【文章內(nèi)容簡介】 閘管橋式整流裝置供電的可逆系統(tǒng)，即三相橋式反并聯(lián)連接 [5]。 11 它是將兩組整流器反向并聯(lián)，交流側(cè)接在同一臺變壓器二次繞組上，可以向電動機提供兩個方向的電流，在一組整流器處于整流狀態(tài)時，另一組處于逆變狀態(tài)， 并使兩組整流器輸出電壓相等。若整流橋的輸出電壓比電動機的反電動勢高，則由處于整流狀態(tài)的整流器提供功率，電動機處于電動狀態(tài)，相反，若該電壓調(diào)整得比電動機的反電勢低，則電動機向處于逆變的整流管提供功率，電動機進行再生制動。盡管整流組的電壓和逆變組的電壓平均值相等，但瞬時值卻不一樣，因而在電路中出現(xiàn)了差值電壓，形成了一個環(huán)流回路。 這種線路的特點是： 1）由于正反兩組整流橋都用同一臺變壓器供電，所以變壓器利用率最高，為理想直流輸出的 倍。 2）由于有兩個環(huán)流回路，至少需要兩臺空心電抗器，故電抗器的設計，除了 能限制環(huán)流外，要能在正常工作時滿足電機允許的最小電流連續(xù)程度和波紋的要求，并且在故障時能限制電流上升率，使直流快速斷路器能在快速熔斷器熔斷以前先跳閘。 3）反并聯(lián)的兩組變流器，由于所接的是同一臺變壓器的二次繞組，故相互有影響，特別是在作為有環(huán)流線路運行時影響更大，可靠性較差，因此這種方案一般都是在無環(huán)流可逆系統(tǒng)中使用。 電動機直流調(diào)速的介紹 1） 系統(tǒng)的組成 以整流裝置作可調(diào)電源的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)叫電動機系統(tǒng)，簡稱 KZD 系統(tǒng)。系統(tǒng)由整流裝置裝置、濾波電抗器和直流電動機組成。整流裝置由整流電路、觸發(fā)電路 及移相控制單元組成 [6]。 整流電路兩端輸出電壓是一脈動電壓，其中除了直流分量以外，還含有交流分量。交流電壓分量加在直流電動機電樞上是不會產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩的，但卻增加了電樞內(nèi)的損耗，因而是不利的。為了減少電流分量，在主電路中串入濾波電抗器，以濾除主電路電壓和電流中的交流分量。除此以外，濾波電抗器還可以起到使主電路電流波形連續(xù)的作用。 2)系統(tǒng)的機械特性 當主電路的電流較小時，其電流波形是不連續(xù)的，系統(tǒng)的機械特性變的很陡。但實際上，在 KZD 系統(tǒng)中，主電路往往串有濾波電抗器，它可以使電流波形連續(xù)，這時可以忽略特性 很陡所造成的非線性問題，則 KZD 系統(tǒng)的機械特性方程式可寫為： 12 MCC RRCUnDMeanDed 2?? ??? （ 24） 式中 dU 為整流電壓； nR 為整流裝置的等效內(nèi)阻； aR 、 D? 分別為電動機的電樞電阻及磁通。 由于整流裝置的等效內(nèi)阻要比發(fā)電機 電動機系統(tǒng)的內(nèi)阻 要大，因此 KZD 系統(tǒng)機械特性的斜率比發(fā)電機 電動機系統(tǒng)的要大一些，即特性要軟一些。 3)系統(tǒng)的調(diào)速 KZD 系統(tǒng)也可以實現(xiàn)基速以下和基速以上的調(diào)速 [7]： ?在基速 en 以下采用調(diào)壓調(diào)速。這時，電動機的磁場應保持恒定，電動機勵磁繞組采用不可控整流電路（即二極管整流電路）供電。由于整流電壓 dU 是控制角 ? 的函數(shù)，因此只需改變觸發(fā)電路的控制電壓 ku ，使觸 發(fā)脈沖移相，就可以改變控制角 ? 及 dU ，實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。 ?基速 en 以上采用弱磁調(diào)速。這時電動機的勵磁應可調(diào)，電動機的勵磁繞組單獨用一套整流裝置供電。在調(diào)壓調(diào)速時，應將電動機的勵磁電壓調(diào)在額定值上，只有在基速 en 以上才將勵磁電壓調(diào)小，以實現(xiàn)弱磁調(diào)速。 4)系統(tǒng)的評價 優(yōu)點：調(diào)速范圍大；調(diào)速平滑，可獲得無級調(diào)速；設備的體積、重量小，投資少；運行時噪音小、 能耗小，效率高；控制方便；容易安裝及維護。 