Разработать систему управления автоматической линией гальванирования на базе японского программируемого контроллера TOYOPUC-L

В последние годы налажен выпуск тиристорного модуля серии

МТЗ – 3 ( модуль

тиристорный запираемый ) рисунок 1.2, который значительно превосходит по

характеристикам выпускаемые ранее двухоперационные тиристоры. Таким образом

появилась возможность выполнить инвертор, имеющий более простую силовую

схему, меньшие габариты и массу, по сравнению с инвертором, выполненном на

базе обычных тиристоров с применением узлов принудительной коммутации.

Рисунок 1.2. Тиристорный модуль серии МТЗ – 3 .

В зависимости от особенностей протекания электро – магнитных процессов

автономные инверторы могут быть разделены на два типа : автономные

инверторы тока ( АИТ ) и автономные инверторы напряжения ( АИН ).

Для автономных инверторов тока характерно то, что в результате

переключения тиристоров в нагрузке формируется ток определённой формы, а

форма выходного напряжения зависит от параметров нагрузки. В режиме

холостого хода автономный инвертор тока не работоспособен в следствии роста

амплитуды обратных и прямых напряжений на тиристорах. При перегрузках его

работа затруднена из-за не достаточного времени для восстановления

запирающих свойств тиристоров.

Автономный инвертор напряжения может работать в режиме холостого хода.

Его работоспособность в режиме близкому к короткому замыканию определяется

коммутационнами свойствами коммутирующих элементов. Автономный инвертор

напряжения характеризуется стабильностью выходного напряжения при изменении

выходной частоты в широких пределах. Коммутационная мощность элементов

небольшая , коммутационные процесы в них мало влияют на выходное

напряжение.

Таким образом, АИМ имеет лучшие технические характеристики для питания

ЭП переменного тока в сравнении с автономным инвертором тока. Существует

большое количество трёхфазных схем автономного инвертора напряжения, но

распространение получили инверторы, выполненные по мостовой схеме ( схема

Ларионова ).

Нагрузка инвертора, собранного по схеме Ларионова ( рисунок 1.3 ) ,

может быть соединена как треугольником так и звездой.

[pic] Рисунок 3.3. Силовая схема ПЧ.

Проектируемый преобразователь выполняется без входного трансформатора,

что позволяет при некотором снижении универсальности ( питающая сеть

обязательно должна быть трёхфазной с Vном =380 В ) значительно снизит

габариты и массу.

4.2.2. ОПИСАНИЕ БЛОК – СХЕМЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Дадим описание блок – схемы всего тиристорного преобразователя частоты (

лист 45 ). Питающее напряжение 380 В выпрямляется трёхфазным мостом ( В ),

фильтруется ( Ф ) и поступает на широтно – импульсном регуляторе ( ШИР ).

Необходимость в широтно – импульсный регулятор вызвана тем, что наряду с

регулировкой частоты требуется и регулировка напряжения, так как, например,

с уменьшением частоты уменьшается и индуктивное сопротивление асинхронного

двигателя ( АД ), и если величина питающего напряжения будет неизменна, то

пропорционально возрастёт ток. Поэтому напряжение тиристорного

преобразователя частоты должно изменяться вместе с частотой примерно

одинаково. Такой способ регулировки напряжения выбран потому, что он

обладает существенными преимуществами перед непрерывным: малые потери,

большой КПД, небольшие габариты. Инвектор ( И ) осуществляет преобразование

постоянного напряжения в переменное с заданной частотой.

Автоматические воздушные выключатели QF 1 – QF 2 защишают соответственно

широтно – импульсный регулятор, инвертор и асинхронный двигатель.

Трансформатор напряжения ( ТН ) контролирует наличие напряжения на

асинхронном двигателе ( по фазам ). Блок датчиков ( БД ) включает

собственно трансформатор напряжения и магнитный датчик тока ( МДТ ).

Особенностью датчиков является то, что они выполнены с зазором для

обеспечения линейности при снижении частоты.

