【正文】 （ 31） 式中， ? 為整流器的控制角。 晶閘管正、反向重復峰值電壓為 26U ，即 26 2 6 9 . 4 4 VmUU? ? ? 取 ? ?2 3 5 3 8 . 8 V 8 0 8 . 3 VT N mUU? ?? （ 2）晶閘管通態(tài)平均電流 TaI 。 根據(jù)公式（ 310）有 2m i n1100 . 6 9 3 2 7 . 7 2 m H5 5 5 %LLdULK I? ? ? ?? （ 312） 式中， mindI 取 5%Id。 如 圖 32 中 C 處。 取 b ? 、 b 20R ??、 bRP ?。 快速熔斷器在電路中的接法有三種，（ 1）交流電源進線側(cè)串聯(lián)快速熔斷器的接線方法，熔斷器用量較少，對整流器的內(nèi)部、外部故障引起的短路電流均有保護作用，但對元件保護的可靠性較差；（ 2）直流輸出側(cè)串聯(lián)快速熔斷器的方法，對外部故障引起的短路電流起保護作用，熔斷器用量少，但該方法對整流器的內(nèi)部故障引起的短路電流不起保護作用，對元件保護可靠性較差；（ 3）每只晶閘管都與一個快速熔斷器相串聯(lián)，該方法對所有短路故障均有保護作用，但所用的快速熔斷器數(shù)量較多。 脈沖變壓器實際上不用計算，只要在市場上買一只觸發(fā) 50A 晶閘管的脈沖變壓器即可。 ? ? ? ?1 0 0 0 0 . 0 5 5 . 2 6 r / m i n1 1 0 1 0 . 0 5NN nsn Ds ?? ? ? ??? （ 54） 33 （ 4）求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) 【 2】 。 用交流接觸器控制主電路通斷，由于 I2=46A，故選用 CJ1060、線圈電壓為220V 的交流接觸器。 相序檢查 對于三相系統(tǒng)，相位關(guān)系要求很嚴格，因此，在調(diào)試之前，必須對電源的 相 38 序進行檢查，下面介紹兩種方法。 電阻性負載的調(diào)試 觸發(fā)電路正常后，就可以進行帶負載試驗了。在調(diào)試時要特別注意反饋極性不能接錯。改變 Ugn，重復上述實驗，即可得到另一條機械曲線，一般只要做出高、中、低三條靜特性即可。然后接通電源，給定電壓由零慢慢上升，則電動機轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，并且有一定調(diào)速范圍。首先把調(diào)放大倍數(shù)電位器滑動端調(diào)到 m點（即 ρ=1），加一定 Ugn，測輸出電壓 UC 是否等于 10 gnRUR ，若比例關(guān)系正常，再調(diào)電位器使 ρ減小，看放大倍數(shù)是否上升，若能增大，再調(diào)電位器，看放大倍 時能否達到設(shè)計值，如果能達到，說明放大器正常。柜子底腳應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場需要，可設(shè)計成走輪式（便于移動）、固定底腳式或用螺栓直接固定式，電氣柜的外形圖可參見圖 81。 給定環(huán)節(jié) 的 選擇 由于放大器 輸入電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電 壓 UC 又為正電壓，故 可使用一個增益為 1 反相比例電路， 給定電壓 Ugn 就取 正 電壓， 而一切反饋均取正電壓，可參看圖 21 中 電壓的極性。 負載電流為 時， LA 的輸出電流為 （ 55/1000）mA=66mA，輸出電壓為 ，考慮一定調(diào)節(jié)裕量，可選 2CW9 穩(wěn)壓管作為電流調(diào)節(jié)器飽和輸入電壓， Uim=2V。 30 4 觸發(fā)電路的選擇與校驗 這里選用集成六脈沖觸發(fā)器實用電路 ，如圖 41 所示。 27 交流側(cè)應(yīng)設(shè)置作用于電源開關(guān)自動 跳閘的過電流繼電器，用于保護整體電路；為保護晶閘管，應(yīng)設(shè)進線電抗器并設(shè)快速熔斷器；在比較重要或易發(fā)生故障的裝置中，交流或直流側(cè)設(shè)電子過電流保護，作用于觸發(fā)脈沖快速移相或封鎖脈沖。當阻斷能力恢復時，因反向恢復電流很快截止，通過恢復電流的電感會因高電流變化率產(chǎn)生過電壓，即換相過電壓。 過電壓保護 過電壓保護的設(shè)置 按 過電壓保護的部位來分，有交流保護、直流保護和器件保護。