v-m不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設計(編輯修改稿)
2025-07-23 00:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 決定電動機功率的主要因素有三個：（1）電動機的發(fā)熱與溫升，這是決定電動機功率的最主要因素。（2）允許短時過載能力。（3）對于籠型交流電動機還要考慮起動能力。在生產(chǎn)實際中，還需要考慮具體生產(chǎn)機械的特殊情況，進行補充和靈活運用。 電動機的選型型號：Z418042 額定轉速：3000r/min 額定功率：90KW電壓：電樞220V 激磁：220V 電樞電流：221A慣量矩： 重量：410Kg 晶閘管結構型式的確定晶閘管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。可控整流的原理：當晶閘管的陽極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然導通。當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)信號晶閘管關斷。根據(jù)電動機的額定電壓的不同，確定整流變壓器的輸出電壓和可控整流電路的結構形式，一般情況，當控制角為0時，,運算關系參照下表1。表1運算關系 電路結構確定后既要進行晶閘管的型號選擇：、額定電流大于2倍的電動機額定電流確定。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可改變電動機的轉速。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提實現(xiàn)轉速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采用轉速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉速和電流。二者之間實行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。把轉速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。第四章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算 整流變壓器容量計算 次級電壓U2 為了保證負載能正常工作，當主電路的接線形式和負載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側的電壓U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓U2。影響U2值的因素有：（1）U2值的大小首先要保證滿足負載所需求的最大直流值Ud（2）晶閘管并非是理想的可控開關元件，導通時有一定的管壓降，用UT表示（3）平波電抗器有一定的直流電阻，當電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降（4）電樞電阻的壓降綜合以上因素得到的U2精確表達式為：A= Ud0/U2，表示當控制角α=0176。時，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比。B=Udα/Ud0，表示控制角為α時和α=00時整流電壓平均值之比。UK%—變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，100~1000千伏安的變壓器取UK%=5~8ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動+5%~10%，即ε=~C是與整流主電路形式有關的系數(shù)，表示電動機電樞電路總電阻的標么值，對容量為15~150KW的電動機，通常=~nUT—表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降對于本設計：為了保證電動機負載能在額定轉速下運轉,計算所得的U2應有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗所知,公式中的控制角應取300為宜。ε=,A=,B=0=，C=，UK%=5 = =366V 取U2=370V 次級電流I2和變壓器容量I2=KI2Id , KI2為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負載電流平均值之比。,且忽略變壓器一二次側之間的能量損耗，故：A 晶閘管的電流、電壓定額計算題目中要求晶閘管整流裝置=, , =136A ，晶閘管參數(shù)計算如下： ===242V===330V=2=2136=272A從《電氣工程師手冊》中查得滿足晶閘管型號選擇的晶閘管型號為：KP500表2 KP500型號通態(tài)平均電流IT（AV） A正向電流有效值IF(AV)A重復峰值電壓VRRM V觸發(fā)電流IGT mA推薦散熱器KP500500550200~2000≥500SZ13 平波電抗器電感量計算 由于電動機電樞和變壓器存在漏感，因而計算直流回路附加電抗器的電感量時，要從根據(jù)等效電路折算后求所需電感量中，扣除上述兩種電感量。 電樞電感量LM按下式計算P—電動機磁極對數(shù)，KD—計算系數(shù)，對一般無補償電機：KD=8~12對于本設計，P=2，KD=10則 整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感LB按下式計算U2—變壓器次級相電壓有效值Id—晶閘管裝置直流側的額定負載電流KB—與整流主電路形式有關的系數(shù)對于本設計，KB=，=5則 變流器在最小輸出電流Idmin時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量L下式計算K是與整流主電路形式有關的系數(shù)，則： 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L平L平=LLM2LB==()電抗器電感量應大于15 保護電路的設計計算 過電壓保護①交流側過電壓的保護如圖31 圖41交流側過電壓保護電路 采用RC過電壓抑制電路如圖一所示，在變壓器次級并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉換為電容器的電場能而存儲起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的震蕩。本設計采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結，阻容保護裝置采用三角形接法，故可按下式計算阻容保護元件的參數(shù) 電容C的耐壓 ： 電阻R的功率：式中 ST—變壓器每相平均計算容量（VA）U2—變壓器次級相電壓有效值（V）—勵磁電流百分比，當ST≤幾百伏安時=10，當ST≥1000伏安時=3~5UK%—變壓器的短路電壓百分比IC,UC—當R正常工作時電流電壓的有效值（A，V） 對于本設計，UK%=5， =5，ST=（1）電容器的計算,取4,取1200V選擇=4μF，耐壓1200V的金屬化紙介電容(2) 電阻值的計算取R=20RC支路電流IC近似為電阻R的功率為②直流側的過電壓保護如圖： 圖32直流側過電壓保護電路 圖42直流側過電壓保護整流器直流側開斷時，如直流側快速開關斷開或橋臂快熔熔斷等情況，也在A、B之間產(chǎn)生 過電壓，如圖32所示本設計用非線性元氣件抑制過電壓，在A、B之間接入的是壓敏電阻。壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計算Ud0為晶閘管控制角=00時直流輸出電壓 對于本設計：用于中小功率整流器操作過電壓保護，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA③晶閘管換相過電壓保護如圖： 圖43換相過電壓保護電路如上圖，在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶閘管換相過電壓的保護。串聯(lián)電阻R的作用一是阻尼LTC回路的震蕩，二是限制晶閘管開通瞬間的損耗且可減小電流上升率di/dt。R、C值可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取，對于本設計晶閘管額定電流為220A，,R可取20. 過電流保護如圖： 圖44 過電流保護電路 第五章 驅動控制電路的選型設計集成電路可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。隨著集成電路制作技術的提高。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及。目前國內(nèi)常用KJ和KC系列，兩者生產(chǎn)廠家不同，但很相似。采用KJ004集成觸發(fā)電路的同步電壓應滯后于主電路電壓180度的觸發(fā)觸發(fā)脈沖。其工作原理可參照鋸齒波同步的觸發(fā)電路進行分析，或查閱有關的產(chǎn)品手冊。集成電路只需用3個KJ004集成塊和隔離電路組成，再由六個晶體管進行脈沖放大，即構成完整的三相全控橋觸發(fā)電路，如圖51所示： 圖51 采用集成化六脈沖觸發(fā)電路的三相全控橋整流電路 本設計主電路整流變壓器采用D，y11聯(lián)結，同步變壓器采用D，y11，5聯(lián)結。同步變壓器如圖53。圖53同步變壓器和整流變壓器接法 這時，同步電壓選取的結果見表3。 表3 各晶閘管的同步電壓 晶閘管VT1VT2VT3
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