【導(dǎo)讀】第三章主電路的設(shè)計與分析?????????第四章PWM控制直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計????系統(tǒng)，和旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。波器既能為煤礦窄軌電機車配套的調(diào)速裝置，針對不同的負(fù)載對象，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。求具有良好的穩(wěn)態(tài)，動態(tài)性能。一切擾動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。這主要是因為在單閉環(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)定運行。電動機提供可控的直流電流，并成為弱點控制強電的媒介。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對電路及各元件參數(shù)的計算。磁電流閉環(huán)系統(tǒng)控制。直流電機由定子和轉(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。直流電機的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器和轉(zhuǎn)軸等。換向器是一種機械整流部件

　　

【正文】 ?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 對于本設(shè)計： 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 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)置電流檢測裝置，利用過電壓信號去控制觸發(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)生過電流時動作，斷開主電路。 （ 4）對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)外部短路時穩(wěn)態(tài)短路電流平均電流平均值 20dI ?？焖匍_關(guān)的動作電流 2gdI 按電動機最大過載電流整定 2g d NI KI? 式中， K 為電動機最大過載倍數(shù)，一般不大于 ； NI 為直流電動機的額定電流。 （ 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熔斷器，按本課題的設(shè)計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系統(tǒng)，熱管的主要特點：高效的導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強，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 勵磁回路元件計算和選擇 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只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓 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)通時有一定的管壓降，用 TV表示。 (3)變壓器漏抗的存在會產(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，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比； 0ddUUB ??表示控制角為 ? 時和 00?? 時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)電壓波動系數(shù)。通常取 ? ,供電質(zhì)量較差，電壓波動較大的情況 ? 應(yīng)取較小值； 44 NNa URIr ?? 表示電動機電樞電路總電阻 ?R的標(biāo)么值，對容量為 KW150~15的電動機，通常~?ar。 TnU表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(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)。 對于本設(shè)計：為了保證電動機負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn) ,計算所得 2U應(yīng)有一定的裕量 ,根據(jù)經(jīng)驗所知 ,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 以下為計算過程和結(jié)果： VVBAUU d ~2220)~1()~1(2 ????? ? 這里可以取VU 1402 ?。實際選取為標(biāo)準(zhǔn)變壓器時可以通過改變線圈匝數(shù)來實現(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 為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。 對于本設(shè)計 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)計時留取一定的裕量，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際承受的最大電壓 RM，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬 2～ 3 倍的安全系數(shù)，則計算公式： RMTM UU )3~2(? 對于本設(shè)計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際電流的最大有效值。一般取按此原則所得計算結(jié)果的 ～ 2 倍。 AII Nd ???? ? 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)計選用晶閘管的型號為 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 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 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)的時候，它的輸入電壓 0uu i ???? dsi I? ，所以在穩(wěn)態(tài)的時候， ?/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，自動限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響。 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，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)電壓波動引起電流波動，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)電壓波動對轉(zhuǎn)速的影響很小，可以忽略。 ： 表 1 各種整流電路的失控時間（ f=50Hz） 整流電路形式 最大失控時間max /sT ms 平均失控時間/sT ms 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）整流裝置滯后時間常數(shù) Ts。由表 .1 知，三相橋式電路的平均失控時間 Ts=? （ 2）電流濾波時間常數(shù) Toi。三相橋式電路的每個波頭的時間是 ，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 間常數(shù)之和 iT? 。按小時間常數(shù)近似處理，取= T s+ T o i= 0 .0 0 3 7 siT? 。 （ 4）電磁時間常數(shù) lT 的確定。由前述已求出電樞回路總電感。 HIUKL i i nd 21 ????? （ 61） 則電磁時間常數(shù) sRLT i ???? 49 rVn RIUC N NN m in / 0 0 ?????? 機電時間常數(shù)sCC RGDTmem 2 ???? ???? 2. 選擇 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求 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)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用 PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 () ( 1)iiAC R s iKsW s?? ?? （ 83） 式中 iK 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 檢查對電源電壓的抗擾性能： , 0 0 3 ??? iTT參照附 表 的典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的，因此