С пульта управления ( ПУ ) задают требуемые условия работы асинхронного

двигателя: скорость, темп её нарастания / спадания, величину тока

ограничения и другие, которые отражаются на блоке индикации (БИ ) и

заносятся в оперативно – запоминающее устройство ( ОЗУ ) системы управления

( СУ ). Источник питания ( ИП ) обеспечивает требуемое напряжение для

блоков тиристорного преобразователя частоты. Тахогенератор ( ТГ )

контролирует скорость вращения асинхронного двигателя и явлается одним из

элементов цепи обратной связи тиристорного преобразователя частоты.

После реактора ( Р ), ограничивающего скорость тока di / dt , включен

заградительный фильтр ( ЗФ ). Реактор и заградительный фильтр образуют

резонансный контур, настроенный на частоту 250 Гц.

Согласующее устройство ( Согл. У ), состоящее из преобразователей

напряжения – частота и частота напряжения, контролирует величину напряжения

инвертора и обеспечивает гальваническую развязку системы управления от

цепей высокого напряжения.

4.3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ СУАЛГ.

Выбор и расчёт элементов схемы.

В промышленном автооператоре портального типа , осуществляем работу линии

для перемещения деталей применяются асинхронные электродвигатели

переменного тока напряжением 380 В. Технические характеристики двигателей ,

применяемых в автооператоре для горизонтального перемещения и вертикального

:

горизонтального перемещения : вертикального перемещения :

Тип двигателя - АОЛ 2 – 31 – 6 / 4 / 2 ТЭ 0,5 В 3 – С

Мощность - 0,6 кВт 0,5 кВт

Число оборотов - 955 об /мин

Для подключения асинхронных двигателей к сети трёхфазного переменного

тока используют магнитный пускатель. Определим максимальный ток

потребляемый каждой из электродвигателей во время работы.

При соединении обмоток двигателя звездой , ток потребляемый двигателем:

Iл* = Iф* = [pic]

где

S – полная мощность симметричной трёхфазной системы , В[pic]А.

S1 = 0,6 В[pic]А ;

S2 = 0,5 В[pic]А

Uф – фазное напряжение.

В случае соединения обмоток двигателя звездой :

Uф1* = Uф2* = 220 В

Следовательно токи , потребляемые двигателями в каждой из фаз при

соединении обмоток звездой :

In1* = [pic]

In1* = [pic] = 2,7 А

[pic] In1* = [pic] = 0,9 А = 1

А

In2* = [pic]

In2* = [pic] = 2,3 А

[pic] IФ1* = [pic] = 0,8 А

В случае соединения обмоток двигателя треугольником :

[pic]

где

[pic] – линейное напряжение при соединении треугольником В .

[pic] = 380 В

Следовательно токи потребляемые каждым из двигателей при соединении его

обмоток треугольником :

[pic]

[pic] = 0,8 А

Приведённые расчёты показали , что максимальный ток потребляемый каждым

из двигателей возникает в сети при соединении обмоток двигателя звездой.

Учитывая , что в момент запуска пусковой ток увеличивается в 5 – 6 раз

возникает необходимость выбора магнитного пускателя с контактной группой

расчитанной на максимально допустимый ток 5 – 6 А. Этим требованиям вполне

удовлетворяет магнитный пускатель ПМА – 0100.

Техническая характеристика магнитного пускателя ПМА – 0100 :

Uраб = 380 В ;

Iконт = 6,3 А ;

Sвкл = 40 В[pic]А

4.4 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИЕЙ ГАЛЬВАНИРОВАНИЯ

РАСЧЁТ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ +5 В.

В качестве источника питания выбираем стандартную схему (

трансформаторную ) с мостовой схемой выпрямления , с конденсатором в

качестве сглаживающего фильтра и с компенсационным транзисторным

стабилизатором на выходе.

