【文章內(nèi)容簡介】 大，元件承受的電壓越高，串聯(lián)的元件越多。 則 767236223 ?????R R MV (伏 ) 。 從電流來看，標定的硅整流二極管額定電流與標定的晶閘管額定電流相等，即可根據(jù) ddF III 1 ?? 得到 2 5 ???FI （安） 所以，在確定硅整流元件的并聯(lián)支路數(shù)時，仍可使用 317式，但此時應乘以低頻系數(shù) DK ，其值約為 ~，即 FJLdiIDP IK IKKKn m ax? （ 319） 因此， 4m a x ??FJLdiIDP IK IKKKn 即硅整流元件的并聯(lián)支路數(shù)為 4。 所以，硅整流二極管的選擇如下： 硅整流二極管： 500 安 /800 伏的不可控元件，每個橋臂上的元件為一串四并，轉子整流橋共用 24只硅整流元件。 直流回路電抗器的作用 在串級調(diào)速電動機的轉子直流回路中，必須設置足夠大的電抗器，其主要原因現(xiàn)歸納成以下四點： （ 1）電抗器必須保證串級調(diào)速系統(tǒng)在最小工作電流下仍能維持電流連續(xù)。如果電抗器的電抗不是足夠大，那么在正常工作狀態(tài)下電流就可能不連續(xù)了。此時，機械特性曲線上翹，特性變軟，這對于靜態(tài)和動態(tài)都是不利的。 （ 2）電抗器應能保證串級調(diào)速系統(tǒng)中的逆變器不產(chǎn)生嚴重的提前短路現(xiàn)象。當電抗器的電感不是足夠大時，逆變器將提前短路，這對串級調(diào)速系統(tǒng)的運行是不利的。 （ 3）轉子回路的直流電路中電流 dI 實際上帶有交流成分的脈動直流，其脈動的程度與線路形式、 ? 角以及電抗器 dL 有 關，該脈動成分將增加電動機的附加損耗。因此，電抗器必須將直流電流中的脈動成分限制在允許范圍內(nèi)。 （ 4）電抗器還有限制短路電流上升率的作用。當串級調(diào)速系統(tǒng)直流回路短路或顛覆時，電流急劇增加。如果電抗器的電感足夠大，則此時可以限制電流上升率，使 dtdi 不致過大，從而保證直流回路的快速開關在短路電流值允許范圍以內(nèi)時及時地斷開電路。 直流回路中電抗器電感值的計算 電抗器電感值的計算，可以根據(jù)上述幾個方面的要求來進行，并取其中較大的值。 )22( 2 BDdLBd LLIEL ??? （毫亨） （ 320） 式中 dLI —— 電流連續(xù)臨界值，其值可根據(jù)具體情況選取，常取電動機額定電流的 5%~10%； BE2 —— 逆變變壓器的二次相電勢； DL —— 折算到轉子側的電動機每相漏抗； BL —— 折算到二次側的變壓器每相漏抗。 ? ? ~%10~%52 ??? edL II （安） 折算到電動機轉子側的每相漏感為： 2221?????? ???XXXL DDD （毫亨） 折算到逆變變壓器二次側的每相漏感： ?BL （毫亨） 則 )()22( 2 ????????? BDdL Bd LLIEL （毫亨） 電抗器的有關參數(shù)如下： （ 1）電抗器的電阻：每臺電抗器都由壁厚為 毫米的 20 毫米 20 毫米方形通關繞成，繞組的外徑 D=698毫米，內(nèi)徑 d=450毫米、匝數(shù) 120620 ???W 匝，銅管電阻率 ?? .毫米 2/米。每臺電抗器的電阻為 ? ? )( ??? ????????? ?????? SdDWSlrd（歐） 三臺電抗器的總電阻為 ???? dd rR (歐 ) （ 2）電抗器的總電抗為 ???dL （毫亨） 第四章 控制系統(tǒng)的設計 本系統(tǒng)的控制部分由三部分組成，即觸發(fā)裝置、調(diào)節(jié)裝置和過流過壓保護裝置。這章主要介紹觸發(fā)裝置和過流過壓保護裝置，調(diào)節(jié)裝置將在后面中介紹。 過流和過壓保護 過流和過壓保護原理 晶閘管（包括整 流二極管）對過電壓和過電流都非常敏感，當外加反向電壓超過晶閘管反向重復峰值或流過的電流超過晶閘管的額定電流一定值時，都會導致元件損壞。因此，除對元件正確計算和合理選擇外，還需要配置必要的保護裝置。 晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的過流事故，一般是由于顛覆、缺相運行、負載增加造成過載等原因引起的，特別是發(fā)生顛覆時，回路內(nèi)將產(chǎn)生很大的短路電流。由于晶閘管的溫升時間常數(shù)很小，比一般電器元件小的多，所以過流時其結溫迅速升高；當結溫超過允許值（一般最高允許結溫為 ?125 ）時，元件迅速損壞。因 此，對于串級調(diào)速系統(tǒng)，為了保證顛覆時不致?lián)p壞元件和設備，常采用快速熔斷器 [6]和在直流回路中加入快速開關，以進行過電流保護。 