4kw以下直流電動機(jī)的不可逆調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì).doc

設(shè)計(jì)任務(wù)書一題目： 4kw以下直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二基本參數(shù)： 直流電動機(jī)：額定功率Pn=1.1kW 額定電壓Un=110V 額定電流In=13A 轉(zhuǎn)速Nn=1500r/min 電樞電阻Ra=1 極數(shù)2p=2 勵(lì)磁電壓Uex=110V 電流Iex=0.8A 三設(shè)計(jì)性能要求： 調(diào)速范圍D=10，靜差率s10%，制動迅速平穩(wěn) 四設(shè)計(jì)任務(wù)： 1.設(shè)計(jì)合適的控制方案。 2.畫出電路原理圖，最好用計(jì)算機(jī)畫圖（號圖紙）。 3.計(jì)算各主要元件的參數(shù)，并正確選擇元器件。 4.寫出設(shè)計(jì)說明書，要求字跡工整，原理敘述正確。 5.列出元件明細(xì)表附在說明書的后面。 五參考資料：前 言電動機(jī)作為一種有利工具，在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。而直流電動機(jī)具有很好的啟動，制動性能，所以在一些可控電力拖動場所大部分都采用直流電動機(jī)。而在直流電動機(jī)中，帶電壓截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用也最為廣泛，其廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切割機(jī)床等很多領(lǐng)域的自動控制。他通常采用三相全橋整流電路對電機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，比如：晶閘管、各種線性運(yùn)算電路的等。雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜，通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，從而致使系統(tǒng)的運(yùn)行特征也隨著變化，所以系統(tǒng)的可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。直流調(diào)速系統(tǒng)是由功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電路、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路。通常指人為的或自動的改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。機(jī)械特性上通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動機(jī)的機(jī)械特性和工作特性的機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化由于本人和能力有限，錯(cuò)誤或不當(dāng)之處再所難免，期望批評和指正 學(xué)生：張洪海 2008年4月29日 目 錄 一、系統(tǒng)整體方案的確定1.1、開環(huán)控制系統(tǒng)1.2、閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的確定 1.3、帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng) 二、主電路方案的選擇及計(jì)算 2.1、調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇 2.2、主電路的計(jì)算 三、觸發(fā)電路的選擇及計(jì)算 3.1、觸發(fā)電路的選擇、設(shè)計(jì) 3.2、觸發(fā)電路的計(jì)算 四、繼電器接觸器控制電路設(shè)計(jì) 4.1、設(shè)計(jì)思路 4.2、控制電路圖 4.3、電機(jī)制動的選擇及其計(jì)算 4.4、控制電器的選擇 五、1.1kw直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 六、元?dú)饧骷?xì)表 七、結(jié) 論八、致謝 九、參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)說明書一、系統(tǒng)整體方案的確定電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種有利工具，根據(jù)電動機(jī)供電方式的不同，它可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。由于課題要求和技術(shù)需要，所以我選擇直流電動機(jī)作為分析對象。1.1、開環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，控制信息只能單方向傳遞，沒有反向作用，輸入信號通過控制裝置作用于被控對象，而被控對象的輸出對輸入沒影響，也就是說：系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間只有順向作用，而沒反向聯(lián)系。觸發(fā)電路整流電路電機(jī)轉(zhuǎn)速n電源給定放大器Ug圖1-1 開環(huán)系統(tǒng)框圖由上圖可以看出，Ug通過放大器、觸發(fā)裝置和整流裝置實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制。