【正文】 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 負載獲得較為平穩(wěn)的直流電流。這兩方面的技術要求就是設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%2 . 3 4 c o s 2 . 3 4 c o s1002 2 0 2 0 . 8 0 . 5 552 . 3 4 0 . 9 5 c o s 2 5 1 . 5 1 . 1 71001 1 6 . 1 3 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 d dcrII? 時，電流負反饋被截止，靜特性和只有轉速負反饋調速系統(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 d dcrII? 時，引入了電流負反饋，靜特性變成 *p s n c o m p s s dee( ) ( )(1 ) (1 )K K U U R K K R In C K C K???? (24) 16 圖 24 帶電流截止負反饋的閉環(huán)直流調速穩(wěn)態(tài)結構圖 這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特性。后者線路更為簡單。這種方法叫做電流截止負反饋，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，就應該引入那個物理量的負反饋。例如，由于故障 、 機械軸被卡住或挖土機運行時碰到堅硬的石塊等等。 U C RH CTi, f e ed b a ckU + 3R1R C+ RR/2R*nUd b rIU? ?01R02R03R 14 采用轉速負反饋的閉環(huán)調速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當于偏差電壓，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，主接觸器主觸頭應在勵磁繞組通電后方可閉合，同時設有弱磁保護環(huán)節(jié)。采用電流截止負反饋進行限流保護，出現(xiàn)故障電流時由過流繼電器切斷主電路電源。 13 2 調速系統(tǒng) 方案的選擇及其 工作原理 調速系統(tǒng) 方案的確定 由于電動機 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的轉速，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)設計的內容及要 求 為了進一步提高對所學知識的運用能力，以及對 《 自動控制原理 》 、 《 電力電子技術 》 和 《運動控制系統(tǒng)》 等課程內容 的深入了解，會運用所學知識來設計一般的控制系統(tǒng)。對于同一個調速系統(tǒng)， ?nN 值一定，由式（ 18）可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求 s 值越小 時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。對于同樣硬度的特性，理想空載轉速越低時，靜差率越大，轉速的相對穩(wěn)定度也就越差。 （ 2）靜差率 s。 以一定的精度在所需轉速上 穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉速波動，以確保產品質量； （ 3）加、減 速 。 直流 PWM 調速系統(tǒng)作為一種新技術，發(fā)展迅速，應用日益廣泛，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)動機機組 由原動機 M（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現(xiàn)變流，由 G 給需要調速的直流電動機 M 供電，調節(jié) G 的勵磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，從而調節(jié)電動機的轉速 n。 因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以調壓調速為主。由于串電阻要消耗功率，機械特性變差（軟）。適用于額定轉速以上的小范圍內無級調速場合。降壓調速屬于恒轉矩調速。 就本課題而言， 10kW 及其 以下 直流調速系統(tǒng)是目前廣泛采用的一種電力控制系統(tǒng)，掌握其工程設計方法，對產品設計、選型設計、維護運行工作都有重要意義。因此，長期以來（ 20 世紀 80 年代以前）在變速傳動領域中，直流調速一直占據(jù)主導地位。電動機 +控制裝置 =電力傳動自動控制系統(tǒng)。電動機負荷約占總發(fā)電量的 60%～ 70%，成為用電量最多的電氣設備。 本課題對在工業(yè)生產中使用較多的 10kW 直流電動機調速系統(tǒng) 進行設計， 主要 內容有： 調速系統(tǒng)方案的選擇及其工作原理； 調速系統(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 ） 工程設計； 整流設備過電壓 、 過電流保護電路計算選擇；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 接觸器控制電路設計 ； 整體電路結構設計； 并 給出了 10kW 直流調速系統(tǒng)電氣原理總圖 。