v-m不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-23 00:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 決定電動(dòng)機(jī)功率的主要因素有三個(gè)：（1）電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與溫升，這是決定電動(dòng)機(jī)功率的最主要因素。（2）允許短時(shí)過(guò)載能力。（3）對(duì)于籠型交流電動(dòng)機(jī)還要考慮起動(dòng)能力。在生產(chǎn)實(shí)際中，還需要考慮具體生產(chǎn)機(jī)械的特殊情況，進(jìn)行補(bǔ)充和靈活運(yùn)用。 電動(dòng)機(jī)的選型型號(hào)：Z418042 額定轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)型式的確定晶閘管整流是把交流變直流。整流的過(guò)程中,采用三相橋式全控整流電路?？煽卣鞯脑恚寒?dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號(hào)晶閘管依然導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)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(hào)晶閘管關(guān)斷。根據(jù)電動(dòng)機(jī)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(jié)構(gòu)形式，一般情況，當(dāng)控制角為0時(shí)，,運(yùn)算關(guān)系參照下表1。表1運(yùn)算關(guān)系 電路結(jié)構(gòu)確定后既要進(jìn)行晶閘管的型號(hào)選擇：、額定電流大于2倍的電動(dòng)機(jī)額定電流確定。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成開(kāi)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間實(shí)行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)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(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)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(jì)算 整流變壓器容量計(jì)算 次級(jí)電壓U2 為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)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(fù)載所需求的最大直流值Ud（2）晶閘管并非是理想的可控開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)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(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)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(dá)式為：A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角α=0176。時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。B=Udα/Ud0，表示控制角為α?xí)r和α=00時(shí)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(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%~10%，即ε=~C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)么值，對(duì)容量為15~150KW的電動(dòng)機(jī)，通常=~nUT—表示主電路中電流經(jīng)過(guò)幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降對(duì)于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知,公式中的控制角應(yīng)取300為宜。ε=,A=,B=0=，C=，UK%=5 = =366V 取U2=370V 次級(jí)電流I2和變壓器容量I2=KI2Id , KI2為各種接線形式時(shí)變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故：A 晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算題目中要求晶閘管整流裝置=, , =136A ，晶閘管參數(shù)計(jì)算如下： ===242V===330V=2=2136=272A從《電氣工程師手冊(cè)》中查得滿足晶閘管型號(hào)選擇的晶閘管型號(hào)為：KP500表2 KP500型號(hào)通態(tài)平均電流IT（AV） A正向電流有效值IF(AV)A重復(fù)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(jì)算 由于電動(dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量時(shí)，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(jì)算P—電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，KD—計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)：KD=8~12對(duì)于本設(shè)計(jì)，P=2，KD=10則 整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)對(duì)于本設(shè)計(jì)，KB=，=5則 變流器在最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L下式計(jì)算K是與整流主電路形式有關(guān)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(yīng)大于15 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算 過(guò)電壓保護(hù)①交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù)如圖31 圖41交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)電路 采用RC過(guò)電壓抑制電路如圖一所示，在變壓器次級(jí)并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場(chǎng)能而存儲(chǔ)起來(lái)，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)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(shè)計(jì)采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結(jié)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)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(jì)算容量（VA）U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值（V）—?jiǎng)?lì)磁電流百分比，當(dāng)ST≤幾百伏安時(shí)=10，當(dāng)ST≥1000伏安時(shí)=3~5UK%—變壓器的短路電壓百分比IC,UC—當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值（A，V） 對(duì)于本設(shè)計(jì)，UK%=5， =5，ST=（1）電容器的計(jì)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(jì)算取R=20RC支路電流IC近似為電阻R的功率為②直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)如圖： 圖32直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)電路 圖42直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)整流器直流側(cè)開(kāi)斷時(shí)，如直流側(cè)快速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或橋臂快熔熔斷等情況，也在A、B之間產(chǎn)生 過(guò)電壓，如圖32所示本設(shè)計(jì)用非線性元?dú)饧种七^(guò)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(jì)算Ud0為晶閘管控制角=00時(shí)直流輸出電壓 對(duì)于本設(shè)計(jì)：用于中小功率整流器操作過(guò)電壓保護(hù)，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA③晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)如圖： 圖43換相過(guò)電壓保護(hù)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(guò)電壓的保護(hù)。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(kāi)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(yàn)數(shù)據(jù)選取，對(duì)于本設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為220A，,R可取20. 過(guò)電流保護(hù)如圖： 圖44 過(guò)電流保護(hù)電路 第五章 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。隨著集成電路制作技術(shù)的提高。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及。目前國(guó)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(yīng)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(jìn)行分析，或查閱有關(guān)的產(chǎn)品手冊(cè)。集成電路只需用3個(gè)KJ004集成塊和隔離電路組成，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)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(shè)計(jì)主電路整流變壓器采用D，y11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y11，5聯(lián)結(jié)。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(shí)，同步電壓選取的結(jié)果見(jiàn)表3。 表3 各晶閘管的同步電壓 晶閘管VT1VT2VT3
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