Элементы аналоговой и дискретной автоматики

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Алтайский Государственный Технический  Университет

им. И. И. Ползунова

 

 

 

 

Кафедра АЭП и ЭТ

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Элементы аналоговой и дискретной автоматики»

 

 

 

 

ВАРИАНТ №44231

 

 

Автор работы _____________                                                                      Рязанцев В.Ю.                                                                                                                                                                                      подпись, дата                                Ф.И.О.

 

   Группа ЭТ-31

 

 

Руководитель работы_________________                                                Стальная М.И.

                                                          подпись, дата                                                                                                        Ф.И.О.

 

 

  Работа защищена ____________________                    Оценка_______________________

                                                                 подпись, дата

 

   Члены комиссии _____________________                                _____________________

                                      подпись, дата                                                                                                    Ф.И.О.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Барнаул 2007

  

Содержание:

 

Задание на курсовую работу…………………………………………………………….........3

Введение…………………………………………………………………………………..…......4

1. Расчет схемы тиристорного преобразователя и выбор тиристоров…………..…….5
2. Выбор датчиков контролируемых параметров и тиристоров ……………..…..……7

2.1 Датчик тока…………………………………………………………………………....……7

2.2 Датчик напряжения………………………………………………………………..…........7

3. Схема автоматического контроля чередования фаз………………...….......................8
4. Схема контроля исправности тиристоров………………………………..……..…......10
5. Схема контроля величины питающего напряжения…………………………..…….11
6. Линии задержек и расчет тактовых генераторов.........................................................12
7. Схема сигнализации и пульт сигнализации.…...…..……………………….......…….14

Заключение……………………………………………………………………......……..….…15

Список литературы…………..........................……………………………......……………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на курсовую работу

 

1. Расчет и выбор тиристоров в тиристорном преобразователе;
2. Разработать схему автоматического контроля и сигнализации (САКС) исправности тириристорного преобразователя;
3. Разработать САКС контроля порядка чередования фаз;
4. Разработать САКС контроля отклонения измеряемого параметра от заданного значения;
5. Выбрать и обосновать применяемые в САКС датчики контролируемых параметров;
6. Спроектировать пульт сигнализации.

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные для варианта 44231

 

Тиристорный преобразователь Тип преобразователя Число тиристоров в ветви Число параллельных ветвей	3-х фазный с нулевой точкой 2 3
Параметры сети Фазовое напряжение U, В Фазовый ток I, А Частота питающей сети f, Гц Порядок чередования фаз	1500 1100 50 СВА
Отклонение Контролируемый параметр Знак отклонения Допустимые пределы, Х Точность измерения, %	U - 15 0,05
Выдержка времени Задержка по времени при включении  на обрыв t1, с То же, но в импульсах Задержка по времени при отклонении параметра t2, с То же, но в импульсах	5   20   6 5
Схемное решение Базис микросхем Печатная плата на блок	К155 черед. фаз

 

 

 

 

  Введение

 

Полупроводниковые выпрямительные агрегаты нашли широкое применение в различных областях промышленности. Они используются для питания процессов электролиза в цветной металлургии и химической промышленности; для питания систем электропривода постоянного тока различного назначения и мощности; для возбуждения крупных электрических генераторов; для тяговых подстанций и магистральных электровозов переменного тока и для удовлетворения многих других потребностей народного хозяйства.

Поэтому стоит необходимость в расчёте и проектировании устройств контроля и сигнализации полупроводниковых преобразователей. Эти устройства используют элементы аналоговой и дискретной автоматики, способные работать непосредственно с различными устройствами числового программного управления станков и технологических линий.

В данной работе представлена разработка системы автоматического контроля работоспособности мощного управляемого полупроводникового выпрямителя, позволяющей  определять короткое замыкание тиристоров в ветвях составного тиристорного плеча, короткое замыкание ветви плеча, обрыв ветви, контролировать порядок чередования фаз, а также производить своевременную сигнализацию при возникновении неисправностей схемы, при изменении параметров питающей сети и текущую сигнализацию исправной работы преобразователя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет схемы тиристорного преобразователя и выбор тиристоров

 

На рис. 1.1 изображена трехфазная нулевая схема тиристорного преобразователя, с числом последовательно включенных тиристоров в ветви m=2 и параллельных ветвей n=3, так же на ней показана схема контроля напряжения (СКН), система автоматического контроля чередования фаз (САКЧФ). А на рис.1.2 схема включения датчиков тока ДТ и датчиков напряжения ДН в ветви тиристора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.2

 

 

 

 

Для выбора тиристоров задаемся действующим током тиристора  в открытом состоянии и обратным напряжением, которое определяет класс  тиристора:

        I_ф.тир= I_ф /n=1100/3=366,7 А,

   U_{обр мах}=√3∙√2 ∙ Кс·Кα·Кr ·К_Umax·U_ф / m =2,45∙1500∙1.1·1.2·1.05·1.045/2=2661 В.

