Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры

,

0.81λm*Mн=0.81*2.2*10.2=18.2Н·м.

Из расчетов видно, что условие выбора электродвигателя по перегрузочной способности выполняется.

Очевидно, что выбранный электродвигатель необходимо проверить по нагреву при работе по нижней скорости. По расчетным кривым (рис. 2.5) определим максимально-допустимый момент по условиям нагрева:

Получаем μ=0.64. Следовательно, при работе электропривода на нижней скорости максимально-допустимый момент по условию нагрева:

Мдоп=μ*Мн=0.64*10.2=6.5.

Условие проверки ЭД по нагреву Мдоп>Мст выполняется.

Проверка электродвигателя по нагреву, с учетом параметров схемы замещения будут приведен в пункте 6.

5. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1 Выбор сглаживающего дросселя

Силовая часть схемы преобразователя частоты представлена на рис. 2.10.

Для тока короткого замыкания применены дроссели, индуктивность которых выбирается из того, чтобы ограничить ток короткого замыкания на допустимом уровне в течении времени, пока сработает защита Т=10 мкс:

 мкГн        .                  (5.1)

Выбираем из [15] сглаживающие дроссели типа ФРОС-20. Паспортные данные дросселя приведены в таблице 5.1:

Таблица 5.1.

L, мкГн	Iн, А	ΔP, Вт
20	5	20

Рассчитаем активное сопротивление дросселя:

Ом.

5.2 Выбор силовых диодов

Выбор силовых диодов осуществляется по среднему току нагрузки:

,              (5.2)

где: kф=1.6 – коэффициент формы, учитывающий несинусоидальность тока через диод;

kпер=1.4 – коэффициент запаса на перегрузку при изменении температуры;

kочл=0.8 – коэффициент, учитывающий отклонение условий охлаждения от номинальных.

Расчетное напряжение выбираемых диодов определяется по формуле:

,            (5.3)

где: Umax – амплитуда выпрямленного напряжения;

kc – коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения сети;

k3н -- коэффициент запаса по напряжению.

На основе произведенных расчетов выбираем из [16] трехфазный диодный мост фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER 26MT80 со следующими номинальными параметрами (табл. 5.2):

Таблица 5.2.

Uобр.max, B	I, A	ΔU, B	Ijmax, A	IFSM, A	Rthjc, К/Вт
3001	25	1.26	40	300	1.42

Из выражения теплового равновесия следует:

,                                               (5.4)

где: Uпр – прямое падение напряжения на диоде;

Т0 – температура окружающей среды;

Тjmax – максимальная температура перехода;

Rthjc – тепловое сопротивление переход-среда.

Rthja≈3* Rthjc=3*1.42=4.26 °С/Вт,

,                        (5.5)

.

Условие выбора диодов по току соблюдается.

5.3 Выбор конденсатора силового фильтра

Расчет емкости конденсаторов силового фильтра осуществляется по формуле :

, (5.6)

где: Ud – среднее значение выпрямленного напряжения;

Тн – постоянная времени нагрузки;

Rн – активное сопротивление нагрузки;

ΔUc – допустимое повышение напряжения на конденсатора,

ΔUc=0.1*Ud=38В,

.

Для набора указанной емкости потребуется три конденсатора К50-17 350В, 1500 мкФ .

Определим номинал резистора, ограничивающего зарядный ток

конденсаторов:

,

где: Δt – время заряда конденсатора, принимаем Δt=1с.

.

Мощность резистора – 150 Вт.

Определим величину разрядных резисторов:

,

где: Т – постоянная времени разряда, принимаем Т=60с.

.

Выбираем из [17] резисторы МЛТ-2 – 15кОм –10Вт ±10%

5.4 Выбор силовых транзисторов

Выбор силовых транзисторов осуществляется по среднему току нагрузки и напряжению:

,

где: kф, kпер, kохл – коэффициенты (см. формулу 5.2)

,

где: kпер – коэффициент, учитывающий перенапряжения на транзисторах (принимаем kпер=1.5);

kc, k3н – коэффициенты (см. формулу 5.3).

Выбираем из [16] силовые IGBT-транзисторы типа IRGPH30MD2 фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER со следующими номинальными данными (табл. 5. 3):

Таблица 5.3.

