Типовые узлы схем управления двигателями постоянного и переменного тока на базе бесконтактных элементов.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Использование сильноточных полупроводниковых ключей для питания тяговых двигателей невозможно без применения устройств, обеспечивающих их стабильное функционирование. Обусловлено это, прежде всего, тем, что:

• источники питания тяговых приводов обладают определенной индуктивностью, вызывающей замедление протекания переходных процессов в полупроводниковых приборах как при их отпирании, так и при запирании;

• при запирании электронного ключа разрывается цепь протекания тока двигателя, что вследствие активно-индуктивного характера последнего вызовет на зажимах ключа возрастание разности потенциалов до недопустимых величин и приведет к пробою его полупроводниковых приборов;

• при малых токах нагрузки пульсация тока в цепи тягового двигателя может вызвать режим прерывистого тока, что нежелательно;

• пульсация тока двигателя, потребляемого от источника, вызывает появление электромагнитного излучения в широком диапазоне частот, что негативно сказывается на работе приемо-передающих устройств радио- и телевещательных станций и т. д.

Для предупреждения этих негативных явлений в цепях питания применяют:

• входные и выходные фильтровые устройства;

• обратные диоды, шунтирующие цепь тягового двигателя;

• высокую частоту регулирования.

В качестве входных фильтровых устройств используются пассивные, как правило, Г-образные LC-фильтры, зарекомендовавшие себя как надежные в эксплуатационном отношении элементы силовых цепей тяговых электроприводов. Подбором параметров элементов фильтра снижают пульсации входного напряжения и создаваемые работающим приводом радиопомехи.

В качестве выходных фильтров также используются пассивные фильтры, представляющие собой дроссели, включаемые последовательно с двигателем и увеличивающие индуктивную составляющую его цепи.

Обратные диоды, шунтирующие цепь тягового двигателя, предназначены для образования контура протекания тока тягового двигателя в период паузы, когда ключ разомкнут.

Использование высокой частоты работы ключа (от сотен герц до килогерц) способствует уменьшению массогабаритных показателей как входных, гак и выходных фильтровых устройств, а также величины пульсации тока, что снижает уровень создаваемых радиопомех.

Преобразователя на SCR-тиристорах

В случае использования их для питания двух и более двигателей целесообразно применять общий узел емкостной коммутации тиристоров. Принципиальная электрическая схема цепей широтно-импульсного преобразователя на SCR-тиристорах, обеспечивающего раздельное питание двух тяговых двигателей постоянного тока, показана на рис. 1а. Для упрощения в схеме не показаны обмотки возбуждения двигателей, включенные последовательно с якорными.

Для описания принципа работы преобразователя используем диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на элементах схемы, приведенных на рис. 1, б.

Рис. 1.Принципиальная электрическая схема цепей широтно-импульсного преобразователя на 5С-тиристорах

Пусть в исходном состоянии (до момента времени t₀) тиристор FS1 находился в проводящем состоянии, соединяя тяговый двигатель Ml с источником питания, коммутирующий конденсатор С был заряжен так, что левая его обкладка имела положительный потенциал, а правая - отрицательный. При этом ток тягового двигателя М2 замыкался через обратный диод VD2. В момент времени t₀отпираются гасящие тиристоры VS4 и VS5 и к тиристору VS прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора обратной полярности. Тиристор запирается, а протекавший через него ток начинает перезаряжать конденсатор, полярность которого к моменту времени t становится противоположной по отношению к моменту времени /о, но такой же величины (равной напряжению источника питания). С этого момента и до момента времени t₅ ток в цепи тягового двигателя Ml замыкается через обратный диод VD. В момент времени Ь отпирается тиристор VS2 и ток тягового двигателя М2, замыкавшийся до этого через обратный диод, начинает протекать через него. В момент времени ty отпираются гасящие тиристоры VS3 и VS6 и к тиристору VS2 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора обратной полярности. Тиристор запирается, а протекавший через него ток начинает перезаряжать конденсатор, полярность и величина которого к моменту времени /₄ становятся исходными (равными напряжению источника питания). В момент времени /₅ отпирается тиристор VS и вновь присоединяет тяговый двигатель к источнику питания. В момент времени /₆ отпираются гасящие тиристоры VS4 и VS5 и к тиристору VS 1 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора обратной полярности. Тиристор запирается, а протекавший через него ток начинает перезаряжать конденсатор. Далее процессы в электрических цепях повторяются. Период регулирования в каждой фазе определяется интервалом времени 4 - /о, а период потребления тока от источника питания - интервалом времени Гз - to= t_b ~h ⁼ Т_р12. Таким образом, пульсация тока, потребляемого от источника питания, имеет двойную частоту по отношению к частоте тока, протекающего в фазах.

