Разработка конструкции и технологии изготовления частотного преобразователя
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ1.1 Анализ схемы электрической принципиальной
1.2 Анализ условий эксплуатации устройства
1.3 Расширенное техническое задание
1.4 Анализ и сравнение аналогов
1.5 Анализ элементной базы
2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА
2.1 Обоснование и выбор материалов
2.2 Обоснование конструкции изделия
3 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ
3.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства
3.2 Расчет параметров электрических соединений
3.3 Расчет радиатора
3.4 Расчет теплового режима
3.5 Расчет надежности
3.6 Расчет на механические воздействия
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Анализ технологичности конструкции изделия
4.2 Разработка технологической схемы сборки для узла А2
4.3 Выбор типового технологического процесса сборки и монтажа узла А2
4.4 Выбор технологического оборудования и оснастки и анализ варианта маршрутной технологии сборки и монтажа изделия
4.5 Разработка варианта маршрутно-операционной технологии
4.6 Организация системы управления качеством изделия
5 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
5.1 Планирование работ на этапе разработки изделия
5.2 Расчет затрат на разработку изделия
5.3 Расчет затрат на стадии изготовления макетного образца
5.4 Расчет производственной себестоимости
6 ОХРАНА ТРУДА
6.1 Производственная санитария
6.2 Промышленная безопасность
6.3 Пожарная безопасность
7 Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях
7.1 Чрезвычайные ситуации, характерные для проектируемого объекта 92
7.2 Меры по ликвидации ЧС
7.3 Защита населения
7.4 Оказание первой медицинской помощи пострадавшим в ЧС
7.5 Повышение устойчивости радиоэлектронной и оптической
аппаратуры
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
РИЛОЖЕНИЕ А Перечень элементов ПАЛ.437293.001 ПЭ3
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Спецификация ПАЛ.302821.001
ПРИЛОЖЕНИЕ В Спецификация ПАЛ.302822.001
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Спецификация ПАЛ.437293.001
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Деталировки корпуса, оригинальных изделий…108
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Комплект документов на технологический процесс сборки и монтажа
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время практически 60% всей вырабатываемой электроэнергии потребляется электродвигателями. Они используются в различных технологических процессах, работают на всевозможных установках. Поэтому достаточно остро стоит задача экономии электроэнергии и уменьшения стоимости электродвигателей. Трехфазные асинхронные двигатели считаются достаточно универсальными и наиболее дешевыми, но в то же самое время подключать их к однофазной сети и управлять частотой вращения достаточно сложно.
Частотные преобразователи используются для управления скоростью вращения трёхфазных асинхронных двигателей. Позволяют существенно сократить энергопотребление устройств с электродвигателями. Обеспечивают защиту двигателя. Позволяют очень точно изменять скорость вращения двигателя. С помощью частотных преобразователей можно осуществлять дистанционное наблюдение и управление асинхронным двигателем. Их можно использовать везде, где есть электродвигатели. Применение преобразователей частоты может быть самым разнообразным, в силу их обширной функциональности.
Управление частотой вращения электродвигателя требуют различные автоматические линии (конвейеры, линии фасовки и упаковки, устройства обдува и охлаждения и т. д.) на которых невозможно применение многоскоростных редукторов из-за необходимости непрерывной работы установки. Заманчива перспектива, увеличения номинальной частоты вращения двигателя, вдвое и более раз или использование малогабаритных двигателей рассчитанных на частоту питающей сети 400-1000 Гц и имеющие меньшую массу и стоимость.
Предлагаемая система управления работает от однофазной сети 220 вольт и позволяет плавно менять обороты двигателя и отображать частоту инвертора на двухразрядном цифровом индикаторе. Дискретность изменения частоты инвертора составляет 1 Гц и регулируется в пределах от 1 до 99 Гц. В предлагаемой схеме используется число-импульсный метод управления асинхронным двигателем с частотой модуляции 10 кГц позволяющий получать синусоидальный ток на обмотках двигателя [1].
Данная модель является довольно простой по сравнению с большинством существующих аналогов в плане функциональности, но вместе с тем она проста в управлении. А также предполагается, что ее себестоимость будет ниже себестоимости частотных преобразователей такой же мощности.
Целью данного дипломного проекта является разработка конструкции и технологии изготовления блока РЭА – частотного преобразователя, позволяющего регулировать частоту вращения вала электродвигателя. Задачами дипломного проекта являются: анализ исходных данных, схемы электрической принципиальной и условий эксплуатации изделия; составление расширенного технического задания; разработка конструкции блока; проведение конструкторских расчетов; проектирование технологического процесса сборки и монтажа РЭА; расчет экономической эффективности изделия; формулировка требований по технике безопасности и охране труда. В результате выполнения дипломного проекта будет разработан комплект конструкторской и технологической документации.
