Разработка конструкции и технологии изготовления частотного преобразователя (стр. 1 из 21)
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 изделия5 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 преобразователииспользуются 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).
6. Категория размещения - 3 (эксплуатация в закрытых помещениях без искусственного регулирования температуры при отсутствии прямого солнечного излучения, воздействия осадков и ветра).
7. Конструктивные характеристики:
7.1. на передней панели прибора находятся элементы ручного управления оператором и блок индикации;
7.2. элемент коммутации располагается на передней стороне устройства снизу (клемник);
7.3. конструкция устройства должна обеспечивать подключение его к сети переменного тока напряжением 220В и подключение к преобразователю двигателя мощностью до 2 кВт;