2 Основна частина

2.1 Електроустаткування об’єкта проектування

2.1.1 Вибір двигуна прижимного ведучого кругу верстата 3М184

Визначимо потужність, яка необхідна для обертання круга та заготовки:

де - коефіцієнт, який залежить від умов процесу різання та оброблюваного матеріалу;

- швидкість руху заготовки, м/хв;

- поздовжня подача, мм/об;

t - глибина врізання, мм.

Потужність приводного електродвигуна:

де - потужність, яка необхідна для обертання круга та заготовки, кВт;

- швидкість руху заготовки, м/хв;

- КПД передач від електродвигуна до приводного круга.

За розрахованою потужністю вибираємо асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором АИР 71 А2. Основні технічні характеристики приведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Основні технічні характеристики електродвигуна АИР 71 А2

Тип (модель)	АИР 71 А2
Потужність Р, кВт	0,75
Напруга живлячої мережі U, В	380/ 230
Частота обертання n, об/хв	2855
Номінальний струм , А	1,75
Коефіцієнт Корисної Дії, %	75
Коефіцієнт потужності,	0,83
Відношення моментів сили пускового до номінального,	2,2
Відношення моментів сили максимального до номінального,	2,3
Відношення сили струму пускового до номінального,	6,1
Маса електродвигуна m, кг	8,7
Ціна, грн	1 258

2.1.2 Розрахунок та вибір силового перетворювача частоти

Визначаємо максимальний струм крізь силові ланцюги вентилів інвертора за формулою :

де Р_н - номінальна потужність двигуна, Вт;

k₁ = 1,15 - 1,4 - коефіцієнт припустимого короткочасного перевантаження з струму;

η_ном - номінальний ККД двигуна;

U_л - лінійна напруга двигуна, В.

Струм на вході інвертору розрахуємо за формулою:

Виходячи з цього вибираємо IGBT - модуль CM15TF-12H, технічні характеристики якого приведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Технічні характеристики IGBT - модуля CM15TF-12H

Модель	CM15TF-12H
Максимальні параметри		600
		15
		100
Електричні характеристики	Напруга насичення, В	Тип	2,1
		Макс	2,8
		15
		0,5
		0,3
	Максимальний час превімкнень		120
			300
			200
			300
Зворотній діод		2,8
		0,04
		110
Механічні та температурні характеристики		1,3
		3,5
		0,55
	Тип корпуса	H11

Втрати в IGBT в провідному стані розрахуємо за формулою:

де D = t_р /T ≈ 0,95 - максимальна скважність;

cos ≈ cos φ ;

U_ce(sat) - пряме падіння напруги на IGBT у включеному стані.

Втрати IGBT при комутації розрахуємо за формулою:

де , - тривалості перехідних процесів IGBT на відкривання і закривання транзистора;

U_ce - напруга на колекторі IGBT, В;

f_sw = 10³ Гц - частота комутацій ключів.

Втрати IGBT складуть:

P_Q = P_SS + P_SW , (2.7)

Втрати зворотних діодів в провідному стані розрахуємо за формулою:

де I_ер = I_cр - максимальна амплітуда струму через зворотний діод, А;

U_ce = U_f - пряме падіння напруги на діоді в провідному стані, В.

Втрати при відновленні запираючих властивостей діода розрахуємо за формулою:

де I_rr ≈ I_cр - амплітуда зворотного струму через діод, А;

t_rr - тривалість імпульсу зворотного струму.

Сумарні втрати діода складуть:

P_D = P_DS + P_DR, (2.10)

Результуючі втрати в IGBT зі зворотнім діодом:

P_T = P_Q + P_D , (2.11)

На основі отриманих результатів виконуємо тепловий розрахунок автономного інвертора, в ході якого визначаємо необхідність встановлення додаткового охолоджувача, а також перевіряємо тепловий режим роботи кристалів IGBT і зворотного діода.

Максимально припустимий перехідний опір охолоджувач - довкілля R_th(f-a), /Вт, з розрахунку на одну пару транзистор - зворотній діод визначаємо за формулою :

де - температура охолоджуючого повітря;

- температура теплопровідної пластини;

Р_Т - сумарна потужність , що розсіюється однією парою транзистор-зворотній діод ;

- термічний перехідний опір корпус - поверхня теплопровідної пластини модуля в розрахунку на одну пару транзистор - зворотній діод.

Температура кристала IGBT визначаться за формулою:

T_jТ = T_c + P_Q ∙ R_th(j-c)Т , (2.12)

де R_th(j-c)Т - термічний перехідний опір кристал - корпус для IGBT частини модуля /Вт.

Температура кристала зворотного діоду визначаться за формулою :

T_jd = T_c + P_D ∙ R_th(j-c)d , (2.13)

де Rt_h(j-c)d - термічний перехідний опір кристал - корпус для діодної частини модуля.

