【文章內(nèi)容簡介】 快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用 PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選 VM 系統(tǒng)。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定 電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓 Ud。 由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。考慮使電路簡單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈 動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、 體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電 方案。 在一般情況下，晶閘管變流裝置所需的交流電供電壓與電網(wǎng)往往不一致。另外為了減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求能夠隔離，所以通常要配用整流變壓器。為了抑制諧波干擾，一般采用 ?? 接法的整流變壓器。 考慮到異步電動機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩的降低，功率因數(shù)的降低和轉(zhuǎn)子損耗增大等因素，不論對于新設(shè)計(jì)的或是改造的都應(yīng)對異步電動機(jī)的容量進(jìn)行重新選擇的計(jì)算， 串極 調(diào)速異步電動機(jī)的容量 P 計(jì)算如下： 式中 ， iK —— 串極 調(diào)速系數(shù)，一般取 左右。對于在長期低速運(yùn)行的 串極 調(diào)速系統(tǒng)，該取大一點(diǎn) ； DP —— 按照常規(guī)運(yùn)算方式計(jì)算的電動機(jī)容量。 從產(chǎn)品手冊中選擇的電動機(jī)容量 P ≥ DP 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)反饋 串極 調(diào)速電機(jī)及其控制裝置技術(shù)手冊提供的有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)而成。 該電機(jī)定額為連續(xù)定額 S1，基本防護(hù)等級為 IP23，基本冷卻方法為 ICO1，基本結(jié)構(gòu)和安裝方式為 IBM3。 Di PKP ?? 10 控制電機(jī)型號 JRNT15124 最高 /最低 轉(zhuǎn)速 1480/690r/min 額定功率 45kW 效率 95% 定子電壓 /電流 380V/ 功率因數(shù) 轉(zhuǎn)子電壓 /電流 340V/81A 控制裝置型號 JC4800A/800V 表 21 繞線式異步電動機(jī) 由于調(diào)速范圍小，且對動、靜態(tài)性能有一定性能要求，選用晶閘管 串極 調(diào)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比較合適。整流器采用三相橋式全控整流電路。 3 電動機(jī)容量校核 Dn nnS 111 m i n1m a x ???? (式 31) 式中 ： 1n ：電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，近似等于電 動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 ； minn ： 串極 調(diào)速系統(tǒng)的最低工作轉(zhuǎn)速 ； D ： 調(diào)速范圍 minmaxnnD ? 轉(zhuǎn)差率 S = （ 15001480） /1500 = ； 最大轉(zhuǎn)差率 Smax = (1480 ― 690) / 1480 = ； 調(diào)速范圍 D = 1n / minn =1480/690=； 整流器 的最大輸出電壓 ?????? ?? DEKU rUVd 113 0m a x （式 32） 型號 KIT KUT KUV KIV KIL STK KL K 三相帶中線 2 1 三相橋 2 2 雙三相橋串聯(lián) 2 4 ～ 雙三相橋并聯(lián) 2 1 ～ 表 31 變流器主電量計(jì)算系數(shù) 1 12 式中： 0rE ：轉(zhuǎn)子開路相電勢 ； UVK ：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見 表 31； 則 ? ? VUd a x ????? dNMIVNMd IKII ?? 2m a x ?? （式 33） 式中： λ M ：電動機(jī)的電流過載倍數(shù)，近似等于轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù) 2； I2N ：轉(zhuǎn)子線電流額定值 ； KIV ： 整流電壓計(jì)算系數(shù)，見 表 31； IdN：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值 ； IdN= I2N/ KIV； ： 考慮到轉(zhuǎn)子電流畸變等因素的影響而引如的系數(shù) ； 則 AI d a x ???? ??????? 322 ISEnnnsR ???? ???? 0 32 0 13 111 3I nnn SUr 定轉(zhuǎn)子繞組的變比 kM = 21 ???EUnn 折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的定子電阻 r39。1 = ???? 2kr 2m1 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 MNMNn PMnnn ??????? 2911 4 8 0 459 6 5 59 6 5 5 14 4 硬件元件的選擇 整流二極管電壓的選擇 設(shè)每個(gè)橋臂上串聯(lián)的整流二極管數(shù)目為 N=3，則每個(gè)二極管的反向重復(fù)峰值 KRMU 為 ? ?NKDEKUAVnUTK R M?????? ??1133~22 （式 41） 式中： UTK ： 電壓計(jì)算系數(shù)，見上表 31； nE2 ：轉(zhuǎn)子開路相電勢 ； AVK ：均壓系數(shù)，一般取 。對于元件不要串聯(lián)時(shí)取 1 ； 由上式可見，整流二極管所承受的最高電壓與最低電壓與系統(tǒng)的調(diào)速范圍D 有關(guān)， 調(diào)速范圍越高，元件承受的電壓越高 。 則： ? ? VU K R M 1 3 4 ?? ????? 的選擇 在大容量 串極 調(diào)速系統(tǒng)中，需要將幾個(gè)整流二極管并聯(lián)使用。設(shè)并聯(lián)支路數(shù)為 Np = 3則每個(gè)整 流二極管的電流計(jì)算如下： ? ?PACdITF NK IKI m a x2~? （式 42） 式中 ： KＩＴ ：電流計(jì)算系數(shù)，見 表 31； Iｄｍａｘ ：轉(zhuǎn)子整流器最大直流整流電流 ； KＡＣ ：均流系數(shù)。其值可取 ～ ， 對于元件不并聯(lián)的情況下取 1 ； AI F ???? 