Описанная схема универсальна и применима для питания тяговых двигателей на подвижном составе рельсового транспорта, где используются двухосные ходовые части тележечного исполнения с индивидуальным приводом. Пожалуй, единственный недостаток схемного решения такого рода ключей - это невозможность использовать их в режимах пуска и торможения без применения дополнительных коммутационных аппаратов.

IGBT-транзисторы

При использовании в качестве элементов электронных ключей полупроводниковых приборов типа IGBT-транзисторов схемные решения ключей существенно упрощаются. В качестве примера на рис.2 приведена принципиальная электрическая схема преобразователя на двух IGBT-транзисторах, обеспечивающая переход из режима пуска в режим торможения без использования дополнительных коммутационных аппаратов.

Рис. 2 Схема преобразователя на /СЯГ-транзисторах

В отличие от рассмотренной ранее схемы преобразователя на SCR- тиристорах в данной схеме наличие двух транзисторов позволяет осуществить питание тягового двигателя от источника в режиме тяги и перейти в режим торможения. Для пуска двигателя используется транзистор VT_y изменяя длительность проводящего состояния которого, можно регулировать величину среднего за период напряжения, подаваемого на него от источника. При этом в период паузы (запертого состояния транзистора) ток двигателя циркулирует по контуру, образованному встроенным в транзистор VT2обратным диодом.

Для перехода в режим торможения включается транзистор VT2, что обеспечивает протекание якорного тока двигателя в направлении, обратном тому, которое он имел в режиме пуска. Изменяя длительность проводящего состояния транзистора, можно регулировать величину тока двигателя. При переходе транзистора в непроводящее состояние ток двигателя благодаря шунтирующему диоду транзистора VT замыкается через источник.

Для изменения направления движения транспортных средств с приводами постоянного тока, как известно, необходимо поменять на противоположное направление тока в цепи якоря или в цепи обмотки возбуждения, т. е. использовать реверсор. В отличие от схем реостатного пуска реверсор может быть выполнен по схеме «моста» на базе полупроводниковых элементов. При использовании в качестве полупроводниковых элементов /С/Г-транзисторов реверсор позволяет не только изменять направление тока, но и регулировать его величину. Независимо от количества тяговых двигателей на подвижном составе схема электронного реверсора идентична. В качестве примера на рис. 3 приведена схема реверсирования тока в обмотках возбуждения для транспортного средства с четырьмя двигателями.

Рис. 3 Схема электронного реверсора

Принцип работы электронного реверсора заключается в следующем. При движении транспортного средства в одном направлении питание обмоток возбуждения осуществляется, например, через транзисторы VTI и VT4. Величина тока в обмотках возбуждения регулируется длительностью проводящего состояния транзисторов. В период непроводящего состояния транзисторов ток обмоток возбуждения замыкается через источник питания благодаря обратным диодам транзисторов VT2 и VT3.

Для изменения направления движения отпираются транзисторы VT2 и F73. В период нахождения их в непроводящем состоянии ток обмоток возбуждения циркулирует через обратные диоды транзисторов VTX и VT4.

Импульсный блок питания.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

· Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.

· Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.

· Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.

· Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.

· Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

· Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

· Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

· Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.

· Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.

· На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.

· Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

Данный источник может применяться для питания любой нагрузки мощностью до 15...20 Вт и имеет меньшие габариты, чем аналогичный, но с понижающим трансформатором, работающим на частоте 50 Гц.