1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
1.1 Анализ схемы электрической принципиальной
Схема состоит из управляющего устройства DD2, применен микроконтроллер PIC16F628-20/P работающий на частоте 20 МГц, кнопок управления «Пуск» (SA4), «Стоп» (SA3), кнопки уменьшения и увеличения частоты соответственно SA1, SA2. Двоично-семисегментного дешифратора DD1, светодиодных матриц HG1, HG2. Узла торможения VT3, VT4, K1.
В силовой цепи используется трехфазный мостовой драйвер DD3 IR2130 фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER имеющий три выхода для управления нижними ключами моста и три выхода для ключей с плавающим потенциалом управления. Данная микросхема имеет систему защиты по току, которая в случае перегрузки выключает все ключи а также предотвращает одновременное открывание верхних и нижних транзисторов и тем самым предотвращает протекание сквозных токов. Для сброса защиты необходимо установить все единицы на входах HN1 - HN3 и LN1 – LN3. В качестве силовых ключей применены IGBT транзисторы IRG4BC20KD. Цепь перегрузки состоит из датчика тока R14 делителя напряжения R11-R13 позволяющего точно установить ток срабатывания защиты, и интегрирующей цепочки R8 – C5 которая предотвращает ложное срабатывание токовой защиты в моменты коммутаций. Напряжение срабатывания защиты составляет 0,5 В по входу ITRP (DD3). После срабатывания защиты на выходе FAULT (открытый коллектор) появляется логический ноль, зажигается светодиод HL1, и закрываются все силовые ключи. Двигатель необходимо включить по схеме звезды.
Источник питания состоит из мощного диодного моста VD12-VD15, токоограничительного резистора R25, фильтрующей емкости C14, емкость C16 предотвращает всплески, которые будут возникать при коммутациях на паразитных индуктивностях схемы. А также маломощного трансформатора T1, стабилизатора напряжения 15 В DА2 для питания схемы драйвера, и стабилизатора напряжения 5 В DА1 для питания микроконтроллера и схемы индикации.
Конденсатор C16 должен быть типа К78-2 на 600-1000 вольт. Трансформатор T1 мощностью 0,5-2 Вт. Обмотка должна выдавать 19-20 вольт [1].
1.2 Анализ условий эксплуатации устройства
Устройство «Частотный преобразователь» используется в производственных помещениях, цехах, следовательно, имеет промышленную категорию размещения – 3. Прибор предполагается использовать в зоне с умеренным и холодным климатом (УХЛ). В соответствии с ГОСТ 15150-69 на устройство будут воздействовать следующие климатические факторы:
а) температура окружающего воздуха в пределах от минус 10 до плюс 45 °С;
б) предельное содержание коррозионно-активных веществ:
сернистого газа – от 8 до 100 мг/м2 за сутки (от 0,01 до 0,125 мг/м3),
хлоридов – не более 0,12 мг/м2 за сутки [2];
в) относительная влажность окружающего воздуха (при температуре плюс 25 °С) 93 %;
г) атмосферное давление от 84 до 107 кПа [3].
Так как данное устройство относится к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях и т.п. оно может подвергаться динамическим воздействиям. Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭА находятся в пределах:
а) вибрации от 10 до 70 Гц, виброперегрузка от 1 до 4 g;
б) ударные ускорения – до 98 м/с2, длительностью от 5 до 10 мс, частотой от 40 до 80 мин-1;
в) линейные перегрузки от 2 до 4 g [3].
В техническом задании на разрабатываемое устройство условия эксплуатации определены по ГОСТ 25467-82. Группа исполнения изделия по стойкости к механическим факторам – М2 [4].
1.3 Расширенное техническое задание
1. Наименование изделия: “Частотный преобразователь”.
2. Назначение: преобразователь предназначен для подключения трехфазного асинхронного двигателя к сети 220 вольт и регулировки частоты вращения вала электродвигателя.
3. Состав устройства: блок управления прибором, блок сетевого питания, управляющего устройства (микропроцессора), силового блока (коммутация нагрузки), драйвера управления силовым блоком, блок торможения, блок защиты от перегрузки, блок индикации.
4. Устройство относится к группе переносной РЭА.
5. Класс климатического исполнения - УХЛ (макроклиматический район с умеренным и холодным климатом).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