轉子額定線電流： eI2 =1255（安） 。 考慮到起動電流比額定電流大一些，為保證正常起動查表 113a，選取 RSL2021快速熔斷器，熔體額定電流 2021 安。 交流側快速熔斷器的選擇：定子額定線電流： 2431 ?eI （安），可選擇 RSL300快速熔斷器，熔體額定電流 300 安。 直流回路中快速開關的選擇： KP9 型， 2021 安，快速開關，開關額定電流為2021 安。 造成過電壓的因素很多，如串級調(diào)速系統(tǒng)中交流開關的閉合與斷開、交流側快速熔斷器的熔斷和晶閘管換流都將產(chǎn)生尖峰瞬時電壓等；變壓器的漏抗和初次級繞組之間分布電容組成的諧振電路，可能產(chǎn)生諧振電壓、轉子直流回路中由于快速開關切斷而在平波電抗器 dL 和電機、變壓器的漏抗中產(chǎn)生過電壓 dtdiL 以及雷擊過電壓等，都可能造成過電壓的原因。另外，異步電動機的激磁電流 通常是定子額定電流的 30%~70%，這說明電機中存有很大的磁場能量。因此，若在轉子斷開情況下斷開定子回路，可能在轉子回路中產(chǎn)生很高的沖擊電壓，從而損壞元件甚至設備。 為了避免法身上述情況，在操作順序上應考慮過壓問題，為此，在事故或正常停車時轉子回路或直流回路斷開以前，應考慮向轉子接入電阻，以提供一條轉子閉合通路，然后再斷開定子電流。 對于大容量的變換器，三相阻容保護裝置比較龐大，此時，可采用圖 41 所示的阻容保護電路 [6]。 其 R， C 的計算如下： ? ?uFUSiC 220%6 ??? （ 41） ? ????? %%022iuSUR k （ 42） 式中 S —— 變壓器每相平均計算容量，單位為 VA； 2U —— 變壓器二次側相電壓有效值，單位為 V； %0i —— 變壓器勵磁電流百分值， 10~2021kVA的變壓器，其值取為 4~10； %ku —— 變壓器的短路電壓百分值， 10~2021kVA變壓器，其值為 5~10。 得： ? ? uFuFU SiC 35 %6 2220??????? 所以可以取 uFC ? 。 ? ? %% 2022 ????????iuSUR k（歐） 圖 41 交流側阻容保護電路 電容 C 的交流耐壓 ? ， CU 為正常工作時阻容兩端交流電壓的有效值。電阻 R 的功率 RP 的計算可以根據(jù) 以下經(jīng)驗公式估算 ? ? RIP CR 243 ?? （ 43） 6102 ??? CCC UfI ? （ 44） AUfI CCC 6 2502102 66 ??????? ?? ?? ? ? WRIP CR 8 22 ?????? 所以電阻可選擇 400 歐 2 瓦。 除了考慮以上的情況以外，應還有過流和過壓保護裝置，下面將設計。 過壓和過流保護裝置 過流和過壓保護裝置主要由 直流電壓變換器、過壓和過流保護環(huán)節(jié)和綜合保護電路等環(huán)節(jié)組成的。下面分別說明各環(huán)節(jié)的工作原理。 （一）直流電壓變換器（ YB） 直流電壓變換器 [1]的原理圖如圖 41 所示，此變換器的功能是將電動機轉子的電壓整流成直流電壓（輸入量），并使此直流電壓與轉子電壓成正比且兩者之間是電隔離的；而后，再將此直流電壓，輸出到保護環(huán)節(jié)中去，以免使保護環(huán)節(jié)與主回路發(fā)生直接的電連接。 圖 41 直流電壓變換器（ YB）原理圖 直流電壓變換器由上、下兩部分組成，下部分的電路即為一個高頻方波電壓發(fā)生器，其輸出電壓的頻率約為 4000 赫，該方波電壓信號通過變壓器 1B 的次級繞組加到上面部分的電路上，作為調(diào)制和解調(diào)電源。 上面部分的電路是由晶體管 103 ~TT （ 3DK4C）組成的對稱開關電路，其功能是，先將直流輸入電壓調(diào)制成矩形波交流電流，而后，在通過隔離變壓器 2B，將矩形波交流電壓解調(diào)為直流輸出電壓。 （二）過壓和過流保護環(huán)節(jié)（ GY、 GL） 過壓和過流保護環(huán)節(jié)的原理圖如圖 42 所示。用 FC52 線性集成電路組成一個放大器，利用正反饋作用，使放大器具有繼電特性；而后，用位移電位器 1W 實現(xiàn)特性的移位，從而得到所需之繼電特性。 調(diào)整 GY，使電動機運行的轉差率 S 超過 ? ?. m a xm a x ?SS 。 9?入U 伏時， GY 動作， 出U 由 +6 伏變?yōu)?6 伏。該 6 伏電壓送至下一級綜合保護電路中去。 圖 42 過流和過壓保護環(huán)節(jié)原理圖 （三）綜合保護電路（ ZH） 綜合保護電路的原理圖如圖 43所示。此電路的輸入端為二極管 21 DD、 所組成的邏輯或門。