【文章內容簡介】 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)本此設計的技術要求和特點選 VM 系統(tǒng)。 在 VM 系統(tǒng)中，調節(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，瞬時電壓 Ud。 由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，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減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應快、 體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，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。 考慮到異步電動機輸出的最大轉矩的降低，功率因數(shù)的降低和轉子損耗增大等因素，不論對于新設計的或是改造的都應對異步電動機的容量進行重新選擇的計算， 串極 調速異步電動機的容量 P 計算如下： 式中 ， iK —— 串極 調速系數(shù)，一般取 左右。對于在長期低速運行的 串極 調速系統(tǒng)，該取大一點 ； DP —— 按照常規(guī)運算方式計算的電動機容量。 從產(chǎn)品手冊中選擇的電動機容量 P ≥ DP 本設計采用內反饋 串極 調速電機及其控制裝置技術手冊提供的有關數(shù)據(jù)設計而成。 該電機定額為連續(xù)定額 S1，基本防護等級為 IP23，基本冷卻方法為 ICO1，基本結構和安裝方式為 IBM3。 Di PKP ?? 10 控制電機型號 JRNT15124 最高 /最低 轉速 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 由于調速范圍小，且對動、靜態(tài)性能有一定性能要求，選用晶閘管 串極 調速雙閉環(huán)調速系統(tǒng)比較合適。整流器采用三相橋式全控整流電路。 3 電動機容量校核 Dn nnS 111 m i n1m a x ???? (式 31) 式中 ： 1n ：電動機的同步轉速，近似等于電 動機的額定轉速 ； minn ： 串極 調速系統(tǒng)的最低工作轉速 ； D ： 調速范圍 minmaxnnD ? 轉差率 S = （ 15001480） /1500 = ； 最大轉差率 Smax = (1480 ― 690) / 1480 = ； 調速范圍 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 變流器主電量計算系數(shù) 1 12 式中： 0rE ：轉子開路相電勢 ； UVK ：整流電壓計算系數(shù)，見 表 31； 則 ? ? VUd a x ????? dNMIVNMd IKII ?? 2m a x ?? （式 33） 式中： λ M ：電動機的電流過載倍數(shù)，近似等于轉矩過載倍數(shù) 2； I2N ：轉子線電流額定值 ； KIV ： 整流電壓計算系數(shù)，見 表 31； IdN：轉子整流器輸出直流電流額定值 ； IdN= I2N/ KIV； ： 考慮到轉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 定轉子繞組的變比 kM = 21 ???EUnn 折算到轉子側的定子電阻 r39。1 = ???? 2kr 2m1 電動機額定轉矩 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 設每個橋臂上串聯(lián)的整流二極管數(shù)目為 N=3，則每個二極管的反向重復峰值 KRMU 為 ? ?NKDEKUAVnUTK R M?????? ??1133~22 （式 41） 式中： UTK ： 電壓計算系數(shù)，見上表 31； nE2 ：轉子開路相電勢 ； 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)的調速范圍D 有關， 調速范圍越高，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 調速系統(tǒng)中，需要將幾個整流二極管并聯(lián)使用。設并聯(lián)支路數(shù)為 Np = 3則每個整 流二極管的電流計算如下： ? ?PACdITF NK IKI m a x2~? （式 42） 式中 ： KＩＴ ：電流計算系數(shù)，見 表 31； Iｄｍａｘ ：轉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轉子額定電壓和不同的調速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側電壓與其匹 配；同時也希逐轉子電路與交流電網(wǎng)之間實行電隔離，因此一般 串極 調速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。 逆變壓器二次側參數(shù)的初步計算 （ 1） 逆變壓器二次側電壓 根據(jù)最低轉速時轉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 ：逆變變壓器二次側線電壓 ； Uｄｍａ ｘ ： 轉子整流器最大輸出直流電壓 ； KＵＶ ： 整流電壓計算系數(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電抗 ， ?? %5% ?ku取 ???????? %22IUuXnTkT 則， 折算到直流側等效電阻 ??????? 22IErnnT （ 3） 平波電抗器直流電阻 ??????? 0 22IErnnd （ 4） 在 串極 調速狀態(tài)運行時的額定轉速 16 當 S=1 時，電動機定子折算到直流側的等效電阻為 39。1 ，故電動機額定轉矩 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 ? 轉矩降低系數(shù)為 9 1 7 8 ??? MMKnknM （ 5） 串極 調速狀態(tài)運行時最高轉速的確定 直流回路總等效電阻為 XrrrR TdTM mXm ?? 222 ?????? 式中 ， 電動機折算到直流側的等效電阻，可按功率相等的原則進行折算，即 ? ? ? ? ? ?rIrIrrI MnMdnn 323 22239。1222 ??????????? 得 ? ? ?????????? 6 32 28 ?R （ 6） 最大電流時的電動勢系數(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） 轉速降低系數(shù) a x ??? nnKnn （ 9）電動機 校驗 kWkWkWKpnL 26 ??? 或 kWkWkWKP pn ???? 即，所選電動機符合要求。 所以， II dmd ? 時 ， 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)。 計算 5 0 03 4 21 5 0 01m i n1m a x ????? nnS n 逆變變壓器二次側線電壓 VVESU nTn 3 0330c os 3 osm i n2m a x2 ???? ?? 又因為 AII nT 8122 ?? 逆變變壓器計算容量為 18 AkWIUS TTnT 0 333 322 ?????? ? 逆變變壓器一次側電流 ????????????????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、電感性負載 ） AAI AVT 161~)2~()( ???? 取 AI AvT 150)( ? 因為 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。設計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、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否可靠地正常運行的關鍵。 電壓保護 不能從根本上消除過電壓的根源，只能設法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內，這是過電壓保護的基思想。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用兩種不同保 護方法。以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。 （ 1） 交流 側過電壓保護 本設計采用阻容保護 即在變壓器二次側并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進行保護。如 圖41 所示： 變壓器接法 單相 三相、二次Ｙ聯(lián)結 三相二次Ｄ聯(lián)結 阻容裝置接法 與變壓器二次側并聯(lián) Y聯(lián)結 D聯(lián)結 Y 聯(lián)結 D 聯(lián)結 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 阻容保護電路圖 20 S=， U2=120V 變壓器勵磁電流百分數(shù) Iem取值：當 S=1～ 10KVA 時，對應的 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?。? S=1～ 10K