要求一定的給定電壓Ug對應(yīng)于一定的裝速n ，但由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n要受到軸上負(fù)載、電動機(jī)磁場、整流裝置的交流電源電壓等的影響，故不可能完全達(dá)到Ug 的相對要求，因此可知，直流電動機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)極其不穩(wěn)定，且控制精度差，抗干擾能力弱。所以，要求實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，滿足高精度的設(shè)計(jì)要求，必須采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。1.2、閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的確定如果對上述開環(huán)系統(tǒng)改為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，并采用PI調(diào)節(jié)器，就既保證了動態(tài)性，又能作到轉(zhuǎn)速的無靜差，較好的解決開環(huán)系統(tǒng)的不足，此閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：將直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化信號反饋到觸發(fā)環(huán)節(jié)，來自動增大或減小觸發(fā)角來自動調(diào)節(jié)整流輸出電壓Uds，即可達(dá)到穩(wěn)定：觸發(fā)電路整流電路電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速反饋電源Uds 圖1-2 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)框圖但我們知道，一是直流電動機(jī)全壓啟動時(shí)會產(chǎn)生很大的沖擊電流。我們知道，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓時(shí)，由于系統(tǒng)機(jī)械慣性的作用，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，因此轉(zhuǎn)速反饋電壓仍為零，這時(shí)，加在調(diào)速器上的輸入偏差電壓U=Ugn，差不多是其穩(wěn)壓工作值的（1+K）倍。由于調(diào)節(jié)器和觸發(fā)整流裝置的慣性都很小，因此，整流電壓Ud立即達(dá)到它的最高值。這對于電機(jī)來講，相當(dāng)于全壓啟動，其啟動電流高達(dá)額定值的幾十倍，可使系統(tǒng)中的過流保護(hù)裝置立即動作，使系統(tǒng)跳閘，系統(tǒng)無法進(jìn)入正常工作。另外，由于電流和電流上升率過大，對電動機(jī)換向不利，對晶閘管元件的安全來說也是不允許的。因此，必須采取措施限制系統(tǒng)啟動時(shí)的沖擊電流。二是有些生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)可能會遇到堵轉(zhuǎn)情況。例如由于故障，機(jī)械軸被卡住，或者遇到過大負(fù)載，像挖土機(jī)工作時(shí)遇到堅(jiān)硬的石頭那樣。在這種情況下，由于閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，電樞電流也會與啟動時(shí)一樣，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。nIedtId n0圖1-3 （a）帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)為了解決轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)啟動和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持某一量基本不變，就應(yīng)當(dāng)引入該物理量的負(fù)反饋?，F(xiàn)引入電樞電流負(fù)反饋，則應(yīng)當(dāng)能夠保持電流基本不變，使其不超過最大允許值。但是，這種作用只應(yīng)在啟動和度轉(zhuǎn)是存在，在正常運(yùn)行時(shí)又必須取消，以使電流隨負(fù)載的變化而變化。1.3、帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)對于轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，我們要用一臺測速發(fā)電機(jī)來進(jìn)行測速，然后再反饋給給定，它屬于被調(diào)量的負(fù)反饋，是真正的“反饋控制”，具有反饋控制規(guī)律，并且進(jìn)一步看，反饋控制對一切包在反饋環(huán)內(nèi)，前向通道上的擾動都有抑制作用。例如，交流電源電壓的波動，電動機(jī)勵(lì)磁電流的變化，放大器系數(shù)的漂移，溫度變化引起電阻變化等。 但是測速發(fā)電機(jī)的選擇、安裝都是比較嚴(yán)格的。交流測速發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、無電刷接觸、工作可靠和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但用在直流控制系統(tǒng)中，還需要經(jīng)整流變換，故使反饋信號的準(zhǔn)確度受到影響，同時(shí)測速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流也不能過大，否則電樞反應(yīng)會影響到測量精度。