1、 .PAGE- 20 - / NUMPAGES22摘要直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大圍平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組與離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。本文首先明確了設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，在了解了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理后依次對晶閘管相控整流調(diào)速系統(tǒng)的主電路，保護(hù)電路，檢測電路和觸發(fā)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且計(jì)算了相關(guān)參數(shù)。最后給出了這次設(shè)計(jì)的心得體會(huì)，參考文獻(xiàn)和系統(tǒng)的電氣總

2、圖。目 錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc172184311設(shè)計(jì)任務(wù)與要求HYPERLINK l _Toc172184312摘要HYPERLINK l _Toc172184317第二章 系統(tǒng)主電路原理分析HYPERLINK l _Toc1721843354HYPERLINK l _Toc172184328第一節(jié) 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)原理HYPERLINK l _Toc1721843174第二節(jié) 總體方案5第三節(jié) 三相橋式全控整流電路7HYPERLINK l _Toc172184328第三章 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)HYPERLINK l _Toc172184317

3、8第一節(jié) 整流變壓器參數(shù)計(jì)算HYPERLINK l _Toc172184328HYPERLINK l _Toc1721843178HYPERLINK l _Toc172184328第二節(jié) 晶閘管參數(shù)計(jì)算HYPERLINK l _Toc1721843179HYPERLINK l _Toc172184328第三節(jié) 其他參數(shù)計(jì)算HYPERLINK l _To四章 保護(hù)電路11第一節(jié) 過電壓保護(hù)11第二節(jié) 過電流保護(hù)14第五章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)16第一節(jié) 信號檢測電路設(shè)計(jì)16第二節(jié) 系統(tǒng)調(diào)節(jié)器16第三節(jié) 觸發(fā)電路17后記HYPERLINK l _To

4、YPERLINK l _Toc172184328參考文獻(xiàn)HYPERLINK l _To錄 ：電氣原理總圖HYPERLINK l _Toc172184328HYPERLINK l _To二章 系統(tǒng)主電路原理分析第一節(jié) 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)原理晶閘管相控整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖3.1所示：圖3.1 晶閘管相控整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間實(shí)行串行連接，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(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的觸發(fā)電路。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，

5、電流調(diào)節(jié)環(huán)是環(huán)，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；速度調(diào)節(jié)環(huán)為外環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，在給定突加（含啟動(dòng)）的過程中表現(xiàn)為一個(gè)恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)中又表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)，可獲得良好的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)品質(zhì)。第二節(jié) 總體方案直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電。晶閘管相控整流電路有單相，三相，全控，半控等，調(diào)速系統(tǒng)一般采用三相橋式全控整流電路，不采用三相半波的原因是其變壓器二次電流中含有直流分量。本設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)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。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角的大小來控制輸出電壓Ud的大小，從而改

6、變電動(dòng)機(jī)M的電源電壓。三相橋式全控整流電路如圖3.2所示：圖3.2 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)是：每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個(gè)晶閘管是共陰極組的，一個(gè)是共陽極組的，且不能為同一相的晶閘管。對觸發(fā)脈沖也有一定的要求，6個(gè)晶閘管的脈沖按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的順序，相位依次差60，共陰極組的VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4，、VT6、VT2也依次差120，同一相的上下兩個(gè)橋臂脈沖相差180。晶閘管變流設(shè)備一般都是通過變壓器與電網(wǎng)連接的,因此其工作頻率為工頻，初級電壓即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過變壓器的耦合,

7、晶閘管主電路可以得到一個(gè)合適的輸入電壓,使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離,還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分,減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時(shí),有時(shí)會(huì)采用自耦變壓器;當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時(shí),也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接,不過要在輸入端串聯(lián)進(jìn)線電抗器以減少對電網(wǎng)的污染。此設(shè)計(jì)中在主電路前端需配置一個(gè)整流變壓器，以得到與負(fù)載匹配的電壓，同時(shí)把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾的作用。當(dāng)晶閘管的控制角增大，會(huì)造成負(fù)載電流斷續(xù)，當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速將抬高，機(jī)械特性變軟，負(fù)

