ТЕМА: Расчет и выбор элементов силовой части электрических схем управления промышленным электроприводом на основе тиристорных (семисторных) коммутаторов переменного тока (ТКПТ)

УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ: 1. Закрепить и углубить теоретические знания силовых электронных аппаратов – ТКПТ.

2. Приобрести практические навыки по разработке схем управления электроприводом с ТКПТ.

3. Освоить методику расчета и выбора элементов силовой части электрических схем управления электроприводом с ТКПТ.

Содержание

1. Разработать принципиальную электрическую схему управления электроприводом на основе тиристорного коммутатора переменного тока.

2. Алгоритмы работы электрических и электронных аппаратов, других элементов принципиальной электрической схемы управления электроприводом в основных, аварийных и неноминальных режимах.

3. Расчет и выбор элементов силовой части принципиальной электрической схемы управления электроприводом:

3.1. Расчет по току для заданного режима работы электродвигателя;

3.2. По напряжению;

3.3. По динамическим характеристикам.

4. Произвести расчеты и осуществить выбор защитной аппаратуры:

а) от токов перегрузки и короткого замыкания в силовой части электрической схемы управления быстродействующими предохранителями или автоматическими выключателями, используя рекомендации и таблицы 2,3 методических указаний по выполнению контрольной работы;

б) от перенапряжений в силовой части электрической схемы управления RC-цепочками, используя рекомендации и таблицы 4, 5, 6 методических указаний по выполнению контрольной работы.

5. Выводы по работе

6. Список литературы

Задание к ргр. Вариант 20

Тип двигателя	Рн, кВт	пн, об/мин	Iн ЭД, А	Кi	Кm	Кn	JАД, кг∙м2
4АР250М8У3	45.0	735	101.1	5.5	2.0	1.8	1,36

Jмех, кг∙м2	Режим работы	Силовая схема	Назначение ЭП
5,3	продолжительный	Рис.1 (б)	Линейный конвеер

Выполнения расчетно-графической работы.

1. Разработка принципиальной электрической схемы управления электроприводом центробежного насоса на основе тиристорного коммутатора переменного тока.

Рисунок 1 - Электрическая схема принципиальная тиристорного пускателя

В соответствии с заданием выбираем принципиальную электрическую схему тиристорного пускателя асинхронного двигателя (АД), представленную на рис.1.

Силовая часть принципиальной схемы тиристорного пускателя содержит три встречно-параллельные пары тиристоров VS1…VS6, включенные во все фазы двигателя М. Для управления тиристорами используется упрощенная схема подачи импульсов синхронизированных с анодными напряжениями. При замыкании контакта KV в момент времени соответствующий углу управления α = φ возникает ток через управляющие электроды. Формирование управляющего импульса в одной из фаз коммутатора происходит следующим образом (рис.2).

Рисунок 2 - Графики зависимостей напряжения и тока при формировании импульса управления

Как только встречно включенный тиристор перестает проводить ток, начинает возрастать ток управления включаемого тиристора. Когда его величина достигает значения тока включения, тиристор отпирается, напряжение на управляющем переходе падает, так как он закорачивается включившимся тиристором. Таким образом, импульс возникает после перехода тока через ноль и прекращается автоматически после включения тиристора.

Управляющие импульсы на тиристоры коммутатора подаются через развязывающие диоды VD4…VD9 и токоограничивающий резистор R4 с выпрямителя на диодах VD1…VD3, который подключается релейной схемой управления, основой которой является электромагнитное реле KV. От токов короткого замыкания релейная схема управления защищена предохранителями FU1 и FU2.

Для защиты АД и тиристоров коммутатора от токов КЗ и перегрузки в электрической схеме предусмотрен автоматический выключатель SF. Защита тиристоров от коммутационных перенапряжений осуществляется RC-цепочками, включенными параллельно тиристорам (R1,C1;R2,C2;R3,C3).

а) Принцип действия:

Рабочее колесо , снабженное лопатками и насаженное на вал, вращается с большой угловой скоростью в спиральном кожухе . К двум патрубкам кожуха присоединяется всасывающий Тв и напорный Тн трубопроводы. Механическая энергия подводится в виде вращающегося момента и передается жидкости через лопатки вращающегося рабочего колеса. Действие лопаток на жидкость, заполняющую рабочее колесо, вызывает повышение гидродинамического давления и заставляет жидкость перемещаться в направлении от центра рабочего колесак периферии, выбрасывая её в спиральный кожух. В дальнейшем движении жидкость поступает в напорный трубопровод. Благодаря описанному движению перед входом в рабочее колесо создается пониженное давление (Вакуум если Ра=Ратм), и уходящая отсюда жидкость будет непрерывно заменяться вновь поступающей из приемного резервуара через всасывающий трубопровод под действием атмосферного давления. Таким образом, создается непрерывный ток жидкости. Центробежные насосы по принципу своего действия не требуют установки  клапанов в рабочих органах самого насоса. До пуска в ход насос и всасывающий трубопровод должны быть залиты жидкостью, так как колесо насоса, вращаясь в воздушной среде (при не залитом состоянии), создает столь незначительное разрежение, что оно оказывается  недостаточным для подъема жидкости  с нижнего уровня к насосу.