對于不同的異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓和不同的調(diào)速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側(cè)電壓與其匹 配；同時(shí)也希逐轉(zhuǎn)子電路與交流電網(wǎng)之間實(shí)行電隔離，因此一般 串極 調(diào)速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。 逆變壓器二次側(cè)參數(shù)的初步計(jì)算 （ 1） 逆變壓器二次側(cè)電壓 根據(jù)最低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則確定： m i nm a x2 c o s ?UVdT K UU ? （式 43） 式中 ： UＴ２ ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓 ； Uｄｍａ ｘ ： 轉(zhuǎn)子整流器最大輸出直流電壓 ； KＵＶ ： 整流電壓計(jì)算系數(shù) ， 見表 31； βｍｉｎ ： 最小逆變角，一般取 30176。 ； 即， VU T ??? （ 2） 逆變變壓器折算至直流側(cè)電抗 ， ?? %5% ?ku取 ???????? %22IUuXnTkT 則， 折算到直流側(cè)等效電阻 ??????? 22IErnnT （ 3） 平波電抗器直流電阻 ??????? 0 22IErnnd （ 4） 在 串極 調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的額定轉(zhuǎn)速 16 當(dāng) S=1 時(shí)，電動機(jī)定子折算到直流側(cè)的等效電阻為 39。1 ，故電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 IIXrUM dndnMdkn m ?????? ?????? ??? ?? 39。101 IIrEn dndnn X ?????? ?????? ??? ? 6 39。121 考慮到換相重疊角 ? 的影響，并經(jīng)線性 化處理，上式中 Idn 為 AAI I ndn 3 2 ????? 則 mNmNM kn ?????????? ??????? ?????? 7 0 0 64 4 2 8 4 5 0 05 6 ? 轉(zhuǎn)矩降低系數(shù)為 9 1 7 8 ??? MMKnknM （ 5） 串極 調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速的確定 直流回路總等效電阻為 XrrrR TdTM mXm ?? 222 ?????? 式中 ， 電動機(jī)折算到直流側(cè)的等效電阻，可按功率相等的原則進(jìn)行折算，即 ? ? ? ? ? ?rIrIrrI MnMdnn 323 22239。1222 ??????????? 得 ? ? ?????????? 6 32 28 ?R （ 6） 最大電流時(shí)的電動勢系數(shù)為 ： 1110 m i n )/(3 0 1 5 0 01 8 1 914 4 2 8 4 ????????? ???????????? ???? rVrnIXUC dmMde?? （ 7） 最 大轉(zhuǎn)速 ： m i n/1 02 7m i n/3 6 193 a x rrC RIUnedmd ??????? ?則 m in/34231m a xm i n rnn ?? （ 8） 轉(zhuǎn)速降低系數(shù) a x ??? nnKnn （ 9）電動機(jī) 校驗(yàn) kWkWkWKpnL 26 ??? 或 kWkWkWKP pn ???? 即，所選電動機(jī)符合要求。 所以， II dmd ? 時(shí) ， 換相重疊角 為 ?? o s221c o s 121 ???????? ? ???????????? ?? ??nMdm EXI? 系統(tǒng)工作在第一工作區(qū)。 計(jì)算 5 0 03 4 21 5 0 01m i n1m a x ????? nnS n 逆變變壓器二次側(cè)線電壓 VVESU nTn 3 0330c os 3 osm i n2m a x2 ???? ?? 又因?yàn)? AII nT 8122 ?? 逆變變壓器計(jì)算容量為 18 AkWIUS TTnT 0 333 322 ?????? ? 逆變變壓器一次側(cè)電流 ????????????????813303813303338034250032211XIUrUSITTTnTnnTTAA 因此 R? 修正為 R? ?? m in/ a x rCedmd RIUn ??????? ? 符合前面所取的 nmax 值 硅整流元件及晶閘管的選擇 IKI dmIAVT )2~()( ? 式中 ?KI （ 三相橋式電路、電感性負(fù)載 ） AAI AVT 161~)2~()( ???? 取 AI AvT 150)( ? 因?yàn)? VVUU Tnm 4 2 83 0 322 2 ???? VUU mT 1 2 8 4~8 5 6)3~2( ?? 取 VU T 1200? 選擇硅整流元件 ZP15012 六只，晶閘管 KP15012 六只。 晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等 參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。 電壓保護(hù) 不能從根本上消除過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護(hù)的基思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非先行元件限制過電壓 的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。實(shí)用中常視需要在電路的不同部位選用不同的方法，或者在同一部位同時(shí)用兩種不同保 護(hù)方法。以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。 （ 1） 交流 側(cè)過電壓保護(hù) 本設(shè)計(jì)采用阻容保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進(jìn)行保護(hù)。如 圖41 所示： 變壓器接法 單相 三相、二次Ｙ聯(lián)結(jié) 三相二次Ｄ聯(lián)結(jié) 阻容裝置接法 與變壓器二次側(cè)并聯(lián) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) Y 聯(lián)結(jié) D 聯(lián)結(jié) 電容 Ｃ Ｃ 1/3C 3C C 電阻 Ｒ Ｒ 3R 1/3R R 表 41 變壓器連接及阻容選擇 對于三相電路， Ｒ 和 Ｃ 的值可按 表 41 換算。 本系統(tǒng)采用 DY 連接。 圖 41 阻容保護(hù)電路圖 20 S=， U2=120V 變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù) Iem取值：當(dāng) S=1～ 10KVA 時(shí)，對應(yīng)的 Iem=4～ 1， 所以 Iem 取 3。 C≥ 6IemS/U22= 6334103/1202= 選取 20181。F的鋁電解電容器。 變壓器短路電壓比選取： S=1～ 10K