Исследование преобразователя для управления электромагнитными тормозами типа ТКП и магнитами постоянного тока серии МП, страница 7

На рис. 3.2.7 приведён график зависимости мощности тепловых потерь в схеме от тока нагрузки. Зависимости построены для разных питающих сетей.

Рис.3.2.7 Зависимость мощности тепловых потерь схемы от тока нагрузки

Анализируя график, был сделан вывод, что наихудшим тепловым режимом работы преобразователя является работа от сети 220 -15% В с более мощными тормозами. При работе с ТКП-800 потери максимальны и равны 160 Вт. Именно по этому режиму необходимо выбирать охладитель.

Таблицы 15-18 содержат информацию о КПД всей схемы. Каждая таблица соответствует работе преобразователя от сети однофазного напряжения 220 -15% В, от сети двухфазного напряжения 380 В, от сети трёхфазного напряжения 380 В и от сети постоянного напряжения 600 В. На рис. 3.2.8 показана зависимость КПД от тока нагрузки преобразователя при работе от различных сетей питания.

Таблица 15

Тип тормоза/электромагнита	Iн (А)	Pн (Вт)	Pобщ (Вт)	η
ТКП – 800	20	2200	2360	0,932
ТКП – 700	16,06	1767	1885	0,937
ТКП – 600	11,46	1260	1336	0,943
ТКП – 500	8,87	976	1032	0,946
ТКП – 400	7,7	847	895	0,947
МП301	3,64	401	422	0,95
МП201	2,18	240	253	0,948
МП101	1,23	135	144	0,941

Таблица 16

Тип тормоза/электромагнита	Iн (А)	Pн (Вт)	Pобщ (Вт)	η
ТКП – 800	20	2200	2340	0,94
ТКП – 700	16,06	1767	1873	0,943
ТКП – 600	11,46	1260	1332	0,947
ТКП – 500	8,87	976	1030	0,948
ТКП – 400	7,7	847	894	0,948
МП301	3,64	401	422	0,95
МП201	2,18	240	253	0,948
МП101	1,23	135	144	0,941

Таблица 17

Тип тормоза/электромагнита	Iн (А)	Pн (Вт)	Pобщ (Вт)	η
ТКП – 800	20	2200	2335	0,942
ТКП – 700	16,06	1767	1870	0,945
ТКП – 600	11,46	1260	1330	0,948
ТКП – 500	8,87	976	1029	0,949
ТКП – 400	7,7	847	893	0,949
МП301	3,64	401	423	0,948
МП201	2,18	240	254	0,942
МП101	1,23	135	146	0,927

Таблица 18

Тип тормоза/электромагнита	Iн (А)	Pн (Вт)	Pобщ (Вт)	η
ТКП – 800	20	2200	2336	0,942
ТКП – 700	16,06	1767	1871	0,944
ТКП – 600	11,46	1260	1332	0,946
ТКП – 500	8,87	976	1031	0,947
ТКП – 400	7,7	847	895	0,947
МП301	3,64	401	425	0,942
МП201	2,18	240	257	0,933
МП101	1,23	135	148	0,914

Рис.3.2.8 Зависимость коэффициента полезного действия от тока нагрузки для разных сетей питания

С максимальным КПД схема работает при использовании сети 220 -15% В и 2ф 220 В на нагрузку в виде магнита МП301 (95%), а с минимальным КПД схема работает при использовании сети 600 В на нагрузку в виде магнита МП101. В общем случае, КПД схемы растёт при увеличении тока до порогового значения, а потом незначительно снижается.

На рис. 3.2.9 приведены графики переходного процесса включения тормоза ТКП-800 при работе от сети однофазной переменной сети 220 -15% В.

Рис.3.2.9 Переходной процесс включения тормоза ТКП-800. Ток нагрузки, напряжение фильтрующей ёмкости и сигнал ПИ-звена

Из эпюры напряжения видно, что в установившемся режиме напряжение на конденсаторах не падает ниже 117 В, т.е. ниже минимального уровня.

Сигнал задания тока в установившемся режиме низкий. Это объясняется тем, что в нагрузку нужно добавлять только энергию, которая тратится на потери в диодах при выключенных транзисторах.

На рис. 3.2.10 даны эпюры формы токов в нагрузке, силовых транзисторах и диодах.

Рис.3.2.10 Установившийся режим работы тормоза ТКП-800. Ток нагрузки, ток транзисторов и ток диодов косого моста

Токи в транзисторах и диодах носят импульсных характер. Когда транзисторы открыты, ток в нагрузке растёт, этот же ток протекает в транзисторах. Когда транзисторы закрыты, ток нагрузки протекает через диоды косого моста. В этот промежуток времени индуктивность разряжается.

На рис. 3.2.11 показана форма входного тока преобразователя.

Рис.3.2.11 Потребляемый преобразователем ток и форма напряжения сети

Форма входного тока преобразователя несинусоидальной формы, что объясняется характером нагрузки диодного моста. Данная форма нежелательна и её можно избежать путём введения входного фильтра тока, но жёсткие габаритные  требования не позволяют использовать его.

На рис. 3.2.12 показан ток на выходе диодного моста.

Рис.3.2.12 Ток на выходе диодного моста и напряжение на конденсаторах при использовании питающей сети 220 -15% В

Конденсаторы заряжаются и разряжаются соответственно рис. 2.2.1. На интервале зарядки мы наблюдаем фактически форму напряжения питающей сети. При уменьшении мощности нагрузки значение U_cmin будет увеличиваться.

Заключение

В ходе выполнения бакалаврской работы было произведено исследование преобразователя для управления электромагнитными тормозами типа ТКП и магнитами постоянного тока серии МП. Был произведён выбор силовой схемы и выбор элементной базы. Также было проведено моделирование схемы с использованием тепловых моделей элементов с помощью программного обеспечения PSIM. Расчёт КПД показал жизнеспособность данной схемы. Определён самый тяжёлый режим работы схемы, для которого в дальнейшем будет рассчитан охладитель.

Список литературы

1. ГОСТ 13109-97

2. Александров, М. П. Тормозные устройства в машиностроении / М. П. Александров. – Москва: Машиностроение, 1965. – с. 402.

3. Попков, О. З. Расчёт выпрямителей с емкостным фильтром / О. З. Попков, Е. Е. Чаплыгин // Практическая силовая электроника. – 2007. - №25. – с.15-19.

4. Техническая документация для элемента STTH3012 / STMicroelectronics, 2006. – с.3.