Uкэ, B	Uкэпр, В	Iк,А при Т,°С		Рmax, Вт
		25°	100°
1200	4.6	6.9	4.5	60

Проверим транзисторы по расчетному току при максимальной температуре (150 °С):

,                         (5.6)

где: Тj – температура кристалла;

Тс – температура окружающей среды;

Rпр – сопротивление перехода коллектор-эмиттер в открытом состоянии.

.

Определим потери, которые могут рассеяться в транзисторе:

,                          (5.7)

из них потери на переключение составляют:

ΔPком=Wпер*fк=2.18*10-3*5*103=10.9Вт,

где: Wпер – потери энергии при переключении;

fк – несущая частота.

Потери от рабочего тока нагрузки:

ΔР= ΔР- ΔРком=53.8-10.9=42.9Вт.

Допустимый средний ток нагрузки:

.                                  (5.8)

Условие выбора транзисторов выполняются, т.к. Iдоп>Iрасч.

5.5 Выбор конденсаторов входного фильтра

Выбор входного фильтра служит для подавления помех, создаваемых при работе преобразователя. Его передаточная функция имеет вид:

,

 .                                (5.9)

где: Т1, Т2 – постоянные времени;

L – индуктивность сглаживающего дросселя;

R – активное сопротивление преобразователя и сглаживающего дросселя;

С – емкость конденсаторов фильтра.

Активное сопротивление преобразователя определим по его техническим данным.

Активная мощность на выходе преобразователя:

Потери активной мощности в преобразователе:

 Вт.

Найдем активное сопротивление преобразователя:

 Ом.

Найдем суммарное активное сопротивление преобразователя и фильтра:

R=Rп+Rдр=3.1+0.8=3.9 Ом.

Емкость фильтра определим из условия, что электромагнитные процессы в фильтре не будут носить колебательный характер. Для этого необходимо, чтобы корни характеристического уравнения

Т1*р+Т2*р+1=0

были действительными

,

Т2>2*Т1. (5.10)

Подставим (5.9) в (5.10) и запишем условие выбора емкости:

.                                        (5.11)

Подставим в (5.11) значения параметров и выберем емкость конденсаторов фильтра:

.

Выбираем два конденсатора К50-17350В, 1500 мкФ, соединенных последовательно.

5.6 Выбор тормозного резистора

На тормозном резисторе рассеивается энергия, передаваемая из двигателя в звено постоянного тока преобразователя частоты при торможении. Он необходим для качественного и быстрого торможения. Для проектируемого электропривода в нормальном режиме работы время торможения не лимитируется. Однако торможение электропривода в аварийном режима должно происходить как можно быстрее. Поэтому заложим в проектируемый электропривод тормозной резистор.

Расчет сопротивления тормозного резистора будем производить по методике фирмы «Danfoss» [13].

Для расчета сопротивления необходимо определить пиковую мощность:

РРЕК=Рм*МBR(%)*ηм*ηVLT,

где: Рм – мощность приводного двигателя;

МBR(%) – соотношение от номинального, вращающегося момента. Принимаем МBR(%)=160%,

ηм – КПД двигателя,

ηVLT – КПД преобразователя частоты.

РРЕК=1500*1.6*0.77*0.96=1774 Вт.

Тормозное сопротивление рассчитывается по формуле:

,

где: UDC – напряжение в промежуточной цепи инвертора. Принимаем UDC=810В

6.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

6.1 Математическое описание объекта управления

6.1.1 Математическое описание асинхронного электродвигателя из уравнений обобщенной машины

Электромеханический преобразователь (ЭМП) в структуре электропривода представляет собой идеализированный двигатель, ротор которого не обладает механической инерцией, не подвержен воздействию момента механических потерь и жестко связан с реальным ротором, входящим в состав механической части электропривода. Исследование процессов в ЭМП энергии обычно выполняют не непосредственно на конкретной конструкции, а на эквивалентных моделях. Благодаря тому, что в основе работы ЭМП автоматизированных электроприводов лежат одни и те же законы, появляется возможность создать универсальные общие модели для различных типов преобразователей. В этом смысле вращающиеся преобразователи можно разделить на две большие группы:

1)  Преобразователи, у которых токи (или магнитные потоки) взаимно перемещающихся частей создаются с помощью источников энергии переменного тока.

2)  Преобразователи, у которых одна часть (статор или ротор) возбуждаются от источника переменного тока, а другая – от источника постоянного тока.

