Универсальный инвертор частотного управления электроприводом

АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ технического задания 13
1.1 Содержание проекта 13
1.2 Разбор сущности и этапов проектирования 14
1.3 Обзор аналогичных технологий и решений 24
2 Разработка принципиальной схемы 37
2.1 Выбор процессорного модуля 39
2.2 Выбор элементов и построение силовой схемы 39
2.2.1 Выбор транзисторов для формирования рабочих уровней 40
2.2.2 Емкостный буфер 47
2.2.2 Тормозной резистор 48
2.2.3 Схема драйверов 51
2.2.4 Формирование питающих линий 55
2.3 Выбор и разработка системы контроля тока и напряжения 56
2.3.1 Датчики Холла и шунт с изолирующим усилителем 56
2.3.2 Проектирование датчиков напряжения 61
2.4 Схема управления драйверами 63
2.4.1 Разработка линии логики 63
2.4.2 Шина состояния драйверов 64
2.5 Реализация датчиков состояния двигателя и системы 65
2.5.1 Выбор внешнего АЦП 66
2.5.2 Дифференциальный датчик напряжения 67
2.6 Проектирование каналов управления ИК110 с блока двигателя 68
2.6.1 CAN 68
2.6.2 Аналоговый канал 68
2.6.3 RS-485 68
2.7 Внедрение черного ящика в проект 69
2.7.1 Система автономных часов 69
2.7.2 Питание записи последнего log-файла 70
2.8 Внедрение подключений для программирования и диагностики ИК110 70
2.8.1 USB-UART 70
2.8.2 USB-hub 70
2.8.3 CAN 71
2.9 Система опорных напряжений 71
2.10 Система пользовательского контроля ИК110 72
2.10.1 Включение в схему настраиваемой и кнопки перезагрузки 72
2.10.2 Система визуального мониторинга состояния прибора 72
2.11 Организация электрической защиты 73
3 Разработка системы охлаждения 79
4 Разработка программной части 81
5 Безопасность жизнедеятельности 83
5.1 Анализ производственных условий и опасных факторов при
конструировании и сборке инвертора 83
5.2 Анализ условий эксплуатации инвертора в составе электроустановки ... 84
5.3 Соответствие инвертора требованиям безопасности 85
5.4 Защитные механизмы, реализуемые инвертором 94
6 Организационно-экономический раздел 99
6.1 Расчет временных параметров сетевого графика 99
6.2 Расчет экономического эффекта 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 114

