【正文】 為臨界電感計算系數(shù)，各種整流電路的 LK 值見表 31。 由表 31 可查得常見整流電路最大的 2amUU。串聯(lián)平波電抗器可以減小電流中的交流分量，使 負(fù)載獲得較為平穩(wěn)的直流電流。這兩方面的技術(shù)要求就是設(shè)計平波電抗器電感量的依據(jù)。 變壓器參數(shù)歸納如下： 初級繞組三角 形接法， U1=380V， I1=14A；次級繞組星形接法， U2=110V，I2=46A；等值容量 ST= 晶閘管的選擇 （ 1）晶閘管的電壓定額 TNU? 。 將上述數(shù)據(jù)代入式（ 35）可得 2cum in20% c os c os100220 2 5 c os 25 100 Vd s Tkg x gU n U UUupK K KS? ? ?? ? ?????? ? ??? ? ? ? ?? 可取 2 110VU ? 。 4）交流電源系統(tǒng)電抗引起的換向過程電壓損失 dU? ：計算中，可用整流變壓器漏抗 xs 近似表示電源系統(tǒng)的電抗。 2） 整流元件正向壓降 UT：整流元件為非線性 元件，導(dǎo)通時兩端門檻電壓UT 使輸出平均電壓下降。 （ 1）次級 相電壓 U2的計算 。 （ 1）當(dāng) d dcrII? 時，電流負(fù)反饋被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式相同 【 1】 *p s n dee(1 ) (1 )K K U RIn C K C K???? (23) （ 2）當(dāng) d dcrII? 時，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成 *p s n c om p s s dee( ) ( )(1 ) (1 )K K U U R K K R In C K C K???? (24) 16 圖 24 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。后者線路更為簡單。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡稱截流反饋。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負(fù)反饋。例如，由于故障 、 機(jī)械軸被卡住或挖土機(jī)運行時碰到堅硬的石塊等等。 UCRH C Ti, f e edb ackU + 3R1R C+ RR/2R*nUd b rIU? ?01R02R03R 14 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍。為保證先加勵磁后加電樞電壓，主接觸器主觸頭應(yīng)在勵磁繞組通電后方可閉合，同時設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時由過流繼電器切斷主電路電源。 13 2 調(diào)速系統(tǒng) 方案的選擇及其 工作原理 調(diào)速系統(tǒng) 方案的確定 由于電動機(jī) 的容量較大，又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。采 用控制電樞電壓改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，電樞電壓由三相橋式整流電路提供。脈動系數(shù)可表示為 m? ? 非 正 弦 周 期 量 最 低 次 諧 波 幅 值非 正 弦 周 期 量 的 平 均 值 （ 19） 本 次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及要 求 為了進(jìn)一步提高對所學(xué)知識的運用能力，以及對 《 自動控制原理 》 、 《 電力電子技術(shù) 》 和 《運動控制系統(tǒng)》 等課程內(nèi)容 的深入了解，會運用所學(xué)知識來設(shè)計一般的控制系統(tǒng)。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)， ?nN 值一定，由式（ 18）可見，如果對靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 值越小 時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。 （ 2）靜差率 s。 以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上 穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量； （ 3）加、減 速 。 直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代 VM 系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。 為了節(jié)能，并實行無觸點控制，現(xiàn)在多用電力電子開關(guān)器件，如快速晶閘管、GTO、 IGBT 等。 在原理圖中， VT 表示電力電子開關(guān)器件， VD 表示續(xù)流二極管。 由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在 10 4以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。 （ 2） 晶閘管可控整流器（ VM 系統(tǒng) ） 。 圖 11 直流發(fā)動機(jī)機(jī)組 由原動機(jī) M（柴油機(jī)、交流異步或同步電動機(jī)）拖動直流發(fā)電機(jī) G 實現(xiàn)變流，由 G 給需要調(diào)速的直流電動機(jī) M 供電，調(diào)節(jié) G 的勵磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。 因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。由于串電阻要消耗功率，機(jī)械特性變差（軟）。適用于額定轉(zhuǎn)速以上的小范圍內(nèi)無級調(diào)速場合。降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 就本課題而言， 10kW 及其 以下 直流調(diào)速系統(tǒng)是目前廣泛采用的一種電力控制系統(tǒng)，掌握其工程設(shè)計方法，對產(chǎn)品設(shè)計、選型設(shè)計、維護(hù)運行工作都有重要意義。因此，長期以來（ 20 世紀(jì) 80 年代以前）在變速傳動領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。電動機(jī) +控制裝置 =電力傳動自動控制系統(tǒng)。電動機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的 60%～ 70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。 本課題對在工業(yè)生產(chǎn)中使用較多的 10kW 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 進(jìn)行設(shè)計， 主要 內(nèi)容有： 調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇及其工作原理； 調(diào)速系統(tǒng) 主電路 （包括 整流變壓器、三相橋式整流電路及平波電抗器 ） 工程設(shè)計； 整流設(shè)備過電壓 、 過電流保護(hù)電路計算選擇；觸發(fā)電路的選擇與校驗；反饋電路參數(shù)的 選擇與計算； 繼電器 接觸器控制電路設(shè)計 ； 整體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計； 并 給出了 10kW 直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的 電力 拖動 控制技術(shù)領(lǐng)域中， 今后 相當(dāng)長時期內(nèi) 仍將 采用直流電力拖動系統(tǒng)。 