Источник питания выполняется по схеме однотактного импульсного высокочастотного преобразователя. На транзисторе собран автогенератор, работающий на частоте 20...40 кГц (зависит от настройки). Частота настраивается емкостью С5. Элементы VD5, VD6 и С6 образуют цепь запуска автогенератора.

Во вторичной цепи после мостового выпрямителя стоит обычный линейный стабилизатор на микросхеме, что позволяет иметь на выходе фиксированное напряжение, независимо от изменения на входе сетевого (180...240 В).

В схеме применены конденсаторы: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.. Резисторы могут быть любыми. Стабилитрон VD6 можно заменить на КС156А.

Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 180-240 В.

Экономический расчет

1.Заработная плата монтажника в месяц 35000

35000/22=1590 (зарплата за день)

1590/8=199 (в час)

2.Зарабатная плата контролера ОТК В месяц 27200

27200/22=1236 (зарплата за день)

1236/8=154

Таблица 2

Наименование	Цена руб.	Количество
Трансформатор ALT3232M-151-T001	80	1
Резисторы: R1-100 Ом х 0,5Вт	10	1
Резисторы: R2-150-300 КОм х 0,5Вт	20	1
Резисторы: R3-1 КОм х 0,5Вт	4	1
Конденсатор 0,01мкФ х 630В	20	2
Конденсатор 22 мкф х 450В	20	1
Конденсатор 0,22 мкФ х 400В	8	1
Конденсатор 6800-15000пФ	150	1
Конденсатор 10мкФ х 50В	5	1
Конденсатор 220мкФ х 25В	270	1
Конденсатор 22мкФ х 25В	2	1
Транзистор VT1-КТ872А	150	1
Стабилизатор напряжения КР142	76	1
Предохранитель FU1-0.25A	20	1
Диоды VD1-4 – КД258В	332	4
Диоды VD5 и 7- КД510А	14	2
Диод VD6-КС156А	31	1
Диоды VD8-11 КД258А	296	4
Итог	1508 рубль

3.Общий итог

199+154+1508=1861

Вывод: Себестоимость изделия на предприятии равна 1861 руб. Экономическую целесообразность разработки и внедрения данного устройства в производство можно считать только после всесторонних маркетинговых исследований рынка и выбора модели и поведения продажи конечному потребителю.

Заключение.

В процессе выполнения курсового проекта были изучены типовые узлы схем управления двигателями постоянного и переменного тока на базе бесконтактных элементов, Преобразователя на SCR-тиристорах, IGBT-транзисторы. В курсовом проекте я разобрал прицеп работы двигателя постоянного и переменного тока. Ознакомился с их схемами и чертежами, а также с тиристорами транзисторами.

В итоге понял, что курсовое проектирование значительно влияет на освоение материала учебного курса и дает реальное представление о конструкторско-технологических работах, проводимых на этапе проектирования.

Литература

Кафедра электротехники и авиационного электрооборудования А.А. Савелов "Импульсные источника питания"

«Методическими рекомендациями по разработке инструкций по охране труда», Постановлением Минтруда РФ №41 от 17.06.2002г и Постановлением Минтруда РФ №55 от 17.07.2003г.

Полупроводниковые приборы Н.М.Тугов, Б.А. Глебов, Н.А Чарыков

Справочник полупроводниковые приборы диоды тиристоры

В.И Галкин, А.Л. Булычев, П.М. Лямин

https://studref.com/454073/tehnika/obschie_svedeniya_poluprovodnikovyh_priborah_elementah_impulsnoy_tehniki

https://travmatizma.net/instrukciya-po-oxrane-truda-pri-vypolnenii-payalnyx-rabot/

https://www.asutpp.ru/impulsnyj-blok-pitaniya.html

https://studme.org/152095/tehnika/tipovye_uzly_shem_upravleniya_dvigatelyami_postoyannogo_peremennogo_toka_baze_beskontaktnyh_elementov

https://ru.wikipedia.org/wiki/Полупроводниковые_приборы

https://studme.org/302762/tehnika/impulsnye_ustroystva_poluprovodnikovyh_diodah

http://electricalschool.info/electronica/999-poluprovodnikovye-pribory.html

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 47; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!