缺點：采用整流裝置會帶來以下不利： ?整流電流中的交流分量使電動機的損耗增加，換向條件惡化，從而給電動機的運行帶來不利； ?低速時控制角大，從電源端來看，電流落后電壓很多，因而功率因素很低； ?由于電壓和電流中含有高次諧波，高次諧波反映到交流電網(wǎng)中去，會使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生變化（不是純正弦波），造成所謂 “電力公害 ”，在電網(wǎng)容量相對較小的系統(tǒng)中，這種影響尤為嚴重。 但是，從整體上講，無論在經(jīng)濟性能和技術性能上， KZD 系統(tǒng)都優(yōu)越于發(fā)電機 電動機系統(tǒng)，而且隨著技術的發(fā)展 ，其缺點將不斷被克服。因此， KZD 系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中越 13 來越廣泛應用。 3 調(diào)速系統(tǒng)主回路的設計 主回路的電氣原理圖 圖如下 31 所示： 選擇主回路型式：采用三相橋式反并聯(lián)。 14 主電路的過電壓和過電流保護 過電流保護可根據(jù)需要選取以下幾種： 1)在交流進線回路，串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，以限制由于晶閘管擊穿造成交流側(cè)短路時產(chǎn)生的故障電流； 2)直流側(cè)設置直流快速開關； 圖 31 三相橋式反并聯(lián)連接 3）調(diào)節(jié)系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器起限制電流作用； 4）在交流側(cè)設置過電流檢測裝置，當出現(xiàn)過電流時，將觸發(fā)脈沖移到最小逆變角外，以抑制過載電流； 過電壓主要產(chǎn)生在晶閘管變流回路中，變流變壓器的通斷、感性負載的開斷、晶閘管的換相、以及快速熔斷器、快速熔斷器的斷開過程中。在晶閘管交流回路中，通常采用的過電壓保護形式如下圖 32[8]。 MQ MDCR C 1F UV T 1R C 3R C 4R V 2Q FLR V 1 圖 32 過電壓保護形式 D變壓器靜電屏蔽 C靜電感應抑制電容 RC1變流整 流式抑制回路 RC2交流阻容抑制回路 RC3換向過電壓抑制回路 RC4直流阻容抑制回路 RV RV2交、直流測壓敏抑制回路 QM交流側(cè)斷路器 QF直流側(cè)斷路器 FU快速熔斷器 上圖中接于變流裝置交流側(cè)的保護回路有： ? 交流側(cè)阻容式保護回路； ?整流保護回路； ?交流側(cè)壓敏電阻保護回路； ④ 靜電感應過電壓保護回路； ⑤ 換相過電壓阻容保護回路。 15 第 ???項主要用于抑制斷開交流器交流進線 電壓時所產(chǎn)生的階躍尖峰過電壓； 第 ④用于抑制由于變壓器寄生電容的存在而在變壓器接通的瞬間所產(chǎn)生的過電壓；第 ⑤ 項接在晶閘管陽極與陰極之間，用以抑制器件換相、晶閘管恢復阻斷時，由于變壓器漏抗而引起的換相過壓降。 在直流回路中，為了抑制主回路電感儲能的釋放而產(chǎn)生直流側(cè)過電壓，通常用阻容回路或壓敏電阻抑制。 主電路的參數(shù)計算 ： 確定變壓器 T 的參數(shù)，變壓器為了消除三次諧波而采用 Δ/Y 接法 。 ① 變壓器副方的參數(shù)計算： 相電壓： AUU d)(2 ??? (31) 已知三相橋式 Ud=220V， A=，代入上式得 U2Φ=220/≈141V 相電流： dIKI 122 ? (32) 已知 ： 三相橋式的 Id=305A， K12=，代入上式得 I2=305≈249A ?變壓器的變比 ： 21UUK? (33) 已知： U1=380V， U2=141V，代入上式得 K=380/141= 倍。 ③ 變壓器的原 方參數(shù)相電壓： U1Φ=380V，相電流： KII 21? =249/≈ ④ 變壓器的視在功率： 副方視在功率 2222 IUmS ?? =3141249= 原方視在功率 1111 IUmS ?? =3380= 平均視在功率 221 SSS ?? =（ +） /2= 所以我們在這取 S=105KVA 元件參數(shù)的選擇： 額定電壓： 16 UTn=（ 2—3） UTM (34) UTM= 6 U2Φ= 6 141≈，故 UTn= UTM= 額定電流： IT（ AV） =（ —2） k Id (35) 在這我們已知 k=， Id=305A，把其代入上式得 IT（ AV） =2305≈224A，所以晶閘管的型號規(guī)格選為 KP300。 