【正文】 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)在允許的范圍內(nèi)有一定的波動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中只要同步電壓與 U相電壓 U同相，就可滿足晶閘管移相范圍的要求。所以，三相同步變壓器副邊繞組就只能采用 Y 形連接方法。 （二）變壓器的說明 與三相電源變壓器不同，由于三相同步變壓器的副邊繞組電壓要分別接到六個(gè)觸發(fā)電路，因而各觸發(fā)電路必有公共接地端。這種 包含電源電壓頻率和相位信息的電壓稱為同步電壓。當(dāng)可控整流設(shè)備通過整流變壓器和交流電網(wǎng)相接時(shí)，應(yīng)為整流變壓器的副邊繞組電壓；當(dāng)整流設(shè)備直接接入電網(wǎng)是時(shí)，電源主電壓就是交流電網(wǎng)電壓。只有這樣，才能使晶閘管變流裝置有穩(wěn)定的輸出電壓和電流。對(duì)于共陰極組的 VT VT 6和 VT 2，它們的陰極分別與 U 、 V2和 W2 相連，可簡(jiǎn)單表示它們的主電路電壓分別為 U 、 V2 和 W2。對(duì)應(yīng)，說明 VT l 的同步電壓應(yīng)滯后于 U2180176。的位置，則其同步信號(hào)的 180176。由圖 57可知，? ＝ 0176。與同步電壓的 300○ 對(duì)應(yīng)，也就是 ? ＝ 0176。 的移相范圍。將 ?＝ 90176。 時(shí)為整流工作， ? 90176。 。 位置對(duì)應(yīng)。 。 和終了的 30176。 采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時(shí)，同步信號(hào)負(fù)半周的起點(diǎn)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的起點(diǎn)，通常使鋸齒波的上升段為 240176。 至 180176。 圖 48給出了主電路電壓與同步電壓的關(guān)系示意圖。下面以主電路為三相橋式全控整流電路、采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路的情況為例，講述觸發(fā)電路的定相。接下采的問題是觸發(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。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(yīng)用還不多。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。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。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。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。 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(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。 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)。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。 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 秒鐘以內(nèi)可以恢復(fù)的停電稱為“瞬時(shí)停電”。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè) 15V電源。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?，晶體管 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，從而使直流快速開關(guān) DS 立即斷開。 圖 42 過流和過壓保護(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。 9?入U(xiǎn) 伏時(shí)， GY 動(dòng)作， 出U 由 +6 伏變?yōu)?6 伏。用 FC52 線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。 上面部分的電路是由晶體管 103 ~TT （ 3DK4C）組成的對(duì)稱開關(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，在通過隔離變壓器 2B，將矩形波交流電壓解調(diào)為直流輸出電壓。 （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。 過壓和過流保護(hù)裝置 過流和過壓保護(hù)裝置主要由 直流電壓變換器、過壓和過流保護(hù)環(huán)節(jié)和綜合保護(hù)電路等環(huán)節(jié)組成的。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。 得： ? ? uFuFU SiC 35 %6 2220??????? 所以可以取 uFC ? 。 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]。因此，若在轉(zhuǎn)子斷開情況下斷開定子回路，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。 造成過電壓的因素很多，如串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中交流開關(guān)的閉合與斷開、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)生過電壓 dtdiL 以及雷擊過電壓等，都可能造成過電壓的原因。 交流側(cè)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。 轉(zhuǎn)子額定線電流： eI2 =1255（安） 。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，所以過流時(shí)其結(jié)溫迅速升高；當(dāng)結(jié)溫超過允許值（一般最高允許結(jié)溫為 ?125 ）時(shí)，元件迅速損壞。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。這章主要介紹觸發(fā)裝置和過流過壓保護(hù)裝置，調(diào)節(jié)裝置將在后面中介紹。 ? ? ~%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。 