【正文】 電力電子技術(shù) 》 和 《運(yùn)動控制系統(tǒng)》 等課程內(nèi)容 的深入了解，會運(yùn)用所學(xué)知識來設(shè)計(jì)一般的控制系統(tǒng)。對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。 以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上 穩(wěn)定運(yùn)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 。 為了節(jié)能，并實(shí)行無觸點(diǎn)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。 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”。 （ 2） 晶閘管可控整流器（ VM 系統(tǒng) ） 。 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。適用于額定轉(zhuǎn)速以上的小范圍內(nèi)無級調(diào)速場合。 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(jì)方法，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選型設(shè)計(jì)、維護(hù)運(yùn)行工作都有重要意義。電動機(jī) +控制裝置 =電力傳動自動控制系統(tǒng)。 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(jì)， 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(jì)； 整流設(shè)備過電壓 、 過電流保護(hù)電路計(jì)算選擇；觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)；反饋電路參數(shù)的 選擇與計(jì)算； 繼電器 接觸器控制電路設(shè)計(jì) ； 整體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 并 給出了 10kW 直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 。 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(jì)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(jì)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(jì)的基本內(nèi)容 主電路計(jì)算 整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算 晶閘管的選擇 平波電抗器參數(shù)計(jì)算 整流設(shè)備保護(hù)電路計(jì)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(jì)算 換相過電壓保護(hù)及參數(shù)計(jì)算 非線性元件保護(hù)及參數(shù)計(jì)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(jì)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(yàn) 5 反饋電路參數(shù)的 選擇與 計(jì)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(jì)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(jì) 7 10kW 直流 調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 8 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(gè)方面。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。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。使 R? 增大（串電阻 R） ，則 n 下降。直流發(fā)動機(jī)機(jī)組的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖 7 11 所示。 8 VM 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 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。 直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)圖，如圖 13（ a） 所示。 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)。 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(shí)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(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。 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(shí)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。 本 次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè) 可調(diào)傳動 直流控制系統(tǒng)。 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)。 （ 1）起動的沖擊電流。 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(shí)電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。比較電壓 U 可以利用獨(dú)立的電源，在反饋電壓 dsIR和比較電壓 U 之 15 間串接一個(gè)二極管 VD 組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖 22(a)所示；也可以利用穩(wěn)壓管 VST 的擊穿電壓 brU 作為比較電壓，組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖 22(b)所示。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可選擇變壓器。