且對于電動機(jī)和測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也應(yīng)相適應(yīng)，否則還需要經(jīng)齒輪變速嚙合，而齒輪間隙又會引入新的矛盾。若同軸安裝，則同軸度要求較高。再者測速發(fā)電機(jī)價(jià)格都比較昂貴。 基于以上原因我們以電壓負(fù)反饋為主，電流補(bǔ)償控制為輔的調(diào)速系統(tǒng)來代替轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)完成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的工作。根據(jù)直流電動機(jī)電樞平衡方程式Ud=IdRa+Cen可知，如果忽略電樞電阻壓降，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速近似與電樞兩端電壓Ud成正比，所以用電動機(jī)電樞電壓反饋取代轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，以維持端電壓基本不變，構(gòu)成電壓反饋調(diào)速系統(tǒng)。但是這種系統(tǒng)對電機(jī)電樞電阻壓降引起的穩(wěn)態(tài)速降，不能靠電壓負(fù)反饋?zhàn)饔眉右砸种?，因而系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能較差。為了彌補(bǔ)這一不足，在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再引入電流正反饋，以補(bǔ)償電動機(jī)電樞壓降引起的穩(wěn)態(tài)速降KpKs1/CeRsRUfnUfiUgnIdRs-UbjnUcUnUdoUbj圖1-4 帶電流截止負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)框圖 由上圖靜態(tài)框圖可知： 當(dāng)IdIlj時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，系統(tǒng)靜態(tài)特性方程為：N= 當(dāng)IdIlj時(shí)，電流負(fù)反饋起作用，其靜差特性方程為：N= =根據(jù)上述特性，可畫出系統(tǒng)的靜態(tài)特性圖如下。圖中n0A段特性對應(yīng)于電流負(fù)反饋被截止的情況，它是轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)本身的靜態(tài)特性，顯然比較硬。圖中AB段特性對于電流負(fù)反饋起作用的情況，特性補(bǔ)角軟，呈急劇下降狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時(shí)，由于n=0，所以： du （=1.52）nn0n00IljIduABId 圖1-5 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特靜態(tài)曲線圖 從靜態(tài)特性工作段n0A上看，希望系統(tǒng)有足夠的運(yùn)行范圍，一般取Ilj1.2Ide，即 Ilj= 所以：在系統(tǒng)中，也可以采用電流互感器來檢測主回路的電流，從而將主回路與控制回路實(shí)行電氣隔離，以保證人身和設(shè)備的安全。由于時(shí)間和能力的有限，所以在此只對這一種系統(tǒng)加以研究。二、主電路 2.1、調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇主電路主要是對電動機(jī)電樞和勵(lì)磁繞組進(jìn)行正常供電，對他們的要求主要是安全可靠，因此在部件容量的選擇上、在經(jīng)濟(jì)和體積相差不太多的情況下，盡可能選用大一些的，并在保護(hù)環(huán)節(jié)上對各種故障出現(xiàn)的可能性，都要有足夠的估計(jì)，并采取相應(yīng)的保措施，配備必要的報(bào)警、顯示、自動跳閘線路，以確保主線路安全可靠的要求。直流電動機(jī)的選擇對于本調(diào)速系統(tǒng)，雖然電動機(jī)的額定功率不是特別的大，屬于小功率調(diào)速系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)要求對系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)指標(biāo)要求都比較高，所以我們應(yīng)使電流的脈動小，故選用無噪聲、無摩損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省，而且工作可靠、功耗小、效率高的全控橋整流電路作為供電方案給電動機(jī)供電。電動機(jī)的額定電壓為110V，為保證其供電質(zhì)量，電壓穩(wěn)定性好，我們采用三相減壓變壓器將電源電壓（220V）降低為110伏電壓。由于電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)已給出，且工作條件無特殊要求，故選用Z333他勵(lì)直流電動機(jī)。電動機(jī)供電方案的選擇與變流機(jī)組相比，晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資??；而且工作可靠、功率小、效率高，因此采用晶閘管可控整流裝置供電。 