Преобразователь частоты со звеном постоянного тока для асинхронного двигателя (Проектная часть курсового проекта)

2.1 Обоснование и выбор схемы преобразователя

На рисунке 2.1 представлена структурная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Схема устройства (рис. 2.1), состоит из трехфазного асинхронного двигателя, у каждого двигателя свой инвертор со своей системой управления, LC-фильтр, который подключается к шине постоянного тока, а так же 3-х фазного мостового выпрямителя, который стоит на входе устройства.

Рисунок 2.1 – Структурная схема

Рекуперативные преобразователи частоты со звеном постоянного тока (рисунок 2.2) содержат два одинаковых диодно-транзисторных комплекса, между которыми включен LC-фильтр. Один комплекс представляет собой автономный инвертор напряжения, а другой - активный выпрямитель с двухсторонним обменом энергии между сетью и звеном постоянного тока. Активный выпрямитель содержит прямой диодный выпрямительный мост и обратный транзиторный инвертор, ведомый сетью.

При переходе двигателя в режим торможения постоянная составляющая тока на входе инвертора меняет направление на обратное по сравнению с двигательным режимом, что вызывает дополнительный заряд конденсатора фильтра.

Когда напряжение конденсатора становится больше выпрямленного напряжения диодного моста, то диоды выключаются.

Инверторы напряжения и рекуперативные преобразователи выполняются на полностью управляемых полупроводниковых приборах.

Рисунок 2.2 - Рекуперативный преобразователь частоты с АИН

2.2 Расчет и выбор элементов силовой схемы

2.2.1 Расчет и выбор двигателя

Для начала выберем двигатель. По заданию его выходная мощность равна 120 кВт. Выбираем асинхронный двигатель серии 4А: 4А280М2У3. Его основные характеристики приведены в таблицах 2.1 - 2.2.

Таблица 2.1 - Основные технические данные двигателя 4А280М2У3

Номинальная мощность	Энергетические показатели		Электромагнитные нагрузки
P2, кВт	η, %	cosφ	Вβ, Тл	А, А/см	I,  А/мм2
132	91,5	0,89	0,77	474	3,6

Таблица 2.2 - Параметры схемы замещения 4А280М2У3

В номинальном режиме
Xμ	R`1	X`1	R``2	X``2
4,2	0,017	0,095	0,013	0,10

Синхронная частота вращения n₁ = 3000 об/мин.

Номинальная частота вращения n₂ = 2970 об/мин.

Напряжение сети U_ф = 220 В.

Частота сеть (питающего напряжения)  f₁ = 50 Гц.

Количество двигателей k = 90 шт.

На рисунке 2.3 представлено габаритные и присоединительные размеры двигателя.

Рисунок 2.3 – Габаритные и присоединительные размеры двигателя

Скорость асинхронного двигателя определяется выражением

(2.1)

где s - скольжение; f₁- частота питающего напряжения; p - число пар полюсов.

Скольжение представляю относительной погрешностью синхронного вращения ротора со скоростью n₂ относительно вращающегося со скоростью n₁ магнитного поля и соответственно определяют как относительную разность

(2.2)

По формуле (2.2) найдем скольжение.

Подставляем полученное значение скольжения в формулу (2.1) и находим скорость асинхронного двигателя.

Расчет эквивалентного сопротивления схемы замещения двигателя производим по схеме, представленной на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Схема замещения асинхронного двигателя

Эквивалентное сопротивление схемы замещения двигателя:

R = 1,146 Ом; X = 0,545 Ом.

Полная мощность на входе двигателя (трехфазная):

Полная мощность на входе двигателя (однофазная):

Ток потребляемый двигателем:

С запасом:

 

Напряжение находим по формуле

По току I_VT и напряжению U_VT выбираем транзисторный IGBT модуль со встроенным драйвером.

Выбираем интеллектуальный силовой модуль(IPM) серии S-PM200RSD060, с параметрами: U = 600 В, I = 200 А.

Интеллектуальные силовые модули (IPM) серии S - являются новым этапом развития силовых ключей на базе IGBT модулей и представляют собой функционально законченное изделие, исполненное в компактном изолированном корпусе и включающее в себя:

·  силовые IGBT транзисторные ключи

·  встроенные драйверы IGBT транзисторов

·  встроенные цепи защиты:

-от короткого замыкания

-от перегрузки по току

-от перегрева

-по напряжению питания

·  логические входы управления

Особенности:

·  IGBT 3 го поколения с низким Uкэ нас;

·  диоды с быстрым восстановлением;

·  улучшенная схема защиты от короткого замыкания.

На рисунках 2.5, 2.6 и 2.7 представлены внешний вид размеры и схема IGBT модуля.

Рисунок 2.5 - Схема IGBT модуля