ1, кВт

Расчет фильтра.

Коэффициент пульсации на входе фильтра g_1вх

где m - пульсность мостовой трехфазной схемы выпрямителя, m=6

Параметр сглаживания LC фильтра L₀C₀₁

где S - коэффициент сглаживания по первой гармонике, S=4

Параметр сглаживания L-фильтра L₀C₀₂

Индуктивность дросселя LC-фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя L₀ мкГн

где I_D - номинальный средний ток звена постоянного тока, А

Емкость конденсатора, необходимая для протекания тока нагрузки инвертора C₀₃ , мкФ

где I_SM1 - амплитудное значение тока в фазе двигателя, А

где I_1H - номинальный ток выбранного двигателя, А

φ₁ - угол сдвига между первой гармоникой фазного напряжения и фазного тока, φ₁=90⁰;

g₁ - коэффициент пульсаций, g₁=g_1ВХ=0,057

Расчет снаббера

Расчетная мощность резисторов цепей снабберов Р, Вт

где U - перенапряжение, ;

C - емкость снаббера,

Сопротивление резисторов из условия минимума колебания тока коллектора R, Ом

где L_SN - индуктивность цепей снаббера,

Емкость конденсатора снаббера С, мкФ

где L₁ - индуктивность проводов между электролитическими конденсатором и модулем.

I_C - отключаемый ток, I_С =100 A;

U - напряжение второго броска, U^’=25 B

Средняя мощность, потребляемая двигателями от ПЧ Р_CP, кВт

Мощность на выходе ПЧ Р_ПЧ2 кВт

где Р_ПЧ - суммарные потери в ПЧ, кВт

где Р_Т - результирующие потери в схеме с обратным диодом (в инверторе), Вт;

P_VD - потери в выпрямителе, Вт

Выбор ПЧ осуществляется, исходя из условия: Р_ПЧ2 ≥ Р_СР

Выбирается преобразователь частоты типа __________ серии ________ с P_НОМ=____кВт, I_ВЫХ=____ А,

Форма представления результата:

Работа в тетради. Ответы на контрольные вопросы:

1. Укажите назначение выпрямителя

2. Укажите назначение инвертора

3. Укажите назначение фильтра

4. Укажите назначение снаббера