設(shè)電感量為 mL 時，交流電流分量中最低次諧波頻率的幅值為 2 amam dmUI fL?? （ 38） 于是，將 m am dII? ? 代入（ 38）得 33221 0 1 022amammd a m d m dUU UULf I f I? ? ?? ? ? ? （ 39） 式中， df 為輸出電壓或電流交流成分中最低次諧波頻率值，常見電路 df 值見表31。 變壓器變比 1221380 3 .4 5110UIK ? ? ? ? （ 36） （ 2）變壓器一次側(cè)和二次測相電流 1I 和 2I 的計算。當挖土機遇到堅硬的石塊而過載時，電動機停下，電流也不過是堵轉(zhuǎn)電流，在式（ 24）中，令 n = 0，得 *p s n c o mdb p s s()lK K U UI R K K R?? ? (25) 一般 p s sK K R R ，因此 *n db sl UUI R?? (26) dblI 應(yīng)小于電機允許的最大電流，一般取 ? ?db 2lNII? (27) 從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機的額定電流，一般取 ? ?db ? (28) n Kp Ks ? 1/Ce U*n Uc ?Un Id E Ud0 Un + + R Rs U Id Rs U 17 3 調(diào)速系統(tǒng) 工程設(shè)計的基 本內(nèi)容 主電路計算 晶閘管整流主電路如圖 所示。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠遠超過允許值。 電動機的額定電壓為 220V，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。 調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。 采用簡單的單管控制時，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的電路，脈寬調(diào)制變換器（ PWMPulse Width Modulation）。 VM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖 12所示。弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。以直流電動機作為控制對象的電力傳動自動控制系統(tǒng)稱為直流調(diào)速系統(tǒng) ，以交流電動機作為控制對象的電力傳動自動控制系統(tǒng)稱為交流調(diào)速系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 直流調(diào)速系統(tǒng) ， 主電路 ， 保護電路 ， 觸發(fā)電路 ， 控制電路 ，設(shè)計。 由式（ 11）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速： （ 1）降壓調(diào)速。 （ 1）直流發(fā)動機機組（ GM 系統(tǒng) ）。 在干線鐵道電力機車、工礦電力機車、城市有軌和無軌電車和地鐵電機車等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵或復勵電動機，由恒壓直流電網(wǎng)供電，過去用切換電樞回路電阻來控制電機的起動、制動和調(diào)速，在電阻中耗電很大。 主要 性 能指標 （ 1）調(diào)速范圍 D。既培養(yǎng)學生基于所學知識分析和綜合典型系統(tǒng)的能力，又使學生理解典型系統(tǒng)的工程背景、在掌握基礎(chǔ)理論和方法的同時能夠舉一反三、提高解決實際自動控制系統(tǒng)問題的能力。 圖 21 帶截流負反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 調(diào)速系統(tǒng) 的工作原理 問題的提出 直流電動機全電壓起動時，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電機換向不利，對過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。其工作原理如下： 圖 22 電流截止負反饋 當 d s I R U? ，電流負反饋信號 iU 起作用，當 d s I R U? ，電流負反饋信號被截止。 