Расчёт выпрямителя

Исходные данные :

Номинальное выпрямленное напряжение :

U0 = 9 В

Номинальный ток нагрузки :

I0 = 3 А

Выходная мощность :

P0 = U0 [pic] I0

P0 = 3 [pic] 9 = 27 Вт

Сопротивление нагрузки :

Rн = [pic] = 6 Ом

Номинальное напряжение сети :

U1 = 220 В

Относительное отклонение в сторону повышения :

amax = [pic]

amax = [pic] = 0,091

Относительное отклонение сети в сторону понижения

amin = [pic]

amin = [pic] = 0,091

Частота тока сети :

fс = 50 Гц

Определяем параметры диодов.

Амплитуда обратного напряжения :

Uобр. max = 1,57 [pic] U0 [pic] ( 1 +

amax ) ( 1 , ст. 323 )

Uобр. max = 1,57 [pic] 9 [pic] (1 +

0,091 ) = 15,4 В

Среднее значение прямого тока :

Iпр.ср. = 0,5 [pic] I0

( 1 , ст. 323 )

Iпр.ср. = 0,5 [pic] 3 = 1,5 А

Действующее значение тока :

Iпр. = 0,707 [pic] I0

( 1 , ст. 323 )

Iпр. = 0,707 [pic] 3 = 2,2 А

По результатам расчётов выбираем по справочнику диоды с учётом того ,

что обратное напряжение Uобр. max , приложенное к диоду , должно быть

меньше максимального обратного напряжения для выбранного типа диода , а ток

Iпр.ср должен быть меньше предельно допустимого среднего значения тока ,

указанного в справочнике.

Исходя из выше перечисленных условий выбираем для выпрямителя диоды КД

202 Г с параметрами :

Iпр.ср.max = 4 А

( 3 , ст. 36 )

Uобр.max = 200 В

Uпр.ср. = 1,5 В

Iпр.имп. = 3 А

Iобр. = 0,05 А

Определяем сопротивление трансформатора Rтр. , диода Rпр. и по их

значениям находим сопротивление фазы выпрямителя Rф.

Rтр. = [pic] ( 1 , ст. 36 )

где

В – магнитная индукция , Тл ;

j – средняя плотность тока в обмотке трансформатора , [pic] .

Принимаем :

В = 1,3 Тл ( 1 ,

cт. 325 , табл. 9.5 )

j = 3 [pic]

( 1 , ст. 325 , табл. 9.6 )

Rтр. = [pic] = 0,44 Ом

Определяем сопротивление фазы выпрямителя.

Rф = Rтр. + 2 [pic] Rпр.

где

Rпр. – сопротивление диода.

Rпр. = [pic].

( 1 , ст. 322 )

Rпр. = [pic] = 0,38 Ом

Тогда

Rф = 0,44 + 2 [pic] 0,38 = 1,2 Ом

ОПРЕДЕЛЯЕМ НАПРЯЖЕНИЕ ХОЛОСТОГО ХОДА.

U0 хх = U0 + I0 [pic] Rтр. + Uпр. [pic] N

где

N – число диодов , работающих одновременно.

Для мостовой схемы , которая принимается

N = 2

( 1 , ст. 324 )

U0 хх = 9 + 3 [pic] 0,44 + 1,5 [pic] 2 =

13,2 В

Определяем параметры трансформатора , которые будут использоваться далее

для его расчёта

Напряжение вторичной обмотки :

U2 = 1,11 [pic] U0 хх

( 1 , ст. 323 )

U2 = 1,11 [pic] 13,2 = 14,7 В

Ток во вторичной обмотке трансформатора :

I2 = 1,2 [pic] I0

( 1 , ст. 323 )

I2 = 1,2 [pic] 3 = 3,6 А

Ток в первичной обмотке трансформатора :

I1 = I2 [pic] [pic]

( 1 , ст. 323 )

I1 = 3,6 [pic] [pic] = 0,24 А

Расчёт трансформатора.

Исходные данные для расчёта приведены выше :

напряжение питающей сети :

U1 = 220 В ;

напряжение вторичной обмотки :

U2 = 9 В ;

ток во вторичной обмотке :

I2 = 3,6 А ;

ток в первичной обмотке :

I1 = 0,24 А

Определяем габаритную мощность трансформатора :

Sг = [pic] ( 1 , ст. 325 )

где

[pic] - коэффициент полезного действия.

