【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(lái)看，標(biāo)定的硅整流二極管額定電流與標(biāo)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(shí)，仍可使用 317式，但此時(shí)應(yīng)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(gè)橋臂上的元件為一串四并，轉(zhuǎn)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(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直流回路中，必須設(shè)置足夠大的電抗器，其主要原因現(xiàn)歸納成以下四點(diǎn)： （ 1）電抗器必須保證串級(jí)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(shí)，機(jī)械特性曲線(xiàn)上翹，特性變軟，這對(duì)于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)都是不利的。 （ 2）電抗器應(yīng)能保證串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的逆變器不產(chǎn)生嚴(yán)重的提前短路現(xiàn)象。當(dāng)電抗器的電感不是足夠大時(shí)，逆變器將提前短路，這對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行是不利的。 （ 3）轉(zhuǎn)子回路的直流電路中電流 dI 實(shí)際上帶有交流成分的脈動(dòng)直流，其脈動(dòng)的程度與線(xiàn)路形式、 ? 角以及電抗器 dL 有 關(guān)，該脈動(dòng)成分將增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗。因此，電抗器必須將直流電流中的脈動(dòng)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(dāng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)直流回路短路或顛覆時(shí)，電流急劇增加。如果電抗器的電感足夠大，則此時(shí)可以限制電流上升率，使 dtdi 不致過(guò)大，從而保證直流回路的快速開(kāi)關(guān)在短路電流值允許范圍以?xún)?nèi)時(shí)及時(shí)地?cái)嚅_(kāi)電路。 直流回路中電抗器電感值的計(jì)算 電抗器電感值的計(jì)算，可以根據(jù)上述幾個(gè)方面的要求來(lái)進(jìn)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(dòng)機(jī)額定電流的 5%~10%； BE2 —— 逆變變壓器的二次相電勢(shì)； DL —— 折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)每相漏抗； BL —— 折算到二次側(cè)的變壓器每相漏抗。 ? ? ~%10~%52 ??? edL II （安） 折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的每相漏感為： 2221?????? ???XXXL DDD （毫亨） 折算到逆變變壓器二次側(cè)的每相漏感： ?BL （毫亨） 則 )()22( 2 ????????? BDdL Bd LLIEL （毫亨） 電抗器的有關(guān)參數(shù)如下： （ 1）電抗器的電阻：每臺(tái)電抗器都由壁厚為 毫米的 20 毫米 20 毫米方形通關(guān)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(tái)電抗器的電阻為 ? ? )( ??? ????????? ?????? SdDWSlrd（歐） 三臺(tái)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(shè)計(jì) 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(guò)流過(guò)壓保護(hù)裝置。這章主要介紹觸發(fā)裝置和過(guò)流過(guò)壓保護(hù)裝置，調(diào)節(jié)裝置將在后面中介紹。 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù) 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)原理 晶閘管（包括整 流二極管）對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流都非常敏感，當(dāng)外加反向電壓超過(guò)晶閘管反向重復(fù)峰值或流過(guò)的電流超過(guò)晶閘管的額定電流一定值時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致元件損壞。因此，除對(duì)元件正確計(jì)算和合理選擇外，還需要配置必要的保護(hù)裝置。 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)流事故，一般是由于顛覆、缺相運(yùn)行、負(fù)載增加造成過(guò)載等原因引起的，特別是發(fā)生顛覆時(shí)，回路內(nèi)將產(chǎn)生很大的短路電流。由于晶閘管的溫升時(shí)間常數(shù)很小，比一般電器元件小的多，所以過(guò)流時(shí)其結(jié)溫迅速升高；當(dāng)結(jié)溫超過(guò)允許值（一般最高允許結(jié)溫為 ?125 ）時(shí)，元件迅速損壞。因 此，對(duì)于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，為了保證顛覆時(shí)不致?lián)p壞元件和設(shè)備，常采用快速熔斷器 [6]和在直流回路中加入快速開(kāi)關(guān)，以進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。 轉(zhuǎn)子額定線(xiàn)電流： eI2 =1255（安） 。 考慮到起動(dòng)電流比額定電流大一些，為保證正常起動(dòng)查表 113a，選取 RSL2021快速熔斷器，熔體額定電流 2021 安。 交流側(cè)快速熔斷器的選擇：定子額定線(xiàn)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(kāi)關(guān)的選擇： KP9 型， 2021 安，快速開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)額定電流為2021 安。 造成過(guò)電壓的因素很多，如串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中交流開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)、交流側(cè)快速熔斷器的熔斷和晶閘管換流都將產(chǎn)生尖峰瞬時(shí)電壓等；變壓器的漏抗和初次級(jí)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(zhuǎn)子直流回路中由于快速開(kāi)關(guān)切斷而在平波電抗器 dL 和電機(jī)、變壓器的漏抗中產(chǎn)生過(guò)電壓 dtdiL 以及雷擊過(guò)電壓等，都可能造成過(guò)電壓的原因。另外，異步電動(dòng)機(jī)的激磁電流 通常是定子額定電流的 30%~70%，這說(shuō)明電機(jī)中存有很大的磁場(chǎng)能量。因此，若在轉(zhuǎn)子斷開(kāi)情況下斷開(kāi)定子回路，可能在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生很高的沖擊電壓，從而損壞元件甚至設(shè)備。 為了避免法身上述情況，在操作順序上應(yīng)考慮過(guò)壓?jiǎn)栴}，為此，在事故或正常停車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)子回路或直流回路斷開(kāi)以前，應(yīng)考慮向轉(zhuǎn)子接入電阻，以提供一條轉(zhuǎn)子閉合通路，然后再斷開(kāi)定子電流。 對(duì)于大容量的變換器，三相阻容保護(hù)裝置比較龐大，此時(shí)，可采用圖 41 所示的阻容保護(hù)電路 [6]。 其 R， C 的計(jì)算如下： ? ?uFUSiC 220%6 ??? （ 41） ? ????? %%022iuSUR k （ 42） 式中 S —— 變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為 VA； 2U —— 變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為 V； %0i —— 變壓器勵(lì)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(cè)阻容保護(hù)電路 電容 C 的交流耐壓 ? ， CU 為正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓的有效值。