【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 圖 15 ?? = ??配合控制的可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 晶閘管裝置輸出的電壓是脈動的， ????????和 ????????的瞬時值并不相等。 ???????? ????????時，產(chǎn)生正向瞬時值電壓差，從而產(chǎn)生瞬時環(huán)流 [4]。抑制瞬時脈動環(huán)流的辦法是在環(huán)流中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器或稱均衡電抗器。 ?? = ??配合控制下，可以消除直流平均環(huán)流，但是一定有瞬時環(huán)流存在，所以稱為有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。 如果系統(tǒng)中不施加其他的控制，則瞬時脈動環(huán)流是自然存在的，因此又稱為自然環(huán)流系統(tǒng)。 ?? = ??配合控制有環(huán)流工作原理 不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，電動機(jī)只能朝一個方向旋轉(zhuǎn)。它適用于不要求改變電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，且對停車的快速性也沒有特殊要求的生產(chǎn)機(jī)械。但是在很多情況下都要求電動機(jī)能正、反轉(zhuǎn) ，或者要求有電氣制動以縮短制動時間，如牛頭刨床工作臺的往返運(yùn)動 ，此時必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。 所謂自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，是系統(tǒng)中沒有直流環(huán)流僅有脈動環(huán)流，按 α = β配合控 制的有 環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。 (直流平均環(huán)流：由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓差所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。瞬時脈動環(huán)流：兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差雖為牛頭刨自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 零，但因電壓波形不同，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。 ) α = β配合控制下，可以消除直流平均環(huán)流，但是一定有瞬時環(huán)流存在，所以稱為有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。如果系統(tǒng)中不施加其他的控制，則 瞬時脈動環(huán)流是自然存在的，因此又稱為自然環(huán)流系統(tǒng)。 自然環(huán)流可逆 直流 調(diào)速系統(tǒng)的工作過程 在進(jìn)行觸發(fā)移相時，當(dāng)一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)時，另一組便處于逆變狀態(tài)，這是指控制角的工作狀態(tài)而言的。實(shí)際上，這時逆變組除環(huán)流外并不流過負(fù)載電流，也就沒有電能回饋電網(wǎng)，確切地說，它是處于 “ 待逆變狀態(tài) ” ，表示該組晶閘管裝置是在逆變角控制下等待工作。當(dāng)需要制動時，只要改變控制角，同時降低 ????????和 ????????，一旦電動機(jī)的反電動勢 ?? |????????| = |????????|時，整流組電流將被截止，逆變組才能 真正投入逆變狀態(tài)，使電動機(jī)產(chǎn)生回饋制動，將電能回饋電網(wǎng)。同樣，當(dāng)逆變組回饋電能時，另一組也是在等待著整流，可稱為處于 “待整流狀態(tài) ”[5]。所以，在這種 α = β配合控制下，負(fù)載電流可以很方便地按正反兩個方向平滑過渡，在任何時候，實(shí)際上只有一組晶閘管裝置在工作，另一組則處于等待工作的狀態(tài)。 牛頭刨自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 第二章 自然 環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)－主電路設(shè)計(jì) 主電路原理及電路圖 作為整流裝置電源用的變壓器稱為整流變壓器。 一般的變壓器有整流跟變壓兩項(xiàng)功能 ,其中整流是把交流變直流。整流的過程中 ,采用 三相 橋式 全控 整流電路 [6]。 在三相橋式反并聯(lián)可逆線路中，由于每一組橋又有兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，總共要設(shè)置 4 個環(huán)流電抗器。 主回路原理圖如 圖 21 所示。 圖 21 主電路原理圖 可控整流的原理：當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然維持導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關(guān)斷。 晶閘管導(dǎo)通的條件：受正向陽極電壓，同時受正向門極電壓，一旦導(dǎo)通后，門極信號去掉后晶閘管仍導(dǎo)通。晶閘管維持導(dǎo)通的條件：繼續(xù)受正向陽極電壓，同時流過晶閘管的電流大于它的維持電流。晶閘管關(guān)斷條件：必須去掉陽極所加的正向電壓，或者給陽極施加一反電壓，或者設(shè)法使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 主電機(jī)選擇 牛頭刨床的原動件運(yùn)動形式為連續(xù)回轉(zhuǎn)，可以選擇的原動機(jī)為內(nèi)燃機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)和電動機(jī)。電動機(jī)的功率 /重量比大，輸出剛度硬，單向回轉(zhuǎn)，噪聲小，初始~ VF VR A B C a b c M 牛頭刨自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 成本低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用是各種原動機(jī)中最低的，且維護(hù) 要求較少，功率范圍非常廣。所以，綜合各方面條件，確定選擇電動機(jī)為原動件。 電動機(jī)又有各種類型，如交流異步電動機(jī)、直流電動機(jī)、交流變頻變速電動機(jī)、伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)和力矩電動機(jī)等。 