3 目錄 1 緒論 課題現(xiàn)狀、目的和意義 直流調(diào)速方法及發(fā)展歷史 直流電動機(jī)調(diào)速方法 直流調(diào)速發(fā)展過程 本設(shè)計涉及主要性能技術(shù)指標(biāo) 轉(zhuǎn) 速控制要求 主要性能指標(biāo) 本 次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及要求 2 調(diào)速系統(tǒng) 方案的選擇及其 工作原理 調(diào)速系統(tǒng)方案的確定 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 問題的提出 解決方法 帶截流反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理 3 調(diào)速系統(tǒng) 工程設(shè)計的基本內(nèi)容 主電路計算 整流變壓器額定參數(shù)計算 晶閘管的選擇 平波電抗器參數(shù)計算 整流設(shè)備保護(hù)電路計算 過電壓保護(hù) 過電壓保護(hù)的設(shè)置 阻容保護(hù)及參數(shù)計算 換相過電壓保護(hù)及參數(shù)計算 非線性元件保護(hù)及參數(shù)計算 過電流保護(hù) 4 過電流保護(hù)裝置 快速熔斷器的選擇及參數(shù)計算 過電流繼電器的選擇 勵磁電路元件的選擇 4 觸發(fā)電路的選擇與校驗 5 反饋電路參數(shù)的 選擇與 計算 測速發(fā)電機(jī)的選擇 電流反饋環(huán)節(jié)的選擇 調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)精度的計算 給定環(huán)節(jié)的選擇 控制電路的直流電源 6 繼電器 接觸器控制電路設(shè)計 7 10kW 直流 調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 8 結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 調(diào)試、修改電路參數(shù) 首先檢查接線是否正確，布線是否合理 相序檢查 檢查同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系 放大器的檢查 觸發(fā)電路的調(diào)整 電阻性負(fù)載的調(diào)試 電動機(jī)負(fù)載調(diào)試 1 緒論 5 課題現(xiàn)狀、目的和意義 在用電系統(tǒng)中，電動機(jī)作為主要的動力設(shè)備而廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及社會生活等各個方面。為了控制電動機(jī)的運行，就要為電動機(jī)配上控制裝置。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。 有理由 相信在未來高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，特別是在微特功率控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)， 在 相當(dāng)長時期內(nèi)仍將采用直流 可調(diào)傳 動系統(tǒng)。使電樞供電電壓 dU 下降，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 下降，由于電動機(jī)繞組絕緣有限，電動機(jī)電樞電壓不能高于額定電壓 NU ，所以是降壓調(diào)速，Nnn? ，適用于額定轉(zhuǎn)速以下一定范圍 內(nèi)的無級調(diào)速的場合。由于磁通 ? 超過額定值易飽和，所以只能弱磁調(diào)速。使 R? 增大（串電阻 R） ，則 n 下降。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。直流發(fā)動機(jī)機(jī)組的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖 7 11 所示。 此系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、費用高、效率低；但運行可靠、維護(hù)方便，在目前的生產(chǎn)設(shè)備中尚有 應(yīng)用。 8 VM 系統(tǒng)的優(yōu)點： 與 GM 系統(tǒng)相比較，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。 晶閘管對過電壓、過電流和過高的 dV/dt 與 di/dt 都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損 壞器件。 直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)圖，如圖 13（ a） 所示。 （ a）原理圖 （ b）電壓波形圖 t O u Us Ud T ton M + + _ _ VD VT U s 控制電路 9 圖 13 直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)圖 這樣，電動機(jī)得到的平均電壓為 ond s stU U UT ??? （ 12） 式中 T—晶閘管的開關(guān)周期； ont —開通時間； ? —占空比， ? = ont / T =ont f ； 其中， f 為開關(guān)頻率。 綜上所述，三種可控直流電源， VM 系統(tǒng)在上世紀(jì) 60~70 年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。 在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級）或 平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速； （ 2）穩(wěn) 速 。 生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即 maxminnD n? （ 13） 其中 minn 和 maxn 一般都指電機(jī)額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的 機(jī)械特性是互相平行的 。 設(shè)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為 ?nN， 則按照上面的分析，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差率，即 NN0 m in m in Nnns n n n???? ?? （ 15） 于是，最低轉(zhuǎn)速為 11 NNm in N (1 )n s nnnss? ? ?? ? ? ? （ 16） 而調(diào)速范圍為 max Nmin minnnD ?? （ 17） 將 （ 16） 式代入 （ 17） 式，得 NN (1 )nsD ns?? ?? （ 18） 式（ 18）表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。 對含有直流分量的非正弦周期電量而言， 定義最低次諧波的幅 值與平均值的比值為脈動系數(shù) m? ，其大小可表示波形的平直程度。 本 次畢業(yè)設(shè)計要求 設(shè)計一個 可調(diào)傳動 直流控制系統(tǒng)。 調(diào)速范圍 D=10， 系統(tǒng)靜差率 s5%； 電流脈動系數(shù)： m? ≤ 10%。 又因 調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。因此，勵磁繞組采用三相不可控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。 （ 1）起動的沖擊電流。 有些生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況。 解決方法 為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)