記為 rU?? ，在額定工作條件下，一般取為（ %～ %） UdN。 由變壓 器容量計(jì)算公式，得 1 1 13 3 38 0 13 .7 15 .6 kV AS U I? ? ? ? ? 2 2 23 3 11 0 45 14 .8 5k V AS U I? ? ? ? ? ? ? ? ?1211 1 5 . 6 1 4 . 8 5 1 5 . 3 k V A22S S S? ? ? ? ? 考慮勵磁功率 ? ?2 2 0 1 .6 W 0 .3 5 2 k WLP ? ? ?，取變壓器容量 S=，1 14I ? A， 2 46I ? A。直流電動機(jī)負(fù)載需要的只是直流分量，交流分量不但不能產(chǎn)生有用的能量轉(zhuǎn)換，而且對負(fù)載運(yùn)行十分不利。 當(dāng)可控整流器負(fù)載電流低于一定程度時(shí)，會出現(xiàn)輸出電流不連續(xù)的現(xiàn)象，對電動機(jī)等負(fù)載的工作將產(chǎn)生不利的影響。 最終，取平波電抗器 P 20mHL ? 。 24 圖 32 過電壓保護(hù)方法及配置位置 A－避雷器； B－接地電容； C、 G－阻容保護(hù)； D－整流式阻容保護(hù)； E、 H－壓敏電阻； F－換相過電壓保護(hù)； 阻容保護(hù)及參數(shù)計(jì)算 （ 1）交流側(cè)阻容保護(hù)及參數(shù)計(jì)算。當(dāng)快速熔斷器熔斷或直流快速開關(guān)切斷時(shí)，因直流側(cè)電抗器釋放儲能，會 在整流器直流輸出端造成過電壓。如 圖 32 中 F 處。 可選用 1 mA 200VU ? 的金屬氧化物壓敏電阻。在發(fā)生過電流時(shí)，利用其快速熔斷特性和晶閘管過載特性相配合，使其先期熔斷并切斷電路，保護(hù)晶閘管。 設(shè)電路正常工作狀態(tài)通過快速熔斷器的電流有效值為 RI ，則應(yīng)按下式選擇 R R N 7I I I?? （ 328） 式中， TaI 為晶閘管的通態(tài)額定電流。 在觸發(fā)電路直流電源電壓為 15V 時(shí)，脈沖變壓器匝數(shù)比為 2： 1， 可獲得 6V 左右的電壓，脈沖變壓器一次測電流只要大于 75mA，即可滿足晶閘管要求。 圖 42 同步變壓器的連接 32 5 反饋電路參數(shù)的 選擇與 計(jì)算 轉(zhuǎn)速與電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖 21 所示。 電動機(jī)電動勢常數(shù) 2 2 0 5 5 0 . 5 0 . 1 9 31000N N ae NU I RC n? ??? ? ? ? （ 51） 測速發(fā)電機(jī)電動勢常數(shù) 40 0 .0 220xxTGe T G T GN T GEC n? ? ? ? （ 52） （ 2）整流裝置的內(nèi)阻 RT【 3】 。由于 ? 點(diǎn)是虛地，故 01id CUURR?? （ 59） 式中， 334RRR?? ? — 分壓電路的分壓系數(shù)。 控制電路的直流電源 這里選用 CM7815 和 CM7915 三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源， 其元件參數(shù)見表 51 所示，電源 原理圖 如圖 52 所示。轉(zhuǎn)速可通過測量測速發(fā)電機(jī)輸出電壓獲得，根據(jù)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)測速發(fā)電機(jī)輸出電壓為 20V，故選用 30V、 59C5V 型直流電壓表改裝的轉(zhuǎn)速表，滿量程為 1500 日 /min。其元件布置圖、印刷版圖的繪制及印刷版的制作方法在此不再詳述。對于電感負(fù)載，脈沖移相范圍為 0o～ 90o，而三相橋 α 角計(jì)算起點(diǎn)為相電壓交點(diǎn)，以1n 晶閘管為例，既 U 相電壓過零點(diǎn)后移 30o，故 1n 晶閘管移相范圍對應(yīng) U 相電壓 30o～ 120o。 觸發(fā)電路的調(diào)整 暫不接反饋環(huán)節(jié)，閉合 Q，觸發(fā)電路接通電源，用示波器觀察各點(diǎn)波形，如V U W 220V/15W 2 F/630V U 39 有鋸齒波，但后邊無波形或無削波波形，可調(diào)偏置電位器和給定電位器，使波形正常，調(diào)斜率電位器，使鋸齒波斜率一致，脈沖間隔為 60o?？上葯z查晶閘管的控制極有無脈沖。為防止萬一，可在電動機(jī)回路中串入起動電阻?？梢赃@樣來調(diào)整：先轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速反饋電位器，跳定在一個(gè)位置，既有一定反饋強(qiáng)度；然后增加給定電壓，將電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來，測量電動機(jī)轉(zhuǎn)速。 參考文獻(xiàn)： [1] 陳伯時(shí)主編 .電力拖動控制系統(tǒng) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1984 [2] 李忠文主編 .實(shí)用電機(jī)控制電路 . 北京：化學(xué)工程出版社， 20xx [3] 張明達(dá)主編 .電力拖動控制系統(tǒng) . 北京：冶金工業(yè)出版社， 1983 [4] 孫虎章主編 .自動控制系統(tǒng) . 北京：中央廣播電視大學(xué)出版社， 1984 [5] 楊興姚主編 .電動機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng) . 北京：水利電力出版社， 1979 [6] 熊光楞主編 .控制系統(tǒng)數(shù)字仿真 . 北京：清華大學(xué)出版社， 1982 [7] 黃柯棣主編 .系統(tǒng)仿真技術(shù) . 長沙：國防科技大學(xué)出版社， 1998 [8] 陳治明主編 .電力電子器件 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [9] 邵丙衡主編 .北京電力電子技術(shù) . 北京：中國鐵道出版社， 1997 [10] 張明勛主編 .電力電子設(shè)備和應(yīng)用手冊 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [11] 石玉等主編 .電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 1998 41 [12]宋文祥，陳國呈 .一種具有中點(diǎn)電位平衡功能的三電平空間矢量調(diào)制方法及其實(shí)現(xiàn) .中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) .,. 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