直流電機(jī)具有較好的調(diào)速性能直流電動機(jī) 可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。而且具有較大的起動力矩。可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流電動機(jī)拖動。 根據(jù)牛頭刨床的工作特點(diǎn)選用 ZT2 系列廣調(diào)速直流電動機(jī)， 該電機(jī)擁有廣泛調(diào)速的特點(diǎn)，其主要參數(shù)： 輸出功率： ???? 額定電壓： 220?? 額定電流： 50?? 功率因數(shù)： 電樞電阻： ?? 電樞回路電感： 100???? 過載系數(shù)： 飛輪力矩： ??????2 額定轉(zhuǎn)速 ： 1500??∕ ?????? 環(huán)流電抗器 為了抑制瞬脈動緩流，可在換流回路中串入電抗器，叫做環(huán)路電抗器。環(huán)流電抗器的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的 5%~10%來設(shè)計(jì)。三相零式反并聯(lián)可逆線路必須在正反兩個回路中各設(shè)一個環(huán)流電抗器，因?yàn)槠渲锌傆幸粋€電抗器會因流過直流負(fù)載而飽和，失去限流作用 [7]。再三向橋式反并聯(lián)可逆線路中，由于每一組橋又有兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，總共要設(shè)置四個環(huán)流電抗器。 ?? = ??210%????= 30???? 整流變壓器的 計(jì)算與 選 取 整 流變壓器是直流調(diào)速系統(tǒng)中一種關(guān)鍵設(shè)備，其閥側(cè)向電壓選擇的又是一個影響系統(tǒng)性能的重要因素。電壓選得過高，將會使變壓器的容量不必要的加大而造成浪費(fèi)。還會增加運(yùn)行中的無功功率。選得過低，將影響系統(tǒng)的工作性能 或使電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。通常在計(jì)算時要考慮以下三個因素： 牛頭刨自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 (1)電網(wǎng)電壓波動。一般要按規(guī)定容許的最低電網(wǎng)電壓來考慮。 (2)電流變化時產(chǎn)生的壓降。一般按最大工作電流考慮。 (3)最小延遲角 ????????。 閥側(cè) 相 電壓計(jì)算 當(dāng)采用三相橋式整流電路并帶有轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)時，一般可按下面的公式來計(jì)算： 不可逆系統(tǒng)： ??2 = (~????)∕ √3 可逆系統(tǒng)： ??2 = (~????)∕ √3 式中， ????為電動機(jī)額定電壓 ??2 = ???? ∕ √3 = ?? 取 ??2 = 150??。 閥側(cè) 相 電流計(jì)算 整 流變壓器閥側(cè) 相 電流可按下式計(jì)算： ??2 = ?????????? 其中 ?????? = （三相橋式） 則 ??2 = 50 = ?? 綜上變壓器容量 S 為： ?? = 3??2??2 = ?????? 取 ?? = 20??????。 整流電路晶閘管的 計(jì)算與 選擇 （ 1） 額定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓 由于采用三相橋式整流電路，所以晶閘管承受的最大反向電壓： 牛頭刨自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 ?????? = √6??2 = 539?? 其晶閘管與陰極間的最大正向電壓： ?????? = √2??2 = ?? 考慮安全余量，電壓為： (2~3)??RM = 1078~1617?? 取 ??RM = 1700??。 （ 2） 電流額定 由于晶閘管是一種具有較少熱慣性的元件，在使用中要保證在任何條件下晶閘管的最高工作溫度都不得超過其允許的額定結(jié)溫。所選用的晶閘管應(yīng)留有一定的功率余量，其額定電流應(yīng)高于受控電路的最大工作電流 ~。 當(dāng)整流電路的電感足夠大，整流電流連續(xù)時，對于三相橋式整流電路，晶閘管的額定電流為： ??????(????) = (~2)???? = 100?? 根據(jù)計(jì)算所得參數(shù)及實(shí)際工作情況選取型號為 KP200A 的晶閘管 。 晶閘管 觸發(fā)電路 的選取 對三相橋式全控整流電路，六個晶閘管需要依次輪流觸發(fā)。為了確保實(shí)現(xiàn)每個晶閘管的準(zhǔn)確導(dǎo)通，可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一是提供寬度大于 60176。小于 120176。的寬脈沖，二是提供間隔 60176。的雙窄脈沖。前者需要觸發(fā)電路輸出較大的功率，進(jìn)而使脈沖變壓器功率也相應(yīng)增大，所以很少采用，一般都采用雙窄脈沖 [8]。 由分立元件組成的晶閘管電路的觸發(fā)電路種類很多，有阻容移相 橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及同步信號為正弦波以及同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路等，這些電路都有自己的特點(diǎn)和適用范圍。相比較而言，同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路由于不受電網(wǎng)波動和波形畸變的影響，同時具有較寬的調(diào)節(jié)范圍和較強(qiáng)的抗干擾能力，因而得到了廣泛應(yīng)用。此電路的輸出為雙窄脈沖 (也可為單窄脈沖 )，適用于必須有兩相的晶閘管同時導(dǎo)通才能形成通路的電路，例如本例中的晶閘管三相橋式全控電路。 下圖所示為同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路。它由 5 個基本環(huán)節(jié)組成：鋸齒波形成與脈沖移相控制環(huán)節(jié)；同步檢測環(huán)節(jié)；脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)； 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)和牛頭刨自然環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)。 VT VT6 兩個晶體管構(gòu)成一個“或”門電路，當(dāng)兩個晶體管都導(dǎo)通時， VT VT8截止，不會輸出觸發(fā)脈沖。但不論哪個管子截止，都會使晶體管 VT5 集電極電壓 uc5變?yōu)檎妷?，使?VT VT8 管導(dǎo)通，從而輸