由于電動機(jī)功率?。▋H1.1kw），故選用單相整流電路。又因是不可逆系統(tǒng)，所以可選用單相橋式半控整流電路供電。為省去續(xù)流二極管，可采用晶閘管在一側(cè)的方案。 又因?yàn)閷敵鲭娏鞯拿}沖沒有提出要求，故不加電抗器。 對于小功率直流調(diào)速系統(tǒng)一般均用減壓調(diào)速方案，磁通不變，因此勵(lì)磁繞組可采用單相不控整流電路供電。為保證先加勵(lì)磁電源，后加電樞電壓的原則，以及防止運(yùn)動過程中因勵(lì)磁消失而造成轉(zhuǎn)速過高的現(xiàn)象，在勵(lì)磁回路中應(yīng)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。觸發(fā)電路的選擇 因電動機(jī)容量小，晶閘管不會超過50A，故可選用電路簡單，成本低的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。為實(shí)現(xiàn)自動控制，且要同時(shí)觸發(fā)兩只陰極不接在一起的晶閘管，可采用由晶體管代替可變電阻的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，用具有兩個(gè)二次繞組的脈沖變壓器輸出的脈沖。 反饋方式的選擇 反饋方式選擇原則應(yīng)是在滿足調(diào)速指標(biāo)要求的前提下，選擇最簡單的反饋方案。本設(shè)計(jì)中調(diào)速指標(biāo)要求，D=10，s=10%，由式 D=Sn/n（1-s）可以得出： 采用電壓反饋方案時(shí)，可得 式中Ce為電動系數(shù)，由給出數(shù)據(jù)可以算出： 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)速指標(biāo)要求的16.7r/min，因此，必須再加上電流反饋來補(bǔ)償它，故最后確定采用電壓負(fù)反饋及電流正反饋的調(diào)速方案。為了能實(shí)現(xiàn)高速啟動，還必須加上電流截止環(huán)節(jié)。2.1、主電路的計(jì)算整流變壓器的計(jì)算，如下圖所示：MVVU2U1圖2-1 晶閘管整流圖U2的計(jì)算。從下式： 由元器件特性可查出A=0.9 B=1 取=0.9 則取 U2=155V電壓比 K=U1/U2=220/155=1.42一次電流和二次電流的計(jì)算 由元件的自身特性可知 =1.11 則 S1=U1I1=(22010.7)VA=2354VA S2=U2I2=(15514.4)VA=2232VA S=1/2(S1+S2)=1/2(2354+2232)kVA=2.3KVA 三、觸發(fā)電路的選擇及計(jì)算3.1、觸發(fā)電路的選擇于設(shè)計(jì)各類電力電子器件的門(柵)極控制電路都應(yīng)提供符合器件要求的觸發(fā)電壓與電流,對于全控器件還應(yīng)提供符合一定要求的 關(guān)斷脈沖.晶閘管是半控器件,管子觸發(fā)導(dǎo)通后門極即失去控制作用,為了減少門極損耗與確保觸發(fā)時(shí)刻的準(zhǔn)確性,門極電壓電流大都采用脈沖形式.觸發(fā)電路是晶閘管裝置中的重要部分對于大、中流量的晶閘管，為了把其觸發(fā)具有足夠的功率，往往采用由晶體管組成的觸發(fā)電路。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路就是其中之一，該電路不受電網(wǎng)波動和波形畸變的影響，移向范圍寬，應(yīng)用廣泛。鋸齒波同步觸發(fā)電路,具有強(qiáng)觸發(fā)、雙脈沖和脈沖封鎖等環(huán)節(jié).鋸齒波移相克服了正弦波移相的缺點(diǎn),電路抗干擾、抗電網(wǎng)波動性能好,調(diào)節(jié)范圍寬,目前在大容量中得到廣泛應(yīng)用.鋸齒波移相觸發(fā)電路也由同步移相與脈沖形成放大兩部分.1、鋸齒波形成、同步移相控制環(huán)節(jié)要使觸發(fā)脈沖與主回路電源同步，必須使V2開關(guān)的頻率與主回路電源頻率大到同步。同步變壓器和整流變壓器接在同電源上，用同步變壓器來控制V2的通斷。同步變壓器二次電壓間接V2的基級上，當(dāng)二次電壓為負(fù)半軸的下降段時(shí)5，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電，因下段為參考點(diǎn)，所以點(diǎn)為負(fù)電壓，V2截止。在二次電壓負(fù)半軸的上升段，由于電容C1已沖至負(fù)半軸的最大值，所以VD1截止，+15V通過R1給電容C1反向充電，當(dāng)點(diǎn)電位上升至于1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，點(diǎn)電位被鉗住在1.4V。由此對應(yīng)鋸齒波恰好是一個(gè)周期，與主回路電源頻率完全一致，達(dá)到同步的目的。其中晶體管V3為射基跟隨器，起阻抗變相和前后級隔離作用，以減小后級對鋸齒波的影響。當(dāng)V2截止時(shí)，由V1管Vs穩(wěn)牙二級管R3、R4組成的恒流源以恒流Ic1對C2充電，C2兩端電壓Uc2為：Uc2=Uc2隨時(shí)間t線性增長，為充電斜率，調(diào)節(jié)R3可改變Ic1，從而來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率。當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，因R5阻值小，電容c2經(jīng)R5，V2管迅速放電到0，所以，為了減小鋸齒波與控制電壓Uc、偏移電壓Ub之間的影響、鋸齒波電壓Uc2經(jīng)射級跟隨器輸出。