Одной из наиболее распространенных технических реализаций ЭМП первой группы являются асинхронные машины. Ограничив рассмотрение только трехфазными машинами, используем следующие общепринятые допущения:

1)  Параметры обмоток фаз ротора и статора соответственно одинаковы, а система напряжений фаз симметрична;

2)  Магнитопроводы ненасыщены;

3)  Воздушный зазор между взаимно перемещающимися частями ЭМП равномерный;

4)  МДС в воздушном зазоре синусоидальна;

5)  Влияние потерь в стали и эффекта вытеснения тока и потока на характеристики ЭМП не учитывается;

6)  Обе части ЭМП имеют однотипные распределенные обмотки.

При других исполнениях одной из частей ЭМП (беличья клетка) ее параметры можно привести к эквивалентной распределенной обмотке. На рис. 6.1 дана первичная модель асинхронной трехфазной машины, изображаемая обычно в плоскости, перпендикулярной оси вала. Здесь условно изображены сечения обмоток фаз статора (присвоен индекс 1) и ротора (присвоен индекс 2), и оси этих обмоток, перпендикулярные их плоскостям. При подключении обмоток к источникам трехфазного переменного напряжения токи в обмотках будут определяться уравнениями равновесия напряжений:

 (6.1)

где: Ψ – полное потокосцепление обмоток соответствующих фаз,

R – активное сопротивление обмоток,

i – фазные токи обмоток,

u – фазные напряжения обмоток.

ЭДС dΨ/dt определяются изменением короткосцепленных обмоток во времени как под действием соответствующих токов во времени, так и под действием взаимного перемещения обмоток статора и ротора.

Поведение каждой из переменных исходной (приближенной к реальной конструкции) модели (рис 6.1) может быть описано как изменение во времени эквивалентных векторов переменных, направленных по осям фаз. Такому описанию соответствует эквивалентная модель машины, где реальные обмотки заменены эквивалентными сосредоточенными катушками, расположенными по осям фаз (рис. 6.2) и обладающими параметрами обмоток фаз. Для каждой фазы такой модели соотношение переменных удобно показать на векторной диаграмме, построенной для произвольно фиксированной частоты с учетом принятых ранее допущений (рис. 6.3).Кроме того, при построении векторной диаграммы параметры ротора были приведены к параметрам статора, а диаграмма построена для фиксированного момента времени, когда вектор фазного напряжения совпадает с осью фазы при вращении векторов против часовой стрелки. Эта диаграмма представляет своего рода математическую абстрактную модель, основанную на известном в электротехнике приеме изображения гармонических функций в виде вращающихся временных векторов. Реальные временные соотношения между переменными фазы определяются проекциями вращающихся векторов на ось фазы, а временные фазовые сдвиги между переменными соответствуют углам между векторами. Следует отметить, что для упрощения диаграмма построена для машины, возбуждаемой только со стороны статора.

Все векторы на диаграмме соответствуют реально существующим переменным, кроме намагничивающего тока Im. Этот ток определяет по модулю и фазе часть тока статора, которая проходя через обмотку с индуктивностью, равной взаимной индуктивности фаз статора и ротора Lm, создает в воздушном зазоре ЭМП рабочее потокосцепление Ψm. Полное же потокосцепление каждой

катушки (см рис. 6.2) определяется суммой рабочего потокосцепления и потокосцепления рассеяния (Ψ1σ или Ψ2σ). Поскольку потокосцепления определяются совокупным действием всех токов, то для мгновенных значений переменных фазы можно записать:

;

 (6.2)

.

Здесь L1=Lm+L1σ; L2=Lm+L2σ; L1, L2 – полные индуктивности статора и ротора соответственно; L1σ, L2σ – индуктивности рассеяния соответствующих фаз; Lm – взаимная индуктивность фаз статора и ротора, причем Lm в трехфазных машинах, благодаря взаимному влиянию всех трех фаз, в 3/2 раза больше взаимной индуктивности фаз статора и ротора при их соосном расположении.

Поскольку рабочее потокосцепление является общим для обмоток, как статора, так и ротора, то на основании (6.2), раскрывая полные индуктивности, можно записать для каждой фазы:

;

.

Так как без учета активной составляющей тока холостого хода İ1+İ2≈ݵ, получим:

; (6.3)

.

Таким образом, рабочее потокосцепление можно выразить непосредственно через сумму токов статора и ротора:

. (6.4)

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