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣、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 控制技術領域中， 今后 相當長時期內 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 直流調速方法及發(fā)展歷史 直流電動機調速方法 直流調速發(fā)展過程 本設計涉及主要性能技術指標 轉 速控制要求 主要性能指標 本 次畢業(yè)設計的內容及要求 2 調速系統(tǒng) 方案的選擇及其 工作原理 調速系統(tǒng)方案的確定 調速系統(tǒng)的工作原理 問題的提出 解決方法 帶截流反饋的轉速負反饋調速系統(tǒng)工作原理 3 調速系統(tǒng) 工程設計的基本內容 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 整流設備保護電路計算 過電壓保護 過電壓保護的設置 阻容保護及參數(shù)計算 換相過電壓保護及參數(shù)計算 非線性元件保護及參數(shù)計算 過電流保護 4 過電流保護裝置 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)電機的選擇 電流反饋環(huán)節(jié)的選擇 調速系統(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 接觸器控制電路設計 7 10kW 直流 調速系統(tǒng)電氣原理總圖 8 結構設計 9 調試、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系 放大器的檢查 觸發(fā)電路的調整 電阻性負載的調試 電動機負載調試 1 緒論 5 課題現(xiàn)狀、目的和意義 在用電系統(tǒng)中，電動機作為主要的動力設備而廣泛地應用于工農業(yè)生產、國防、科技及社會生活等各個方面。為了控制電動機的運行，就要為電動機配上控制裝置。采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調速特性。 有理由 相信在未來高性能的拖動技術領域中，特別是在微特功率控制電機調速系統(tǒng)， 在 相當長時期內仍將采用直流 可調傳 動系統(tǒng)。使電樞供電電壓 dU 下降，則電動機轉速 n 下降，由于電動機繞組絕緣有限，電動機電樞電壓不能高于額定電壓 NU ，所以是降壓調速，Nnn? ，適用于額定轉速以下一定范圍 內的無級調速的場合。由于磁通 ? 超過額定值易飽和，所以只能弱磁調速。使 R? 增大（串電阻 R） ，則 n 下降。改變電阻只能有級調速；減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速（即電機額定轉速）以上作小范圍的弱磁升速。直流發(fā)動機機組的結構原理圖，如圖 7 11 所示。 此系統(tǒng)設備多、體積大、費用高、效率低；但運行可靠、維護方便，在目前的生產設備中尚有 應用。 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)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術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損 壞器件。 直流斬波器的基本結構圖，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構圖 這樣，電動機得到的平均電壓為 ond s stU U UT ??? （ 12） 式中 T—晶閘管的開關周期； ont —開通時間； ? —占空比， ? = ont / T = ont f ； 其中， f 為開關頻率。 綜上所述，三種可控直流電源， VM 系統(tǒng)在上世紀 60~70 年代得到廣泛應用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。 在一定的最高轉速和最低轉速范圍內，分擋地（有級）或 平滑地（無級）調節(jié)轉速； （ 2）穩(wěn) 速 。 生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字母 D 表示，即 maxminnD n? （ 13） 其中 minn 和 maxn 一般都指電機額定負載時的轉速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉速。一般調壓調速系統(tǒng)在不同轉速下的 機械特性是互相平行的 。 設電機額定轉速 nN 為最高轉速，轉速降落為 ?nN， 則按照上面的分析，該系統(tǒng)的靜差率應該是最低速時的靜差率，即 NN0 m in m in Nnns n n n???? ?? （ 15） 于是，最低轉速為 11 NNm in N (1 )n s nnnss? ? ?? ? ? ? （ 16） 而調速范圍為 max Nmin minnnD ?? （ 17） 將 （ 16） 式代入 （ 17） 式，得 NN (1 )nsD ns?? ?? （ 18） 式（ 18）表示調壓調速系統(tǒng)的調速范圍、靜差率和額定速降之間所應滿足的關系。 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)設計要求 設計一個 可調傳動 直流控制系統(tǒng)。 調速范圍 D=10， 系統(tǒng)靜差率 s5%； 電流脈動系數(shù)： m? ≤ 10%。 又因 調速精度要求較高，故選用轉速負反饋調速系統(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引入。 （ 1）起動的沖擊電流。 有些生產機械的電動機可能會遇到堵轉的情況。 解決方法 為了解決反饋閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動和堵轉時電流過大的問題，系統(tǒng)中