8、載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。負(fù)載電流要維持導(dǎo)通，必須加平波電抗器來存儲(chǔ)較大的磁能。第三節(jié) 三相橋式全控整流電路系統(tǒng)主電路采用三相橋式全控整流電路，系統(tǒng)主電路如圖3.3所示：圖3.3系統(tǒng)主電路在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成交流瞬態(tài)過電壓保護(hù)與濾波，晶閘管并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成關(guān)斷緩沖，快速熔斷器直接與晶閘管串聯(lián)，對晶閘管起短路過電流保護(hù)作用。第三章 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算第一節(jié) 整流變壓器參數(shù)計(jì)算一、 次級電壓U2的計(jì)算 在進(jìn)行變壓器計(jì)算之前,應(yīng)該確定負(fù)載要求的直流電壓和電流,確定變流設(shè)備的主電路接線形式和電網(wǎng)電壓。先選擇其次級電壓有效值U2,U2數(shù)值的選擇不可過高和過低,如果U2過高會(huì)使得設(shè)備運(yùn)

9、行中為保證輸出直流電壓符合要求而導(dǎo)致控制角過大,使功率因數(shù)變小。如果U2過低又會(huì)在運(yùn)行中出現(xiàn)當(dāng)=min時(shí)仍然得不到負(fù)載要求的直流電壓的現(xiàn)象。通常次級電壓,初級和次級電流根據(jù)設(shè)備的容量,主接線結(jié)構(gòu)和工作方式來定。由于有些主接線形式次級電流中含有直流成分,有的又不存在,所以變壓器容量的計(jì)算要根據(jù)具體情況來定。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）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。當(dāng)整流電

10、路采用三相全控橋整流時(shí)，并采用以轉(zhuǎn)速反饋為主反饋的調(diào)速系統(tǒng)時(shí)且整流變壓器二次側(cè)采用Y型聯(lián)結(jié)，一般情況下U2與UN有下述關(guān)系：不可逆系統(tǒng)：U2=（0.951.0）UN可逆系統(tǒng)：U2=（1.051.1）UNU2=（0.951.0）UN=（0.951.0）220=209220V，U2=120.67127.02V取U2=125V二、 次級電流I2與變壓器容量的計(jì)算I2=KI2Id , KI2為各種接線形式時(shí)變壓器次級電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故I2=0.81617.5=14.28AS=1/2（S1+S2）=m1U1I1=m2U2I2=312

11、514.28=5.36KVA第二節(jié) 晶閘管參數(shù)計(jì)算一、 晶閘管額定電壓UTN通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓，但是在選用時(shí)額定電壓要留有一定的裕量，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所能承受的峰值電壓的23倍。因?yàn)椴捎萌嗳貥蛩訳M=U2，所以晶閘管的額定電壓為：UTN=（23）U2=（23）125= 612.4918.6V取UTN=800V二、晶閘管額定電流ITN按電流的有效值來計(jì)算電流額定值。IT(AV)= (1.52)，Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路形式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當(dāng)=00時(shí)，三相全控橋電路Kfb=0.3

12、67，IT(AV)= (1.52)= (1.52) 0.367(17.51.2)=11.5615.41A，取ITN=15A。可選晶閘管型號：KP15-8第三節(jié) 其他參數(shù)計(jì)算一、電樞電感的計(jì)算式中P電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)，KD計(jì)算系數(shù)，對一般無補(bǔ)償電機(jī)：KD=812P=2，KD=10則二、整流變壓器漏電感的計(jì)算U2變壓器次級相電壓有效值,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)KB=3.9，=5則第四章 保護(hù)電路第一節(jié) 過電壓保護(hù)一、直流側(cè)過電壓保護(hù)當(dāng)直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生過電壓，用壓敏電阻抑制過電壓或用單相VTS。此次設(shè)計(jì)中采用壓敏電阻，壓敏電阻的額定電壓U

