Курсовая работа: Проектирование и расчет системы преобразователь частоты двигатель

вариант № 2

Тема проекта: Проектирование и расчет системы «преобразователь частоты -двигатель»

Исходные данные к проекту:

1. По заданным тахограмме (табл. 1.1) и механической характеристике нагрузки произвести расчет мощности двигателя проектируемой системы ПЧ-Д (табл. 1.2).
2. Произвести выбор двигателя и сделать проверки по нагреву и максимальному моменту.
3. Для выбранного двигателя произвести расчет преобразователя частоты:
   1. Выбрать схему и рассчитать инвертор напряжения (АИН) преобразователя частоты: силовую часть, потери и тепловой режим АИН.
   2. Произвести расчет и выбор параметров выпрямителя, рассчитать его тепловой режим.
   3. Рассчитать фильтр выпрямителя.

1. Произвести математическое моделирование рассчитанной системы

«преобразователь частоты – двигатель». Представить осциллограммы (на одну фазу): выходного напряжения инвертора относительно отрицательной шины питания; фазного напряжения двигателя; фазного тока двигателя.

Руководитель проекта

Задание к выполнению принял

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит 36 страниц, 11 таблиц, 3 рисунков.

В курсовой работе выполнено проектирование и расчёт системы

«преобразователь частоты – двигатель» для электропривода с циклическим режимом работы. Тахограмма включает шесть интервалов: пауза, разгон до n₁ (1000 об/мин), работа на максимальной скорости, торможение до n₂ (700 об/мин), работа на пониженной скорости и торможение до остановки. Продолжительность рабочего цикла составляет T (4,7 с). Нагрузка – постоянный момент сопротивления М_с (300 Н·м) при приведённом моменте инерции J_пр (0,3 кг·м²).

По заданным тахограмме и механической характеристике рассчитан среднеквадратичный момент нагрузки, составивший 300,74 Н·м. Выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 55 кВт, 1500 об/мин, M_ном = 355 Н·м. Двигатель проверен по нагреву и перегрузочной способности – условия выполняются.

Для выбранного двигателя произведён расчёт преобразователя частоты: определён максимальный ток силовых ключей, выбран IGBT-модуль, рассчитаны статические и динамические потери инвертора, выполнен тепловой расчёт (температура кристалла IGBT не превышает 125 °С). Выбраны диоды трёхфазного мостового выпрямителя, рассчитаны потери и температура кристаллов.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 6

1. ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ....................................................................................... 7
   1. Исходные данные......................................................................................... 7
   2. Расчёт нагрузочных моментов на интервалах цикла.................................. 8
   3. Среднеквадратичный момент и выбор двигателя..................................... 10
   4. Проверка по нагреву и перегрузочной способности................................ 11
2. РАСЧЁТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ...................................................... 13
   1. Расчёт автономного инвертора напряжения (АИН)................................ 13
      1. Расчёт потерь в АИН.............................................................................. 16
      2. Тепловой расчёт АИН............................................................................. 18
   2. Расчёт выпрямителя................................................................................... 20
      1. Выбор диодов......................................................................................... 20
      2. Потери и тепловой расчёт выпрямителя................................................ 23
   3. Расчёт фильтра выпрямителя.................................................................... 25
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «ПЧ–АД» .......... 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................. 33

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................... 35

ВВЕДЕНИЕ

В современном электроприводе всё чаще применяются системы с частотным регулированием скорости асинхронных двигателей. Это связано с тем, что преобразователи частоты становятся доступнее, а их использование позволяет решать сразу несколько задач: плавный пуск, точное поддержание скорости и снижение расхода электроэнергии.

В данной работе рассматривается вариант 2. Механизм работает в повторно-кратковременном режиме с заданной тахограммой. Нагрузка — постоянный момент, не зависящий от скорости. Задача состоит в том, чтобы по этим исходным данным определить мощность двигателя, выбрать его из каталога, проверить по нагреву и перегрузке, а затем рассчитать силовую часть преобразователя частоты: инвертор на IGBT-ключах, выпрямитель и фильтр звена постоянного тока.

Работа выполняется по методике, изложенной в методических указаниях к курсовому проектированию. Расчётная часть включает последовательное определение моментов на интервалах цикла, вычисление среднеквадратичного момента, выбор двигателя и полный расчёт преобразователя с тепловыми проверками. Такой подход даёт целостное представление о проектировании частотно-регулируемого электропривода и позволяет применить теоретические знания на практике.

1. ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

1. Исходные данные

В соответствии с заданием на курсовую работу приняты следующие параметры тахограммы и механической характеристики нагрузки (2 вариант):

Тахограмма рабочего цикла электропривода представляет собой последовательность интервалов: пауза, разгон до скорости n₁, работа на установившейся скорости n₁, торможение до скорости n₂, работа на скорости n₂, торможение до полной остановки. Значения скоростей и моментов времени сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Параметры тахограммы

Продолжительность рабочего цикла, T, в течение которого двигатель преодолевает нагрузку, составляет:

𝑇 = 𝑡ц − 𝑡₁ = 5 − 0,3 = 4,7 с.

Нагрузка на валу двигателя постоянна и не зависит от скорости. Параметры нагрузки приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Параметры механической характеристики нагрузки