【導(dǎo)讀】第三章主電路的設(shè)計(jì)與分析?????????系統(tǒng)，和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，波器既能為煤礦窄軌電機(jī)車配套的調(diào)速裝置，針對(duì)不同的負(fù)載對(duì)象，與可控硅脈沖調(diào)速方式和電阻調(diào)速方式相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。求具有良好的穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)性能。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速反饋和PI調(diào)節(jié)器的單。降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)。中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)提供可控的直流電流，并成為弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的媒介。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對(duì)電路及各元件參數(shù)的計(jì)算。磁電流閉環(huán)系統(tǒng)控制。直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器和轉(zhuǎn)軸等。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。

　　

【正文】 故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖 所示 。 圖 壓敏電阻保護(hù)電路 壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計(jì)算： ?? ~ ?mAU壓敏電阻承受的額定電壓峰值 式中 mAU1為壓敏電阻的額定電壓； ? 為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般 ? 取～ 。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是 2U 40 對(duì)于本設(shè)計(jì)： VVUU mA ~~ ~ 21 ???? ? 因此，壓敏電 阻額定電壓取 300V 型壓敏電阻。 過電流保護(hù)設(shè)計(jì) 過電流保護(hù)措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)種。 （ 1）在交流進(jìn)線中串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，這些措施可以限制短路短路電流。 （ 2）在交流側(cè)設(shè)置電流檢測(cè)裝置，利用過電壓信號(hào)去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進(jìn)行封鎖。 （ 3）交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在發(fā)生過電流時(shí)動(dòng)作，斷開主電路。 （ 4）對(duì)于大容量和中等容量的設(shè)備以及經(jīng)常逆變的情況，可以用直流快速開關(guān)進(jìn)行過載或短路保護(hù)。直流開關(guān) 的應(yīng)根據(jù)下列條件選擇： ① 快速開關(guān)的額定電流 2ldI 額定整流電流 NI 。 ② 快速開關(guān)的額定電壓 KldU ≥額定整流電壓 NU 。 ③ 快速開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?2fddI 直流側(cè)外部短路時(shí)穩(wěn)態(tài)短路電流平均電流平均值 20dI ?？焖匍_關(guān)的動(dòng)作電流 2gdI 按電動(dòng)機(jī)最大過載電流整定 2g d NI KI? 式中， K 為電動(dòng)機(jī)最大過載倍數(shù)，一般不大于 ； NI 為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。 （ 5） 快速熔斷器 它可以安裝在交流側(cè)或直流側(cè)，在直流側(cè)與元件直接串聯(lián)。在選 41 擇時(shí)應(yīng)注意以下問題： ① 快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。 ② 熔斷器的額定電流應(yīng)大于溶體的額定電流。 ③ 溶體的額定電 流 KNI 可按下式計(jì)算 KN TI I I?? 三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù) 在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖 如下： 圖 一次側(cè)過電流保護(hù)電路 （ 1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。 本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的線電壓為 380V，熔斷器額定電壓可選擇 400V。 （ 2）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。 本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的電流 1I ??? UUK 42 AKII ??? 熔斷器額定 電流 AII FU 1 ???? 因此，如圖 在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個(gè)熔斷器，按本課題的設(shè)計(jì)要求熔斷器的額定電壓可選 400V，額定電流選 70A。 熱管散熱技術(shù)是當(dāng)今國際較流行的散熱方式，國內(nèi)近年來發(fā)展較快，被人們稱之為熱的“超導(dǎo)體”，已廣泛用于車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)，熱管的主要特點(diǎn)：高效的導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)多樣靈活、重量輕。由于 IGBT 模 塊的開關(guān)頻率高，開關(guān)損耗大，特別是對(duì)大功率 IGBT 模塊，一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板絕緣的大功率 IGBT 模塊散熱。目前適合于大功率 IGBT 模塊的熱管散熱器的熱阻可以達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)以下。 第 七 章 勵(lì)磁回路元件計(jì)算和選擇 變壓器的選擇 在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器，這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用 Y 聯(lián)接 。 S為整流變壓器的總?cè)萘浚?S為變壓器一次側(cè)的容量， 1U為一次側(cè)電壓 , 1I為一次側(cè)電流 , 2為變壓器二次側(cè)的容量， 2為二次側(cè)電壓， 43 2I為二次側(cè)的電流， 1m、 2為相數(shù)，以下就是各量的推導(dǎo)和計(jì)算過程。 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 2U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 2。 影響 2U值的因素有： (1) 2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的 最大電流值的 maxdI。 (2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用 TV表示。 (3)變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降。 (4)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。 (5)電樞電阻的壓降。 綜合以上因素得到的 2U精確表達(dá)式為： 20UUA d?表示當(dāng)控制角 00?? 時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比； 0ddUUB ??表示控制角為 ? 時(shí)和 00?? 