【正文】 源三相橋式整流電路直流電動(dòng)機(jī)整流供電雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī)驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架本設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電，采用三相橋式全控整流電路作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)直流電源。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式: 注解：整流電壓 , 為整流裝置內(nèi)阻，由此可知，改變，可改變轉(zhuǎn)速。 V—M系統(tǒng)原理圖1957年晶閘管問世，已生產(chǎn)成套的晶閘管整流裝置，(簡稱VM系統(tǒng))的原理圖。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實(shí)出較大的優(yōu)越性。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。主電路圖如下： 主電路原理圖三相全控橋整流電路實(shí)際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽極組串聯(lián)電路。在一個(gè)周期內(nèi)6個(gè)晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：VTVTVTVTVTVT6，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60176。為此，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路?？紤]到控制角α增大，會(huì)使負(fù)載電流斷續(xù)，并且負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流的脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角θ減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗，故在直流側(cè)串接一個(gè)平波電抗器，以限制電流的波動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。（a）所示。在實(shí)際工作中,我們希望在電機(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，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，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)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，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。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。問題是希望在啟動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，如圖2所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。二者之間實(shí)行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這時(shí)就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。一般存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值；不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)太時(shí)總是為零。因此，對(duì)靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。U*na UctIdLnUd0Un+b UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 電動(dòng)機(jī)型式的確定 電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的選用電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)要與工廠企業(yè)或車間的供電電壓一致。當(dāng)電動(dòng)機(jī)由晶閘管整流裝置直接供電時(shí)，為配合不同的整流電路聯(lián)結(jié)，新改型直流電動(dòng)機(jī)還增設(shè)了 160V（配合單相全波整流）及 440V（配合三相橋式整流）等新的電壓等級(jí)。對(duì)幾個(gè)不同的額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行全面比較，最后確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。（3）電動(dòng)機(jī)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)，主要根據(jù)過渡過程持續(xù)時(shí)間為最短的條件來選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇一般可分為三步：（1）計(jì)算負(fù)載功率 PL。（2）根據(jù)負(fù)載功率，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率 PN≥ PL，盡量接近 PL。 電動(dòng)機(jī)的額定功率 決定電動(dòng)機(jī)功率的主要因素有三個(gè)：（1）電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與溫升，這是決定電動(dòng)機(jī)功率的最主要因素。（3）對(duì)于籠型交流電動(dòng)機(jī)還要考慮起動(dòng)能力。 電動(dòng)機(jī)的選型型號(hào)：Z418042 額定轉(zhuǎn)速：3000r/min 額定功率：90KW電壓：電樞220V 激磁：220V 電樞電流：221A慣量矩： 重量：410Kg 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定晶閘管整流是把交流變直流。可控整流的原理：當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號(hào)晶閘管依然導(dǎo)通。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓的不同，確定整流變壓器的輸出電壓和可控整流電路的結(jié)構(gòu)形式，一般情況，當(dāng)控制角為0時(shí)，,運(yùn)算關(guān)系參照下表1。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。影響U2值的因素有：（1）U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值Ud（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UT表示（3）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（4）電樞電阻的壓降綜合以上因素得到的U2精確表達(dá)式為：A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角α=0176。B=Udα/Ud0，表示控制角為α?xí)r和α=00時(shí)整流電壓平均值之比。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%~10%，即ε=~C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)么值，對(duì)容量為15~150KW的電動(dòng)機(jī)，通常=~nUT—表示主電路中電流經(jīng)過幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降對(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)算所得的U2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。Id , KI2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。 電樞電感量LM按下式計(jì)算P—電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，KD—計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無補(bǔ)償電機(jī)：KD=8~12對(duì)于本設(shè)計(jì)，P=2，KD=10則 整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)對(duì)于本設(shè)計(jì)，KB=，=5則 變流器在最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L下式計(jì)算K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，則： 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L平L平=LLM2LB==()電抗器電感量應(yīng)大于15 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算 過電壓保護(hù)①交流側(cè)過電壓的保護(hù)如圖31 圖41交流側(cè)過電壓保護(hù)電路 采用RC過電壓抑制電路如圖一所示，在變壓器次級(jí)并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲(chǔ)起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的震蕩。壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計(jì)算Ud0為晶閘管控制角=00時(shí)直流輸出電壓 對(duì)于本設(shè)計(jì)：用于中小功率整流器操作過電壓保護(hù)，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA③晶閘管換相過電壓保護(hù)如圖： 圖43換相過電壓保護(hù)電路如上圖，在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶閘管換相過電壓的保護(hù)。R、C值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，對(duì)于本設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為220A，,R可取20. 過電流保護(hù)