За даними проведеного розрахунку перевірити виконання умов неперевищення максимальної для силового блока інвертора температури T_jd < T_jмах , T_jТ< T_jмах .

T_jТ< T_jмах ,

T_jd < T_jмах,

Продовжуємо розрахунок силової частини перетворювача розрахунком некерованого випрямляча. Середню випрямлена напругу розрахуємо за формулою : 

U_d = к_с. ∙ U_л , (2.14)

де к_с = 1,35 - коефіцієнт схеми, що характеризує співвідношення напруг U_d/U_л в трифазному мостовому випрямлячі.

Максимальне значення середнього випрямленого струму розрахуємо за формулою :

де n = 6 - кількість IGBT в автономному інверторі.

Максимальний робочий струм діода розрахуємо за формулою :  

I_вm = k_cc∙ I_dm , (2.16)

де k_сс = 0,33 - коефіцієнт схеми для мостовий трифазної схеми випрямляча. 

Максимальна зворотна напруга діода визначається за формулою: 

U_звm = k_з.н ∙ k_с.н ∙ U_d + ΔU_n, (2.17)

де k_c.н = 1,05 - коефіцієнт схеми для мостовий трифазної схеми випрямляча;

k_з.н = 1,1 - коефіцієнт запасу за напругою;

ΔU_n =0,1U_d - запас на комутаційні перепади напруги в ланці постійного струму.

За розрахованими даними обираємо діод 1N4006 з технічними параметрами:

• максимальна постійна зворотна напруга, 800 В;

• максимальна імпульсна зворотна напруга, 960 В;

• максимальний прямий (випрямлений за напівперіод) струм, 1 А;

• максимально допустимий прямий імпульсний струм, 30 А;

• максимальний зворотний струм, 25 мкА;

• максимальна пряма напруга, 1,1 В;

• - динамічний опір, 5мОм;

• робоча температура, - 65 ... 150 ;

• корпус do204al.

Втрати у випрямлячі для сталого режиму роботи електропривода розрахуємо за формулою :  

 

де k_cs = 0,58 - коефіцієнт для мостової трифазної схеми;

m_ν =6 - кількість діодів у схемі. 

Максимальний припустимий перехідний опір охолоджувач - навколишнє середовище в розрахунку на випрямляч:

де R_th(c-f) - термічний перехідний опір корпус - поверхня теплопровідний пластини модуля.

Температура кристала визначається за формулою:

де - кількість напівпровідникових приладів у модулі;

- термічний перехідний опір корпус-кристал для одного напівпровідникового приладу модуля.

За даними проведеного розрахунку перевірити виконання умови неперевищення максимальної для силового блока інвертора температури:

T_jDV < T_jDVмах ,

Продовжуємо розрахунок силової частини перетворювача розрахунком LC-фільтра. Коефіцієнт пульсацій на входе фільтра дорівнює:

де m = 6 - пульсність схеми випрямлення (m = 6 для трифазної мостової схеми).

Параметр згладжування LC - фільтра:

де S = q_1вх/q_1вих = 4 - коефіцієнт згладжування за першою гармонікою;

f_с - частота мережі.

Індуктивність дроселя LC - фільтра обирається з таких умов:

де I_d = I_dm/k₁ - номінальний середній струм ланки постійного струму.

Виходячи з розрахунку обрано вихідний дросель фірми LS Industrial Systems моделі OCL-0005-EISC-E2M8 з номінальною індуктивністю 2.8 мГн і номінальним струмом 5 А.

Проводимо перевірку виконанням відношення:

L₄ ≥ L_40min , (2.24)

Ємність конденсатора, LC-фільтра обирається з таких умов:

де φ₁ = 29⁰ - кут зсуву між першою гармонікою фазної напруги і фазного струму;

f_sw =10³ Гц - частота ШІМ.

На основі розрахунку обрано конденсатор LC – фільтра моделі К73-11а з електричною ємністю 0,22 мкФ.

Виходячи попередніх розрахунків вибираємо перетворювач частоти. Перетворювачі частоти з такими параметрами занесені в зведену таблицю 2.3.

Таблиця 2.3 - Перетворювачі частоти

Модель	Потужність	Номінальний струм, А	Напруга,В	Ціна, грн
Altivar 312	0,75 кВт	1,9	380	9749,80
Altivar 32	0,75 кВт	1,5	380	9164,58
SV008iG5A-4	0,75 кВт	2,5	380	9331,20
FECG02.1-0K75-3P400-A-SP-MODB-01V01	0,75 кВт	2,5	380	6964,64
FC3610-0K75-3Р4-MDA-7P-NNNNN	0,75 кВт	2,1	380	5681,68
Altivar 212	0,75 кВт	2,2	380	6325,48
ACS310	0,75 кВт	2,6	380	5684,00
VFC5610-0K75-3Р4-MNA-7P-NNNNN	0,75 кВт	2,1	380	6003,00

Проаналізувавши техніко економічні показники наведених перетворювачів частоти пропоную обрати перетворювач ________.