Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача

Для розрахунку основних елементів перетворювача необхідно мати значення наступних параметрів: напруга та кількість фаз мережі живлення, потужність двигуна, ККД двигуна, номінальний струм двигуна. Всі ці параметрі були вже представленні у другому пункті. Виконаємо розрахунок силової частини перетворювача.

Номінальні діючі значення фазної напруги та струму статора:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №1 - открытая онлайн библиотека

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №2 - открытая онлайн библиотека

Амплітудні значення фазної напруги і струму статора:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №3 - открытая онлайн библиотека

Максимальне значення струму в фазі двигуна визначається перевантажувальною здатністю електроприводу Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №4 - открытая онлайн библиотека , який в загальному випадку залежить від конкретного типу механізму. Так як даний перетворювач розробляється для підйомно-кранової установки приймемо, Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №5 - открытая онлайн библиотека .

Розрахуємо максимальний струм на виході перетворювача:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №6 - открытая онлайн библиотека

При живленні перетворювача від трифазної мережі живлення 380 В, напруга в ланці постійного струму при ідеальній фільтрації буде приблизно рівною:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №7 - открытая онлайн библиотека

При виборі IGBT для автономних інверторів напруги їх максимальнодопустима напруга колектор-емітер має бути мінімум в 1.5 разів вищою, ніж максимальна напруга в ланці постійного струму, тобто:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №8 - открытая онлайн библиотека

Максимальна напруга в ланці постійного струму сучасних перетворювачів визначається допустимою напругою встановлених електролітичних конденсаторів фільтру, і складає приблизно 750 В для перетворювачів з трифазним живленням gridU 380 В.

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №9 - открытая онлайн библиотека

Таким чином знаючи величину Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №10 - открытая онлайн библиотека і Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №11 - открытая онлайн библиотека , можна вибрати відповідний IGBT модуль, враховуючи те, що Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №12 - открытая онлайн библиотека та Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №11 - открытая онлайн библиотека - відповідно тривалий струм колектора та напруга колекторемітер, які вказані в паспортних даних IGBT, повинні буди більшими за розраховані Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №10 - открытая онлайн библиотека та Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №11 - открытая онлайн библиотека .

З сайту www.infineon.com, виберемо IGBT- модуль DF1400R12IP4D.

Ємність випрямляча визначається за формулою:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №16 - открытая онлайн библиотека

де Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №17 - открытая онлайн библиотека – це коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги, який для перетворювачів частоти вибирають в діапазоні від 0.02 до 0.05,

m – число фаз випрямляча,

f – частота напруги мережі живлення,

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №18 - открытая онлайн библиотека – еквівалентний опір навантаження ланки постійного струму.

Для визначення Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №18 - открытая онлайн библиотека розрахуємо значення струму ланки постійного струму з врахуванням перевантаження

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №20 - открытая онлайн библиотека

де Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №21 - открытая онлайн библиотека – коефіцієнт корисної дії інвертора напруги. Тоді еквівалентний опір навантаження розраховується як:

Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №22 - открытая онлайн библиотека

З сайту www.kosmodrom.com, виберемо конденсатор DCM423U016BB2B, фірми «SAMWHA», з ємністю 42 (мФ), напругою 400В. Та з цього ж сайту виберемо датчик струму HCS-HAX-1500A, фірми Coretech ltd.

З сайту www.schneider-electric.com, виберемо енкодер фірми Schneider Electric : ЕНКОДЕР ІНКРЕМ.1000 ТОЧ. (Артикул: XCC1406PR10R).

Виконаємо загальний економічний розрахунок основних елементів які складають найбільшу частину вартості інвертора.