平波電感器的參數(shù)計算： ?從限制輸出電流脈動的角度來設計電抗器電感值 diISUU ?? ?? 22dM /UL (36) 查表可得對于三相橋式電路： ?2dM/U U =，電流脈動系數(shù) iS = ddMII ，又交流基波幅值 dMI = 2 I2= 2 249≈351A， dI =305A，所以 iS =ddMII =351/305=，把上面各參數(shù)代入上式得 L=。 ?從維持輸出電流連續(xù)的角度來設計電抗器的電感值 min21LdIUK ??? (37) 若使電流連續(xù)的最小負載電流 mindI =，對于三相橋式電路的臨界電感計算系數(shù)1K =，所以： min21LdIUK ??? =（ 141） /= 若使電流連續(xù)的最小負載電流為 10A，則 L=，取 L=20mH。 17 電動機電樞電感的計算 直流電動機電樞電感 mHIPUKL eneDD 2 10 3?? (38) 式中， P 為電動機的極對數(shù)，已知 P=2， eU =220V， en =1000r/min， eI =305A，無補償繞 的電機系數(shù) KD=812， 在此我們選 DK =10，代入上式可得 DL =。 變壓器漏電感 BL 的計算 mHIUUKL ddlBB ?? 2 (39)式中， dlU 為變壓器的阻抗電壓百分值， 1000KVA 以下的變壓器， dlU =，對于三相橋式電路 BK =，已知： ?2U =141， dI =305A，代入各參數(shù)可得 BL ≈。 快速熔斷器的選擇 對于三相全控橋式電路，熔斷器有相接，臂接和接在整流裝置直流側(cè)三種方式。 熔 斷器相接時，可防止晶閘管損壞或直流側(cè)故障而引起的短路損害。但在通過故障電流時，對晶閘管的保護效果要差些，故多用于中小容量裝置，熔斷器接于直流側(cè)時，可對負荷側(cè)的過電流或短路起保護作用，但對晶閘管本身造成的短路不起保護作用，故多用于小功率裝置。通常選用臂接熔斷器，其額定電壓 pnU 和額定電流 pnI 按以下方法選取： pnU 應大于電器正常工作時的電壓有效值，再留有適當?shù)脑Ａ考?pnU ≥ unU 式中， unU ——變流變壓器二次電壓有效值。 pnI 應按有負載圖計算出一個工作周期內(nèi)負載電流有效值選取 ,即 pnI ≥ DNIIK ， 1K —電流計算系數(shù)，對于三相橋，311?K 18 主拖動電動機的容量 因為龍門刨工作臺 的最大拉力 maxF =78480N ，最大拉力時的最高切削速度maxV =25m/min，傳動機構效率 c? =。則直流電動機的最大負載功率為： cDVFP ?ma xma x ?? =（ 7848025/60） /= 考慮到工作行程中可能產(chǎn)生過載，允許過載倍數(shù)為 倍，則電動機的實際功率為： DDD KPP ?39。 =式中， DK 為過載倍數(shù)，由于（ 2545） m/min 范圍內(nèi)調(diào)速方法與生產(chǎn)機械負載性質(zhì)不匹配，電動機的額定功率比實際功率要大 倍，則電動機的額定功率為： 39。 De PP? =≈60KW 因此所選電動機的額定數(shù)據(jù)如下： eP =60KW， eU =220V， eI =305A， en =1000r/min，額定激磁電壓 feU =220V，額定激磁電流為 feI =，激磁繞組電阻 fR =52Ω，電樞電阻 eR =。 19 4 調(diào)速系統(tǒng)的控制電路設計 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)速度 系統(tǒng)組成及工作原理 對于像龍門刨床這樣經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機最大電流 （轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，希望充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運