3）直流回路雜散電阻 rU?? ：直流回路中，接線端子、引線、熔斷器、電抗器、及整流元件等均將存在電阻，稱為雜散電阻。 整流器輸出電壓為脈動波形，因此由整流電源供電的負載中電流也是脈動的，該電流可以分解成直流分量和各次諧波交流分量。 滿足設(shè)計要求的平波電抗器 PL 的電感量為 P z D 2 2 7 . 7 7 2 0 . 6 2 1 9 . 4 6 m HTL L L L? ? ? ? ? ? ? ? （ 315） 式中， DL 為電動機電樞回路電感量，已知為 7mH；對于三相橋式整流電路，整流回路中變壓器為兩相串聯(lián)，因此計算時取 2TL 代入。 直流側(cè)也有可能發(fā)生過電壓。 本設(shè)計采用 壓敏電阻為星型連接， 1mAU 的計算公式為 b1 m A y1 2 1 1 0 3 1 . 0 51 . 1 1 0 . 8 1 6 1 9 1 V0 . 9 3 0 . 9 5KUU K ?? ? ? ? ? （ 323） yK 為計算系數(shù)，通常取 ～ ； bK 為電網(wǎng)電壓上升系數(shù)，取 ～ ；U 為壓敏電阻保護裝置外接端電壓的有效值。 過電流繼電器的選擇 過電流繼電器位于變壓器二次測，變壓器 次級電流有效值為 【 3】 2 2 A3 dII?? （ 326） 繼電器吸引線圈電流 jI 可整定為 ?? （ 327） 可選用吸引線圈電流為 60A 的 JL1411ZS 手動復位過電流繼電器。同步變壓器的連接如圖 42 所示。 由于 PseKKK C?? ? ，故 1 1 3 0 . 1 9 31210 .0 1 2 1 5eP sKCK K? ? ?? ? ?? （ 58） 因 PK 較大，故選用放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，如圖 51 所示。 整流裝置應(yīng)有電流和轉(zhuǎn)速指示，因輸出額定 電流為 55A，并考慮快速起動，故選用 100A、 59C5A 型直流電流表。 圖 91 相序器檢查圖 檢查同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系 根據(jù) KJ004 工作原理可知，在同步電壓的正負半周都能形成鋸齒波。 在調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)缺相波形，則說明有些晶閘管沒有開放。 反饋極性接好后，即 可調(diào)整反饋強度。如果給定電壓還未調(diào)到最大值 Ugnmax，而電動機已經(jīng)到最高轉(zhuǎn)速了，這說明轉(zhuǎn)速反饋強度弱了，這時應(yīng)增加反饋量來增加反饋強度。若有，再看主電路有無交流電壓，如果有交流電壓，還要看熔斷器是 否熔斷，是否沒有插好或擰緊。因此，只要同步電壓與 U 相電壓 uU 同相，就可滿足晶閘管 1n 移相范圍的要求。 繼電器 接觸器電氣接線原理圖見圖 71。 故 10CidU RK UR? ??? （ 510） 34 圖 51 放大倍數(shù)可調(diào)的放大器 為避免放大器開環(huán)， ? 不能調(diào)到零，可在電位器接地端墊一個不可調(diào)的小電阻。 測速發(fā)電機的選擇 由 電機產(chǎn)品樣本查得，選用 55CY61 型永磁直流發(fā)電機。 由式 （ ） 得 RN551. 53 1. 57 354 0. 8 I? ? ? ?? ?? 工作回路（線）電壓有效值為 110 3 191V? ，故應(yīng)選額定電流為 50A，額定電壓為 200V 的熔斷器。 過電流保護 晶閘 管裝置在運行時有可能產(chǎn)生過電流現(xiàn)象。另外，由于直流側(cè)快速開關(guān)（或熔斷器）切斷負載電流時，變壓器釋放的儲能也產(chǎn)生過電壓，盡管交流側(cè)保護裝置能適時地保護這種過電壓，仍會通過導體的晶閘管反應(yīng)到直流側(cè)，為此，直流側(cè)也應(yīng)裝設(shè)過電壓保護，用于抑制過電壓。 整流設(shè)備保護電路計算 電力電子器件承受過電壓和過電流的能力較低，一旦電壓電流超過額定值，器件極易損壞造成損失，需要采取保護措施。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。 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。后者線路更為簡單。 U C RH CTi, f e ed b a ckU + 3R1R C+ RR/2R*nUd b rIU? ?01R02R03R