Рисунок 5.1 – Таблиця основних витрат

Пристрій Виробник Ціна (долари США)
Енкодер Schneider Electric 196,5
Конденсатор SAMWHA 19,5
IGBT транзистор infineon Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №23 - открытая онлайн библиотека
Датчик току Coretech ltd Розрахунок та вибір основних елементів перетворювача - №24 - открытая онлайн библиотека
Підсумок

ВИСНОВКИ

При виконанні даного курсового проекту були виконані всі основні завдання які ставились перед вивченням прямого векторного керування. А саме були виконані наступні задачі

Вивчені основні вимоги для механізму підйому, та вибрату оптимальну систему керування, дослідженні основні переваги і недоліки кожної із систем керування (див. таблицю 1.1).

Виконано математичне описання прямого векторного керування, на основі чого була побудована структурна схема.

Шляхом комп’ютерного моделювання були перевірені основні положення векторного керування. Досліджено вплив різноманітних параметрів системи (як відсутність першої і другої похідних за швидкістю), а також варіації самих параметрів двигуна (зміна активного опору статора і активного опоро ротора). Виявленні основні переваги і недоліки такої системи керування. Моделюючим шляхом доведено асимптотичне відпрацювання заданої траєкторії руху, при відомих параметрах двигуна.

Зроблено підбор силових елементів для проектування інвертора напруги, а також основних датчиків (таких як датчики швидкості і струму), які необхідні системі управління. Виконано економічний поверхневий розрахунок такої системи.

З приведених вище отриманих результатів, можна зробити наступний висновок. Система прямого векторного керування при відомих параметрах двигуна асимптотично відпрацьовує задану траєкторію, та повністю поліорієнтована. Добре відпрацьовує нульове положення, що є дуже важливим, як приклад, для кранових установ, коли необхідно утримувати вантаж на одному фіксованому місці. Орієнтування вектора потокозчеплення, дозволяє робити цю систему більш економною, а ніж звичайне скалярне керування. Також можна добавити таку перевагу, як дуже високу швидкодію системи.

До недоліків такої системи можна віднести її складність. Така система потребує датчики швидкості (положення), та датчики струму. Ці всі сигнали необхідно обраховувати у реальному часі, тому такі системи неможливі без використання сучасної мікроконтролерної техніки. Ще одним недоліком такої системи є значний вплив параметрів двигуна. Система векторного керування є залежними від параметрів двигуна, які справляють значну дію на роботу системи (дивитись розділ 4). Тому для стабільної роботи такої системи необхідно вводити робастифікацію, яка би дозволяла системі бути нечутливою до цих параметрів.

Таким чином можна заключити, що система прямого векторного керування має доволі таки велику кількість переваг, що дає її широкий діапазон застосування.

ЛІТЕРАТУРА

1. Novonty D. W. and Lipo T. A. Vector Control and Dynamics of AC Drives. –New York: Oxford University Press Inc, 2000.

2. Теорія мехатронних систем – 1: Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи для студентів заочної форми навчання напряму підготовки 6.050702 – "Електромеханіка" спеціальності "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод" / Уклад: С. М. Пересада, С. М. Ковбаса. –К.: НТУУ “КПІ”, 2011 р. –96 с.

3. Пересада С. М. Обобщенная теория косвенного векторного управления асинхронным двигателем. Часть I. Проблемы векторного управления в асинхронном электроприводе: краткий обзор и формулировка проблемы // Техн. електродинаміка. –1999. –№ 2. –С. 27–32.

4. 386. Пересада С. М. Обобщенная теория косвенного векторного управления асинхронным двигателем. Часть II. Синтез алгоритма отработки модуля потока и угловой скорости // Техн. електродинаміка. –1999. –№ 4. – С. 26–31.

5. Пересада С. М., Ковбаса С. Н. Обобщенный алгоритм прямого векторного управления асинхронным двигателем // Техн. електродинаміка. –2002. –№4. –С. 17–22.

6. 389. Пересада С. М., Ковбаса С. Н. Прямое векторное управление асинхронным двигателем со свойством глобальной экспоненциальной устойчивости // Техн. електродинаміка. Тем. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". –2002. –Ч. 2. –С. 36–42.