當 GY 和 GL 動作時， 6 伏電壓送到綜合保護電路的輸入端，使晶體管 1T 由導通變?yōu)榻刂梗w管 2T 與 3T 則由截止變?yōu)閷ǎ?2T 的導通，使電流調(diào)節(jié)器 LT 的輸出電壓為零，脈沖控制角立即返回到 min? 的位置； 3T 德導通，使繼電器ZHJ 通電 并動作，從而使直流快速開關 DS 立即斷開。 圖 43 綜合保護電路（ ZH）原理圖 （四） 控制電路的直流電源 由于放大器輸入電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移向控制電壓CU 又為正電壓，故給定電壓就得取正電壓，轉速反饋電壓為負，電流環(huán)反饋電壓為正，可參看圖中的電壓的極性。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個 15V電源。用一個 ,1W 電位器引出給頂電壓。 這里選用 CM17815 和 CM17915 三端集成穩(wěn)壓器 [10]作為控制電路電源，如圖 44所示 ：（ B B2 為整流橋） 圖 44 控制電路的直流電源 瞬時停電保護裝置 在供電系統(tǒng)中，常將在 5 秒鐘以內(nèi)可以恢復的停電稱為“瞬時停電”。據(jù)日本有關資料介紹，在瞬時停電中，持續(xù) ~ 秒的瞬時停電占全部停電的 84%，持續(xù) 1秒以上的只占百分之幾。瞬時停電保護裝置有多種，圖 45 所示為其中比較簡單、使用較廣的一種。圖 45是帶瞬時停電保護裝置的串級調(diào)速系統(tǒng) [1]，使用它可以避免出現(xiàn)瞬時停電所造成的三不良后果。 圖 45 瞬時停電保護裝置 對于時間較短的瞬時停電，采用上述措施是可行的；若停電時間較 長，導致電機轉速下降很明顯時，可采用正常起動方法重新起動串級調(diào)速系統(tǒng)。 集成觸發(fā)器 KJ004 目前觸發(fā)電路應用較多的是阻容移相觸發(fā)電路、單結晶體管觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路、鋸齒波同步觸發(fā)電路。 其在變流裝置中所起的基本作用是向晶閘管提供門極電壓和門極電流，使晶閘管在需要導通的時刻可以導通；根據(jù)控制要求決定晶閘管的導通時刻，對變流裝置的輸出功率進行控制。在本設計中選用集成六脈沖觸發(fā)器實用電路。集成電路可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。如圖 46所示為 KJ004[5]電路原理圖： 如圖 46KJ004原理圖，其中點劃線框內(nèi)為集成電路部分。從圖中可以看出，它與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似。可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選集脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。由 1個 KJ004構成的觸發(fā)單元可輸出 2 個相位間隔 180176。的觸發(fā)脈沖。只需用 3個 KJ004 集成塊和 1 個 KJ04l集成塊，即可形成六路雙脈沖，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 47所示。 圖 46 KJ004 原理圖 圖 47 觸發(fā)電路原理 其中， KJ041內(nèi)部實際是由 12個二極管構成的 6個或門，其作用是將 6路單脈沖輸入轉換為 6 路雙脈沖輸出。也有廠家生產(chǎn)了將圖 56 全部電路集成的集成塊，但目前應用還不多。 觸發(fā)電路的定相 向晶閘管整流電路供電的交流側電源通常來自電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會在允許范圍內(nèi)有一定的波動。觸發(fā)電路除了應當保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應保證每個晶閘管的觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關系，這就是觸發(fā)電路的定相。 為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個同步變壓器，將其一次側 接人為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終是一致的。接下采的問題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。觸發(fā)電路的定相由多方面的因素確定，主要包括相控電路的主電路結構、觸發(fā)電路結構等。下面以主電路為三相橋式全