Купить

Глобальная электрификация мира: промышленности, хозяйства стран, нашего с вами гражданского общества - есть одна из фундаментальных вещей, открывшая и продолжающая открывать миру, в частности с 1920 г. по инициативе В.И. Ленина России новую грань сосуществования общества, дающая ключ к исполнению огромного количества самых смелых мечтаний человека, как полет в космос первых космонавтов - Ю. Гагарина и Г. Титова. Сложнейшие вычислительные машины, мгновенная высококачественная видеосвязь на расстоянии в миллиарды километров, электрические станции, системы автоматического регулирования температуры в помещении, берущие энергию от источника, находящегося на огромных расстояниях от нагрузки - все это реальная действительность, наше с вами сегодня, и если еще 50 лет тому назад, обыватель с восхищением смотрел в будущее, рассматривая чудеса электроники своего века, в грезах представляя будущее [1], то в наше время к обществу настолько интегрирована электронная грань бытия, что многие начинают задаваться вопросом, не стало ли понятие киберпанка, пришедшее к нам из научно-фантастических произведений характеристикой нашей эпохи, нашей реальности.
Одной из ключевых ипостасей электрификации являются
соответствующие предприятия, штампующие эту электронную продукцию. Одним из таких предприятий является «НПО «Электромашина», сотрудники которого и предоставили возможность прохождения у них преддипломной практики и идею разработки инвертора.
АО «НПО «Электромашина» с 1934 года выпускает продукцию оборонной и гражданской тематики. Например, для ж/д и городского транспорта, специализированных служб и промышленных предприятий. Среди реализуемого оборудования: системы управления, автономные электроагрегаты, автоматизированные системы пожаротушения, приводные устройства и прочая продукция для жизнеобеспечения.
Завод АО «НПО «Электромашина» работает в соответствии с требованиями международного стандарта IRIS и отечественного ГОСТ, а также имеет право работать со сведениями, составляющими государственную тайну.
История АО «НПО «Электромашина» (в прошлом СКБ «Ротор») — это история его разработок: от небольших изделий и блоков до сложнейших автоматических систем.
Электрооборудование и системы управления производятся и устанавливаются на специальной транспортной технике, поставляемой для нужд МО РФ, а также других потребителей за рубежом. Всего насчитывается свыше 300 изделий, которые разработаны и установлены на машинах, находящихся в эксплуатации в более чем 50 странах мира. Учитывая требования рынка предприятие целенаправленно реализует политику технического перевооружения и освоения новых видов продукции. Особое внимание на предприятии уделяется перспективным разработкам электротехнической продукции, агрегатов питания на базе дизельных двигателей для потребителей в районах Сибири и Крайнего Севера.
В настоящее время АО «НПО «Электромашина» серийно производит более 200 видов и модификаций электрооборудования для российских электровозов, активно реализуется программа разработок и производства автоматизированных систем противопожарного оборудования для речных судов.
АО «НПО «Электромашина» разрабатывает и производит электрические двигатели и системы управления с 1934 года. Предприятием накоплен богатый производственный опыт, регулярно внедряются инновации в сфере разработки и вывода на рынок новых видов продукции; В данный момент АО «НПО «Электромашина» выпускает следующие виды продукции:
— интеллектуальная система управления освещением, светодиодные светильники;
— продукция для железнодорожного подвижного состава;
— стартеры, генераторы, электродвигатели.
С середины 2010 годов начался выпуск серийных изделий и систем для новейшей российской бронетехнике: «БМПТ-72», «Армата», «Т-90». Среди них:
дистанционно управляемый боевой модуль;
системы защиты бронеобъектов от ВТО;
системы автоматизированного пожаротушения;
системы управления механизмами, приводные устройства, электродвигатели, электромагниты;
вращающиеся контактные устройства / приводные вращающиеся контактные устройства;
системы энергопитания объекта, дизель- генераторные установки электропитания, системы кондиционирования и отопления;
информационно-управляющие системы.
С 2016 года на предприятии начато производство перспективной гражданской продукции - светодиодных промышленных и уличных светильников под управлением модульной интеллектуальной системы управления AMASIS.
“Сегодня «Электромашина» - не просто современная компания, которая следит за мировыми тенденциями и иногда даже опережает их, - говорит генеральный директор завода Игорь Юрьевич Афанасьев, - Мы и дальше будем выходить на рынок с производством наукоемких продуктов, потому что просто «железо» уже никому не интересно. Поэтому постоянно будет востребован конструкторский потенциал, а успех предприятия будет зависеть от каждого работника: высокая скорость освоения изделий всегда давала абсолютные преимущества на рынках на многие годы.”
Ввиду развития разработок электросиловой электроники гражданского (а также военного) назначения и необходимости разработки инвертора инвертор для преобразования постоянного тока в переменный для управления двигателем в климатической установке для кабины машиниста тепловоза ТЭП70БС на предприятии было принято решение о проектировании универсальной системы управления и контроля работы любого электродвигателя. Для начала, инвертор планируется поставлять только в комплекте с указанной климатической установкой, в будущем же ему найдется применение под другие приборы, работающие от переменного напряжения.
Зачем, собственно, нужен инвертор? Если управление токами асинхронного электродвигателя осуществляется исключительно механически, показатели токов будут значительно превышать номинальные значения, что неминуемо окажет отрицательное влияние на качестве работы механизма и сроке его службы, а также станет причиной существенного повышения расходов электроэнергии. Работа частотных преобразователей основана на электронном управлении током, благодаря чему обеспечивается плавность пуска и регулировки привода.
Использование инверторов совместно с асинхронными
электродвигателями позволяет получить такие преимущества, как:
— существенное (до 60%) сокращение расходов электроэнергии;
— повышение плавности пуска и остановки электродвигателя;
— точная регулировка интенсивности вращения вала в широком диапазоне;
— ограничение необходимых для запуска двигателя значений токов до номинальных;..



Купить