時(shí)整流電壓平均值之比； C 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)； %KU為變壓器的短路電壓百分比， 100 千伏安以下的變壓器取 5%?K， 100～ 1000 千伏安的變壓器取10~5?KU； ?為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。通常取 ? ,供電質(zhì)量較差，電壓波動(dòng)較大的情況 ? 應(yīng)取較小值； 44 NNa URIr ?? 表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻 ?R的標(biāo)么值，對(duì)容量為 KW150~15的 電動(dòng)機(jī)，通常~?ar。 TnU表示主電路中電流經(jīng)過幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降。 maxdI 負(fù)載電流最大值； dNdII ??max所以 dNdII max??, 表示允許過載倍數(shù)。 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 2U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。 ??， ?A，2330coscos ??? OB ?， ?C,5%?KU，（其中 A、B、 C 可以查表 中三相全控橋） 表 變流變壓器的計(jì)算系數(shù) 整流電 單相雙 單相半 單相全 三相 三相半 三相全 帶平衡電 45 以下為計(jì)算過程和結(jié)果： VVBAUU d ~2220)~1()~1(2 ????? ? 這里可以取VU 1402 ?。實(shí)際選取為標(biāo)準(zhǔn)變壓器時(shí)可以通過改變線圈匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)主電路的不同的接線方式，由表 查得 ?? dI IIK即得出二次側(cè)電流的有效值 dIIKI ?? 22 ?,從而求的、出變壓器二次側(cè)容量 2222 IUmS ?。而一次相電流有效值)//( 211 UUII ?，所以一次側(cè)容量 2222 I。一次相電壓有效值 1U 取決于電網(wǎng)電壓。所以變流變壓器的平均容量為)(21 21 SSS ?。 2IK 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。 對(duì)于本設(shè)計(jì) 2IK取 ,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故 AIKI NI ?????? ? 根據(jù)整流變壓器的特性，即 路 半波 控橋 控橋 半波 控橋 控橋 抗 器的雙反星形 20UUA d? 0ddB ? cos? 1 cos2 ?? cos? cos? 1 cos2 ?? cos? cos? C 22/IdK I I? 1 1 46 222111 IUmIUm ? 取 3，所以 2211 IUIU ?，所以整流變壓器的容量為： 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 211( ) ( )22S S S m U I m U I m U I? ? ? ? ? KVAIUm ????? 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為 AKV?。 整流元件晶閘管的選型 正確選擇晶閘管能夠使晶閘管裝置在保證可靠運(yùn)行的前提下降低成本。選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓 TMU 和額定電流)(AVTI 首先確定晶閘管額定電壓 TMU，晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓 RM，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過電壓等因素，還要放寬 2～ 3 倍的安全系數(shù)，則計(jì)算公式： RMTM UU )3~2(? 對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的是三相橋式整流電路，晶閘管按 1至 6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中晶閘管承受的最大電壓 22 UUU RM ??， 故計(jì)算的晶閘管額定電壓為 VVUU TM 1029~)3~2(6)3~2( 2 ?????? 取 800V 。 再確定晶閘管額定電流)(AVTI，額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值。一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的 ～ 2 倍。 AII Nd ax ???? ? AI dVT ?? 47 由此可求出晶閘管的額定電流，其公式為： AAII VTAVT ~)2~()( ?? 可以取額定電流為 2A。 本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為 KK2008 額定電壓： VDRM 800V 額定電流： IT(AV) 200A 門極觸發(fā)電壓： VGT ? V 門極觸發(fā)電流： IGT ? 300 mA 第 八 章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ACR：電流調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)作用：電流環(huán)由 ACR 和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)，其主要作 用是穩(wěn)定電流，由于 ACR 為 PI 調(diào)節(jié)器。所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，它的輸入電壓 0uu i ???? dsi I? ，所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候， ?/uId si? 的數(shù)值上。假設(shè) ?/uId si? ，它的調(diào)節(jié)過程如下： 它可以保持電流特性不變，自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。 ASR 有輸出限幅值，限幅值為 musi ，這樣電流的最大值為 48 ?/uIm sim? ，當(dāng) md II ? 時(shí)，電流環(huán)將使電流下降，調(diào)節(jié)電位器RP3 的 電 流 反 饋 系 數(shù) 或 整 定 ASR 的 輸 出 限 幅 值 。NI)~(I m ? 。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起電流波動(dòng)，通過 ACR 的調(diào)節(jié)，使的電流很快的恢復(fù)原值，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小，可以忽略。 ： 表 1 各種整流電路的失控時(shí)間（ f=50Hz） 整流電路形式 最大失控時(shí)間max /sT ms 平均失控時(shí)間/sTms 單相半波 20 10 單相橋式 10 5 三相半波 三相橋式、六相半波 1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts。由表 .1 知，三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts=? （ 2）電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1~2） Toi=，因此取 Toi=2ms=。 （ 3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 iT? 。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取=T s+T oi = 7siT? 。 （ 4）電磁時(shí)間常數(shù) lT 的確定。由前述已求出電樞回路總電感。 HIUKL i 2 2 66 9 i nd 21 ????? （ 61） 則電磁時(shí)間常數(shù) sRLT i ???? 49 rVn RIUC N NN m i n / 5 0 0 2 0e ?????? 機(jī)電時(shí)間常數(shù)sCC RGDTmem 7 5 7 5 2 ???? ???? 2. 選擇 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 5%i?? ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用 PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 () ( 1)iiACR s iKsW s?? ??