          где, Кс - коэффициент запаса по напряжению учитывающие возможное снижение напряжения в сети. Кα - коэффициент полного открытия тиристоров. Кr - коэффициент падения напряжения в тиристоре. КUmax - коэффициент схемы.  

По справочным данным [3] выбираем тиристор Т143-400 класс 27.

Действующий ток в открытом состоянии - 400 А, обратное напряжение - 2700 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор датчиков контролируемых параметров и тиристоров

 

2. 1. Датчик тока

 

Датчик тока состоит из кольцевого концентратора 1, выполненного из трансформаторной стали и расположенного вокруг контролируемой цепи 2; магнитодиода 3, расположенного в зазоре концентратора [5]. При протекании тока через проводник вокруг него образуется электромагнитное поле, которое замыкается через концентратор, что приводит к срабатыванию магнитодиода рис.2.1а. Электрическая схема датчика изображена на рис.2.1б. Достоинством такого датчика является полная электрическая независимость управляющих и исполнительных цепей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. 1

 

2. 2. Датчик напряжения

 

 

В качестве датчика наличия напряжения между управляющим электродом и катодом используем геркон (рис.2.2.). На катушку намагничивания подают напряжение между управляющим электродом и катодом, при наличии напряжения контакты геркона замкнуты, при отсутствии напряжения контакты размыкаются. У геркона частота включения равна 1000 Гц, следовательно, его можно использовать при  частоте 50 Гц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.2

 

 

 

 

 

3. Схема автоматического контроля чередования фаз

На рис. 2.4 изображена диаграмма работы датчика контроля чередования фаз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. 4

 

Сигналы с фаз CBA  поступает на вход логической схемы (рис. 2.5) преобразующей их согласно  уравнениям. При правильном чередовании фаз на выходе схемы (Y) появляется сигнал. Как видно из тактовой диаграммы выходной сигнал прерывистый, поэтому при световой сигнализации правильного чередования фаз необходимо на выходе датчика параллельно со светодиодом включить емкость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для реализации печатной платы используем микросхемы К155ЛЛ1 и К155ЛИ1

 

 

К155ЛЛ1                        К155ЛИ1

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим печатную плату схемы контроля чередования  фаз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  Схема контроля исправности тиристоров

 

Блок контроля исправности тиристоров сигнализирует о появлении типа: «Обрыв ветви», «КЗ тиристора», «КЗ  ветви». При неисправности типа “К. З. ветви” отсутствует коллекторное напряжение тиристора, но есть ток в ветви. Неисправность типа “обрыв ветви” характеризуется отсутствием тока в одной ветви, причем в другой ветви ток есть. При К. З. одного тиристора отсутствует сигнал на одном из датчиков коллекторного напряжения тиристора в оба полупериода, при этом ток в ветви есть. Составим уравнения для ветви тиристорного преобразователя:

При КЗ ветви:

 

При КЗ тиристора:

 

 

При обрыве ветви:

 

Блок контроля исправности тиристоров изображен на рис 3.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. 1

 

5. Схема контроля величины питающего напряжения

 

Блок контроля напряжения состоит  из интегрального усилителя DD1.1,  работающего в режиме компаратора рис. 4. 1 [2]. Здесь пульсирующий входной сигнал U_н снимается с нагрузки Rн через делитель R1, R2, и сглаживается конденсатором С1. При R1=200 кОм, R2=1 кОм и U_р = 1500 В входной сигнал на компараторе будет равен:

        

Согласно заданию допустимый предел отклонения контролируемой величины составляет 15%, тогда опорное напряжение компаратора будет равно

 

При номинальном напряжении нагрузки U_вх> U_оп на выходе компаратора будет логическая единица, как только рабочее напряжение снизится более чем на 15% (контроль на снижение), то U_вх< U_оп и на выходе операционного усилителя напряжение будет отрицательным, диод VD1 закроется и U_вых = 0. Наличие положительной обратной связи через резисторы R5, R6 обеспечивает скачкообразное изменение выходного сигнала.