13、1mA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。保護(hù)措施如圖4.1所示： 圖4.1 直流側(cè)過電壓保護(hù)通常作為中小功率整流器操作過電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻通流容量可選擇（35）KA。二、關(guān)斷緩沖電路關(guān)斷緩沖電路如圖4.2所示：圖4.2 關(guān)斷緩沖電路關(guān)斷緩沖電路即晶閘管換相保護(hù)電路。R、C值根據(jù)工程手冊選取，此設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為15A，故C可取0.3,R可取20。 三、交流側(cè)過電壓保護(hù)交流側(cè)過電壓保護(hù)如圖4.3所示：圖4.3 交流側(cè)過電壓保護(hù)在變壓器次級并聯(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

14、分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的震蕩。采用三相全控橋整流電路，為得到零線變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波電流流入電網(wǎng)。變壓器的繞組為Y聯(lián)結(jié)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù)：電容C的耐壓電阻R的功率為：式中 ST變壓器每相平均計(jì)算容量（VA），U2變壓器次級相電壓有效值（V），勵(lì)磁電流百分比，當(dāng)ST幾百伏安時(shí)=10，當(dāng)ST1000伏安時(shí)=35。UK%變壓器的短路電壓百分比。IC,UC當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值。UK%=5，=5，ST=145.41/3=48.47KVA(1)電容的計(jì)算,取4,取500V選擇C=4F，耐壓500V的電容。(

15、2)電阻值的計(jì)算取R=25RC支路電流IC近似為：電阻R的功率為第二節(jié) 過電流保護(hù)常用的短路過電流保護(hù)器件為快速熔斷器。選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：(1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓確定。(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。(3)快熔的I2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許I2t值。(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間-電流特性。此次設(shè)計(jì)采用快熔作為短路過電流保護(hù)的裝置，如圖4.4所示：圖4.4 過電流保護(hù)熔斷器的參數(shù)按照以下原則選取：額定電壓：為可控硅元件的電壓計(jì)算系數(shù)，取=2.45額定電流：電流裕度系數(shù)，取=1.11.5，環(huán)境溫度系數(shù)，取=11.2，實(shí)際流過快

16、熔的電流有效值。因U2=125V，取URN=220V，取=20A。根據(jù)算出的額定參數(shù)可選擇相應(yīng)的快熔。第五章 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 信號檢測電路設(shè)計(jì)電流反饋環(huán)節(jié)由霍爾元件與運(yùn)算放大器組成， 用以檢測可控硅直流側(cè)的電流信號，以獲得與電流成正比的直流電壓信號和過流信號。速度反饋環(huán)節(jié)把測速發(fā)電機(jī)輸出的電壓變換為適合控制系統(tǒng)的電壓信號。電流檢測電路如圖5.1所示：圖5.1 電流檢測電路第二節(jié) 系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器與電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)一樣，都是PI調(diào)節(jié)器。含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)節(jié)器的原理圖如圖5.2所示：圖5.2 含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)節(jié)器原理圖電流調(diào)

17、節(jié)器的具體參數(shù)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的具體參數(shù)為第三節(jié) 觸發(fā)電路向晶閘管整流電路供電的交流側(cè)電源通常來自電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會(huì)在允許圍有一定的波動(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)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號，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。接下來的問題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。觸發(fā)電路的定相由多方

18、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。由于集成觸發(fā)電路不僅成本低、體積小，而且還有調(diào)試容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，故采用集成觸發(fā)電路，用三片KJ004和一片KJ041,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。采用KJ041集成觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180度。設(shè)計(jì)的主電路采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。同步電壓選取的結(jié)果如表5.1所示：表5.1 三相全控橋各晶閘管的同步電壓晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub同步電壓-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc+Usb同步變壓器和整流變壓器的接法如圖5.3所示：圖5.3 同