[pic] = 0,8

( 1 , ст. 325 )

Sг = [pic] Вт

Определяем произведение площадей поперечного сечения стержня и

площадь окна.

Sст. [pic] Sок. = [pic] ( 1 , ст. 325

)

где

Sкт – площадь поперечного сечения стержня магнитопровода,см2

Sок – площадь окна , см2 ;

fc – частота питающей сети , Гц

fc = 50 Гц

В – магнитная индукция , Тл

Принимаем

В = 1,2 Тл

( 1 , ст. 326 )

j – плотность тока в проводах обмоток трансформатора , [pic]

Принимаем

j = 2,5 [pic]

( 1 , ст. 326 )

kм - коэффициент заполнения медью окна сердечника ;

Принимаем

kм = 0,37

( 1 , ст. 326 )

kс – коэффициент заполнения сталью площади поперечного

сечения стержня магнитопровода ;

Принимаем

kс = 0,91

( 1 , ст. 326 )

[pic] - коэффициент полезного действия.

Sст. [pic] Sок. = [pic] 60 см4 ( 1 , ст. 325 )

По найденному произведению Sст. [pic] Sок выбираем из справочных

таблиц магнитопровод у которого данное произведение больше или равно

расчётному. Для нашего случая ближе всего по характеристикам находится

магнитопровод ПЛ 16[pic]32[pic]50 ( 1 , ст. 132 ).

Данные магнитопровода ПЛ 16[pic]32[pic]50

Sст. [pic] Sок. = 64 см4

Sст. = 5,12 см2

Sок. = 12,5 см2

Определяем число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

W1 = [pic] ( 1 ,

ст. 326 )

W2 = [pic] ( 1 ,

ст. 326 )

где

[pic]U – относительное падение напряжения в обмотках , В .

Принимаем :

[pic]U1 = 5 %

( 1 , ст. 327 )

[pic]U2 = 4 %

( 1 , ст. 327 )

В – магнитная индукция , Тл ;

Sст. – площадь стержня магнитопровода , см2 .

W1 = [pic] = 1532 ( витков )

W2 = [pic] = 68 ( витков )

Определяем диаметр проводов обмоток ( без учёта изоляции (

толщины )), мм2

dn = [pic]

( 1 , ст. 326 )

диаметр проводов первичной обмотки , мм2

d1 = [pic] = 0,14 мм2

диаметр проводов вторичной обмотки , мм2

d2 = [pic] = 1,2 мм2

Для вторичной обмотки выбираем наиболее близкое значение диаметра

проводов из стандартного ряда :

d2 = 1,3 мм2

Расчёт стабилизатора напряжения блока питания + 5 В .

Исходные данные :

входное напряжение :

Uвх = 9 В ;

изменение входного напряжения :

Uвх = [pic] 2 В ;

максимальный ток нагрузки :

Iн max = 3,6 A ;

выходное напряжение :

Uвых. = 5 В

Плавная регулировка напряжения ( выходного ) в пределах от 4 В до 6

В.

В качестве стабилизатора выбираем схему компенсационного

транзисторного стабилизатора напряжения последовательного типа.

Стабилизатор состоит из регулирующего элемента( транзисторы ),

усилителя постоянного тока , источника опорного напряжения , делителя

напряжения и резисторов . Предусмотрена возможность регулировки выходного

напряжения - для этого в цепь делителя включён переменный резистор.

Регулирующий элемент состоит из трёх транзисторов . Данное

количество выбрано исходя из того , что ток нагрузки превышает 2А ( 1 ,

ст. 328 ).

Стабилизатор выполнен на транзисторах структуры n = p = n.

Определяем параметры и выбираем транзисторы.

Транзистор VT1

Определяем максимальный ток коллектора :

Iк max = 1,2 [pic] Iн max

( 1 , ст. 329 )

Iк max = 1,2 [pic] 3,6 = 4,3 А

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8