【正文】 第 1 篇 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 1 章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)及要求 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) PN(KW) UN(V) IN(A) NN(r/min) Ra(Ω ) GDa2（ Nm2） P極對(duì)數(shù) Z281 26 230 113 1450 1 設(shè)計(jì)要求： 系統(tǒng)調(diào)速范圍 D=10,S≤ 5%，電流脈動(dòng)系數(shù) Si≤ 10%。 調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 計(jì)算電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù) eC ： 由 14 50 ?????? N ANNe n RIUC v min/r, 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)， 系統(tǒng)額定速降為 : ??????? edNN C RIn r/min, aRR 2? . 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率 : %% 0 ???????? NN NN nn nS ，大大超過了 S≤ 5%. 若 D=10， S≤ 5%.，則 ? ? ? ? m in/ 01 rsD snn NN ??????? ?，可知開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降是 min/r ，而工藝要求的是 min/r ，故開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)無(wú)能為力，需采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 因調(diào)速要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由過流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡(jiǎn)單，工作可靠，裝載體積小，宜用 KJ004 組成的六脈沖集成觸發(fā)器 該 系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定。采用三相全控橋式整流電路供電。 調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 21所示。 2 與電動(dòng)機(jī)同軸 安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī) TG，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓 nU ，與給定電壓 *nU 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 nU? ，經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大后，作為電流調(diào)節(jié)器的給定，與電流反饋信號(hào)相減后得到電流偏差 iU? ，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器放大后，去控制觸發(fā)器的導(dǎo)通角，從而改變輸出電壓，達(dá)到變壓調(diào)速的目的。 主電路的選擇 一般說(shuō)來(lái)，對(duì)晶閘管整流裝置在整流器功率很小時(shí)（ 4KW 以下），用單相整流電路，功率較大時(shí)用三相整流 電路。這樣可以減小負(fù)載電流的脈動(dòng)。由于所提供的電動(dòng)機(jī)為10KW。故主電路采用三相整流電路。 在三相整流電路中，主要有三相零式整流電路、三相全控橋式整流電路和三相半控橋式整流電路。三相零式電路突出的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對(duì)需要 220V 電壓的用電壓的用電設(shè)計(jì)直接用 380V 電網(wǎng)供電，而不需要另設(shè)整流變壓器。但缺點(diǎn)是要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動(dòng)大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。因零線流過負(fù)載電流，在零線截面小時(shí)壓降大。而三相全控橋式整流電路，在輸出 電流和電壓相同時(shí)，電源相電壓可較三相零式整流電路小一半。因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。變壓器二次繞組電流中沒有直流分量，種用率高。輸出整流電壓脈動(dòng)小，所以平波電抗器容量就可以小一些。三相全控橋式整流電路的缺點(diǎn)是整流器件用得多，需要六個(gè)觸發(fā)電路，需要 220V 電壓的設(shè)備也不能用 380 電網(wǎng)直接供電，而要用整流變壓器。三相半控橋式整流電路，雖然只用三只晶閘管、三個(gè)觸發(fā)電路，但整流輸出電壓脈動(dòng)大，且不能用于需要有源逆變的場(chǎng)合。 綜合上述三種三相整流電路，及根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，主電路選用三相全控橋式整流電路。又 由于 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為 220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器 觸發(fā)器 M TG *nU + nU dL dU 圖 1 調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 iU 轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器 電流反饋 *iU 3 器采用 D/Y 聯(lián)結(jié)。 觸發(fā)電路的選擇 目前觸發(fā)電路主要有阻容移相觸發(fā)電路、單結(jié)晶體觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路、鋸齒波同步觸發(fā)電路，以及集成觸發(fā)電路等。對(duì)常見的幾種觸電發(fā)電路進(jìn)行綜合考慮，集成觸發(fā)電路具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而選用集成觸發(fā)電路。觸發(fā)集成芯片采用目前比較常用的 KC系列。 第 2 章 主電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為 230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用 三相降壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用 D/Y 聯(lián)結(jié)。 整流變壓器的設(shè)計(jì) 變壓器二次側(cè)電壓 U2 的計(jì)算 U2 是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無(wú)法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即： )( c o s22m inm a x2NshTdIICUA nUUU ??? ?? （ 21） 式中 maxdU 整流電路輸出電壓最大值； nUT 主電路電流回路 n個(gè)晶閘管正向壓降； C 線路接線方式系數(shù)； Ush 變壓器的短路比，對(duì) 10～ 100KVA， Ush =～ ； I2/I2N變壓器二次實(shí)際工作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。 在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即： ? ? BAUU d?~12 ? 22） 式中 A理想情況下，α =0176。時(shí) 整流電壓 0dU 與二次電壓 2U 之比 , 即A= 0dU / 2U ； B延遲角為α?xí)r輸出電壓 2U 與 0dU 之比，即 B= dU / 0dU ； ε —— 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ? BAUU d?~12 ? (23) 由表查得 A=；取ε =；α角考慮 10176。裕量，則 B=cosα = ? ? VU 133~ ~12 ???? 取 U2=120V。 5 電壓比 K=U1/U2=380/120=。 一次、二次相電流 I I2 的計(jì)算 由表查得 1IK =, 2IK = 考慮變壓器勵(lì)磁電流得： AK IKI dI 11 ???? AIKI dI 1 38 1 ???? 變壓器容量的計(jì)算 1111 IUmS ? （ 24） 2222 IUmS ? ； （ 25） )(21 21 SSS ??? ； （ 26） 式中 21,mm 一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)； 由表查得 3,3 21 ?? mm 1111 IUmS ? =3179。 380179。 = KVA 2222 IUmS ? =3179。 120179。 = KVA )(21 21 SSS ??? =（ +） /2 = KVA 取 S= KVA 晶閘管元件的選擇 晶閘管的額定電壓 晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓 TNU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） mU 整流電路形式為三相全控橋，查表得 26UUm ? ，則 ? ? ? ? ? ? VUUU mTN ~~263~23~2 2 ?????? （ 27） 取 700?TNU V. 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值 TNI 大 6 于實(shí)際流過