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。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。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)。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。此時(shí)，機(jī)械特性曲線上翹，特性變軟，這對(duì)于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)都是不利的。 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)。 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。 綜上所述，硅整流二極管承受的最高電壓和串聯(lián)元件數(shù)目與調(diào)速范圍有關(guān)，且調(diào)速范圍越大，元件承受的電壓越高，串聯(lián)的元件越多。在上述 條件下通過計(jì)算選擇硅整流二極管的方法。 晶閘管元件的確定如下： KP500 安 /1400 伏型水冷、平板式元件；每個(gè)橋臂上的元件一串四并；兩個(gè)逆變橋共用 48 只晶閘管元件。 a x ?? ?????FJLdiIP IK IKKn 因此，每個(gè)橋臂上并聯(lián)的支路數(shù)為 4。 在大容量串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，常需要幾個(gè)晶閘管元件并聯(lián)。 根據(jù)上面的給定的系數(shù)可得 ???? ?????R R MJYBUWs VK EKKn 即可在逆變器的橋臂上串聯(lián)一個(gè)晶閘管器件。 由于可能出現(xiàn)操作過電壓和系統(tǒng)中可能出現(xiàn)事故過電壓等，所以晶閘管的反向重復(fù)峰值電壓，應(yīng)選為比線路正常電壓的峰值高 2~3倍，即 RMRRM VV )3~2(? （ 311） 式中， RMV 是線路正常時(shí)的反向峰值電壓，對(duì)變壓器來(lái)說，通常為 BE2 。 安，安伏，伏 1 2 5 5I1 4 4 4I362400 2eB 2 e ?????BE 均有一定的裕量。 變壓器的二次等效電流，可以根據(jù)等效直流電流來(lái)計(jì)算，即 dxB II ? （ 38） 而逆變變壓器的二次線電勢(shì)為 mincos?DB EE ? （ 39） 式中 min? 為最小逆變角。穿孔軋機(jī)的調(diào)速范圍不大，在這次的設(shè)計(jì)中要求的調(diào)速范圍是 D= 3 : 1,所以這類設(shè)備所用的逆變變壓器的二次電壓比較低。 設(shè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) [4]最大理想空載轉(zhuǎn)差率為 Sl max0，它對(duì)應(yīng)著理想空載最低轉(zhuǎn)速，則按三相橋式整流接時(shí)，轉(zhuǎn)子最大整流電勢(shì)為 ESEDld 2m a a x ? （ 31） 由于 DnnnS l 110 m in00m a x ???? （ 32） 式中 D—— 調(diào)速范圍； Smax—— 最大轉(zhuǎn)差率（或稱最大調(diào)速深度）。所以在穿孔軋機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中可選擇△ /Y11 型接線方式。 如果一次繞組接成星形，則根據(jù)同樣的道理，二次繞組應(yīng)接成三角形，或者再附加一個(gè)三角形繞組。具有尖頂波形的電壓之幅值可以達(dá)到正常值的 50%— 60%，這對(duì)逆變變壓器絕緣是不利的。 如果變壓器中點(diǎn)不與電網(wǎng)中點(diǎn)相連，則三次諧波沒有回路，逆變變壓器的激磁電流中也就沒有三 次諧波分量。這里，主要討論如何確定逆變變壓器的二次電壓，容量和接線方式。 對(duì)于不同的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定 電壓和不同的調(diào)速范圍，要求有不同的逆變變壓器二次側(cè)電壓；同時(shí)也希望有源逆變器與電網(wǎng)隔離。第三章 主電路的設(shè)計(jì) 主電路的計(jì)算與元件選擇包括有源逆變器的計(jì)算、轉(zhuǎn)子整流器的計(jì)算和直流電抗器的計(jì)算與元件選擇。兩組逆變器可以互為備用，一組有故障時(shí)，另一組仍能單獨(dú)投入正常運(yùn)行。 （２） 由于每臺(tái)逆變變壓器的副邊線電壓降低了一半，因而逆變器中元件的耐壓，也可相應(yīng)降低一半，這樣可以降低元件成本，同時(shí)便于選用。若用兩組逆變橋串聯(lián)的方案，則每臺(tái)變壓器的副邊線電壓只要為原來(lái)值得 1/2，即 。另外，本系統(tǒng)采用兩組逆變器串聯(lián)的連接方式，這樣，雖 然多用一些設(shè)備及元件，但具有下列優(yōu)點(diǎn) [1]： （１）可采用普通電力變壓器作為逆變變壓器，不必再訂制副邊線圈電壓為特殊規(guī)格的逆變變壓器。 本系統(tǒng)主要由主電路和控制電路兩部分組成。 圖 21 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限 制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。另外，為了滿足靜、動(dòng)特性的要求，本系統(tǒng)采用了具有電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的典型雙閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 第二章 系統(tǒng)方案的確定 系統(tǒng)方案的確定 根據(jù)穿孔機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，采用晶閘管串級(jí)調(diào)速是很合適的。但在設(shè)計(jì)中也存在許多不足之處，如控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中的觸發(fā)電路和保護(hù)電路，在設(shè)計(jì)過程中沒能詳細(xì)的介紹計(jì)算元器件的過程等等。 4）控制系統(tǒng)的仿真。 3）主電路的設(shè)計(jì) [1]。本系統(tǒng)的控制部分由三部分組成，即觸發(fā)裝置 [5]、調(diào)節(jié)裝置和過流過壓保護(hù)裝置。本系統(tǒng)采用了具有電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的典型雙閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) —— 晶閘管控 制雙閉環(huán)調(diào)速