Для возможности заливки насоса, если жидкость не притекает к нему под напором,и предотвращения опоражнивания всасывающего трубопровода при остановке насоса служит приемный клапан Кп, устанавливаемый на конце всасывающей трубы.

Для предотвращения обратного слива жидкости из напорного трубопровода нередко устанавливается обратный клапан Ко, который служит также и для защиты насоса от гидравлического удара при внезапной его остановке.

б) Применение:

Стандартизированные центробежные насосы, применяются для ирригации, откачки чистой воды, для обеспечения циркуляции горячей или перегретой воды в водонагревательных системах, циркуляцию охлаждающей жидкости, в системах подачи воды, станциях пожаротушения, индустриальных системах общего назначения и для перекачивания светлых.

Область применения:

- Настоящий национальный стандарт устанавливает требования для

одноступенчатых, многоступенчатых, горизонтального или вертикального типа

центробежных насосов 3-го класса, с любым приводом при различном способе монтажа

для общего применения.

- Стандарт устанавливает технические требования с учетом условий

эксплуатации, обслуживания и безопасности насосов и их узлов, включая опорные

плиты, муфты и вспомогательные трубопроводы, но исключая привод, если он не

является составной частью насоса.

в) Критерии выбора насоса требующегося класса для конкретных условий, могут

основываться на:

− надежности,

− необходимом ресурсе,

− рабочих условиях,

− природных условиях,

г) Операции которые выполняет схема управления:

Для пуска центробежного насоса необходимо автоматическое выполнение в последовательном порядке следующих операций: 1) включение вакуум-насоса, 2) включение электродвигателя рабочего насоса, 3) отключение вакуум-насоса, 4) открытие пусковой задвижки. Для остановки насосов требуются: 1) закрытие пусковой задвижки и 2) выключение электродвигателя рабочего насоса.

д) Реле:

- Блок автоматики.

Блок автоматики позволяет автоматизировать работу электронасоса, запуск при понижении давления (открытие кранов) или остановку при отсутствии водного потока в системе...

- Реле давления РДМ-5 предназначено для автоматизации работы электронасоса.

 Если необходимо наладить в доме водоснабжение, реле давления просто незаменимо. Реле давления воды включает насос при понижении давления в системе водоснабжения ниже установленного предела (открытие кранов), и отключая электронасос при достижении верхнего установленного предела (закрытие кранов).

2. Работа электрической схемы тиристорного пускателя АД

Для подготовки электрической схемы управления электропривода насоса к работе необходимо включить выключатель SF. При этом подается напряжение питания на силовую часть тиристорного коммутатора и релейную схему управления.

Для пуска электродвигателя необходимо нажать кнопку «Пуск» SB1, при этом получает питание втягивающая катушка реле KV, которое срабатывает и своим контактом подаёт управляющие импульсы на тиристоры коммутатора, тиристоры включаются, электродвигатель получает питание и идет в ход.

Остановка электродвигателя осуществляется путем нажатия кнопки «Стоп» SB2, при этом теряет питание втягивающая катушка реле KV, реле отпускает и своим разомкнувшимся контактом отключает подачу управляющих импульсов с тиристоров коммутатора, тиристоры закрываются, электродвигатель отключается от сети и останавливается.

Минимальная защита электродвигателя осуществляется электромагнитным реле KV. При снижении напряжения сети ниже уставки реле отпускает и снимает управляющие импульсы с тиристоров коммутатора. Тиристоры закрываются и отключают двигатель от сети.

3 .Расчет и выбор тиристоров для силовой части электрической схемы управления

1. Выбираем тиристоры коммутатора для продолжительного режима работы по номинальному току двигателя по условию

I_{Т пр} > k_схI_{н ЭД} (1)

а) определяем произведение

k_схI_{н ЭД} = 0.45 ∙ 101.1 = 45.495 (А)

б) из таблицы 1 рекомендаций выбираем значение предельного тока тиристора I_{Т пр} , как ближайшее большее к значению k_схI_{н ЭД} = 45.495(А),

в соответствии с условием (1) для разрабатываемой схемы коммутатора выбираем по току из таблицы 1 тиристор Т50.

2) Выбираем класс тиристора коммутатора по напряжению

а) определяем напряжение на тиристоре U_T в схеме коммутатора рис 1(б).

(2)

Учитывая то, что в режиме отключения АД с вращающимся ротором напряжение на тиристоре может превысить напряжение на нем при неподвижном его состоянии в 1.7…1.8 раз, выбираем класс тиристора на 2-3 класса выше расчетного, т.е. – 6 класс.

3) Проверяем выбранный тиристор коммутатора по его динамическим характеристикам в соответствии с условием не превышения скорости нарастания тока до уровня допустимого значения

(3)

а) определяем скорость нарастания тока через тиристор в момент его включения

(4)

Условие проверки выполняется, т.к. < из таблицы 1. Это означает, что выбранный тиристор Т50 отвечает требованиям по динамическим характеристикам.

Таким образом, для тиристорного коммутатора окончательно выбираем тиристоры типа Т50 6-го класса напряжения.