電阻 R 的功率 RP 的計(jì)算可以根據(jù) 以下經(jīng)驗(yàn)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(yīng)還有過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)裝置，下面將設(shè)計(jì)。 過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)裝置 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)裝置主要由 直流電壓變換器、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)和綜合保護(hù)電路等環(huán)節(jié)組成的。下面分別說(shuō)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓整流成直流電壓（輸入量），并使此直流電壓與轉(zhuǎn)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(hù)環(huán)節(jié)中去，以免使保護(hù)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(gè)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(hào)通過(guò)變壓器 1B 的次級(jí)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(duì)稱(chēng)開(kāi)關(guān)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(guò)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(guò)壓和過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)（ GY、 GL） 過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)的原理圖如圖 42 所示。用 FC52 線(xiàn)性集成電路組成一個(gè)放大器，利用正反饋?zhàn)饔?，使放大器具有繼電特性；而后，用位移電位器 1W 實(shí)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(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率 S 超過(guò) ? ?. m a xm a x ?SS 。 9?入U(xiǎn) 伏時(shí)， GY 動(dòng)作， 出U 由 +6 伏變?yōu)?6 伏。該 6 伏電壓送至下一級(jí)綜合保護(hù)電路中去。 圖 42 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)環(huán)節(jié)原理圖 （三）綜合保護(hù)電路（ ZH） 綜合保護(hù)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(mén)。當(dāng) GY 和 GL 動(dòng)作時(shí)， 6 伏電壓送到綜合保護(hù)電路的輸入端，使晶體管 1T 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗w管 2T 與 3T 則由截止變?yōu)閷?dǎo)通； 2T 的導(dǎo)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(dǎo)通，使繼電器ZHJ 通電 并動(dòng)作，從而使直流快速開(kāi)關(guān) DS 立即斷開(kāi)。 圖 43 綜合保護(hù)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(zhuǎn)速反饋電壓為負(fù)，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(gè) 15V電源。用一個(gè) ,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(shí)停電保護(hù)裝置 在供電系統(tǒng)中，常將在 5 秒鐘以?xún)?nèi)可以恢復(fù)的停電稱(chēng)為“瞬時(shí)停電”。據(jù)日本有關(guān)資料介紹，在瞬時(shí)停電中，持續(xù) ~ 秒的瞬時(shí)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(shí)停電保護(hù)裝置有多種，圖 45 所示為其中比較簡(jiǎn)單、使用較廣的一種。圖 45是帶瞬時(shí)停電保護(hù)裝置的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) [1]，使用它可以避免出現(xiàn)瞬時(shí)停電所造成的三不良后果。 圖 45 瞬時(shí)停電保護(hù)裝置 對(duì)于時(shí)間較短的瞬時(shí)停電，采用上述措施是可行的；若停電時(shí)間較 長(zhǎng)，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速下降很明顯時(shí)，可采用正常起動(dòng)方法重新起動(dòng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 集成觸發(fā)器 KJ004 目前觸發(fā)電路應(yīng)用較多的是阻容移相觸發(fā)電路、單結(jié)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(mén)極電壓和門(mén)極電流，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可以導(dǎo)通；根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，對(duì)變流裝置的輸出功率進(jìn)行控制。在本設(shè)計(jì)中選用集成六脈沖觸發(fā)器實(shí)用電路。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。如圖 46所示為 KJ004[5]電路原理圖： 如圖 46KJ004原理圖，其中點(diǎn)劃線(xiàn)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?？煞譃橥?、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選集脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。由 1個(gè) KJ004構(gòu)成的觸發(fā)單元可輸出 2 個(gè)相位間隔 180176。的觸發(fā)脈沖。只需用 3個(gè) KJ004 集成塊和 1 個(gè) KJ04l集成塊，即可形成六路雙脈沖，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 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(shí)際是由 12個(gè)二極管構(gòu)成的 6個(gè)或門(mén)，其作用是將 6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為 6 路雙脈沖輸出。也有廠(chǎng)家生產(chǎn)了將圖 56 全部電路集成的集成塊，但目前應(yīng)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(cè)電源通常來(lái)自電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會(huì)在允許范圍內(nèi)有一定的波動(dòng)。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應(yīng)保證每個(gè)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(guān)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(gè)同步變壓器，將其一次側(cè) 接人為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號(hào)，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(wèn)題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號(hào)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(jié)構(gòu)、觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)等。下面以主電路為三相橋式全