2、脈沖的形成、整形放大與輸出 如圖所示，脈沖形成環(huán)節(jié)有晶體管V4,V5,V6組成；放大和輸出環(huán)節(jié)有V7,V8組成；同步移相電壓加在晶體管V4的基極，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器二次側(cè)輸出。當(dāng)V4的基極電位Ub40.7v時(shí)，V4截止時(shí)，V5,V6分別經(jīng)R14,R13提供足夠的基極電流使之飽和導(dǎo)通，因此6點(diǎn)電位為-13.7v（二極管正向壓降按0.7v，晶體管飽和壓降按0.3v計(jì)算），V7,V8處于截止，脈沖變壓器無電流流過，二次側(cè)無觸發(fā)脈沖輸出。此時(shí)電容C3充電。充電回路：由電源+15端經(jīng)R11V5發(fā)射結(jié)V6VD4電源-15v端。C3充電電壓為28.3v，極性為左正又負(fù)。 當(dāng)Ub4=0.7v，V4導(dǎo)通，4點(diǎn)電位由+15v迅速降低至1v左右，由于電容C3兩端電壓不能突變，使V5的基極電位5點(diǎn)跟著突降到-23.7v，導(dǎo)致V5截止，它的集電極電壓升至2.1v，于是V7,V8導(dǎo)通，脈沖變壓器輸出脈沖，與此同時(shí)，電容V5由15 經(jīng)R14，VD3,V4放電后又反向充電，使5點(diǎn)電位逐漸升高，有轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，使6點(diǎn)電位2.1v又降為-13.7v，迫使V7,V8截止，輸出脈沖結(jié)束。由以上分析可知，輸出脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻是V4開始導(dǎo)通的瞬間，也是V5轉(zhuǎn)為截止的瞬間。V5截止的持續(xù)時(shí)間即為輸出脈沖的寬度，所以脈沖寬度由C3反向充電的時(shí)間系數(shù)（T3=C3R14）來決定，輸出窄脈沖時(shí)，脈寬通常為1ms(即18).R16,R17分別為V7,V8的限流電阻， VD6可以提高V7,V8的導(dǎo)通閥值，增強(qiáng)抗干擾能力，電容C5用于改善輸出脈沖的前沿陡度，VD7是為了防止V7, V8截止時(shí)脈沖變壓器一次側(cè)的感應(yīng)電動勢與電壓疊加造成V8的擊穿，脈沖變壓器二次側(cè)所接的VD8,VD9,是為了保證輸出脈沖只能正向加在晶閘管的門極和陰極兩端。3、雙脈沖形成環(huán)節(jié)三相橋式全控整流電路要求觸發(fā)脈沖為雙脈沖，相鄰兩個(gè)脈沖間隔為60o，該電路可以實(shí)現(xiàn)雙脈沖輸出。應(yīng)當(dāng)注意的是，使用這種觸發(fā)電路的晶閘管裝置，三相電源的相序接反了，裝置將不能正常的工作。4、強(qiáng)觸發(fā)及脈沖封鎖環(huán)節(jié)在晶閘管事、并聯(lián)使用或橋式全控整流電路中，為了保證被觸發(fā)的晶閘管被觸發(fā)的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通?？刹捎幂敵龇蹈摺⑶把远傅膹?qiáng)觸發(fā)電路。變壓器二次側(cè)30V電壓經(jīng)橋式整流、電容和電阻形濾波，得近似50V的直流電壓。當(dāng)V8導(dǎo)通時(shí)，C6經(jīng)過脈沖變壓器、R17（C5）、V8迅速放電。由于放電回路電阻較小，電容C6兩端電壓衰減很快，N點(diǎn)電位迅速下降。當(dāng)N點(diǎn)電位稍低于15V時(shí)，二級管VD10由截止變?yōu)閷?dǎo)通。電路中的脈沖封鎖信號為零電位或負(fù)電位，是通過VD5加到V5集電極的。當(dāng)封鎖信號接入時(shí)，晶體管V7、V8就不能導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖無法輸出。進(jìn)行脈沖封鎖，一般用于事故情況或者是無環(huán)流的可逆系統(tǒng)。二級管VD5的作用是防止封鎖信號接地時(shí)，經(jīng)V5、V6和VD4到-15V之間產(chǎn)生大電流通路。5、脈沖放大環(huán)節(jié) 脈沖形成放大輸出環(huán)節(jié)。當(dāng)V4截止時(shí)，V5、V6管飽和導(dǎo)通，點(diǎn)電位約為-13.7V，V7、V8管截止，此時(shí)電容C3經(jīng)R11、C3C5發(fā)射結(jié)、V6、VD4充電至接近30V。當(dāng)同步移相控制使V4管轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通時(shí)，點(diǎn)電位從15V突降為1V，因C3兩端電壓不能突變，點(diǎn)電位也突降至-27.3V，使V5截止、V7、V8立即飽和導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。與此同時(shí)，電容C3由+15V經(jīng)R14、VD3、V4放電與反向充電，當(dāng)點(diǎn)電位升到-13.3V時(shí)。V5發(fā)射結(jié)家正壓又復(fù)導(dǎo)通，是點(diǎn)電位從2.1V降為-13.7V，迫使V7、V8截止，輸出脈沖終止。V5截止持續(xù)時(shí)間即為輸出脈寬，由時(shí)間常數(shù)t3C3R14決定，在窄脈沖時(shí)，通常調(diào)整脈寬為1ms。3.2、觸發(fā)電路的計(jì)算1、晶閘管的選擇： 選擇晶閘管元件主要根據(jù)晶閘管在整流裝置的工作條件下，正確確定晶閘管型號規(guī)格，使能得到滿意的技術(shù)效果。 晶閘管額定電流的計(jì)算原則是必須使管子的額定電流有效值ITe=1.57IT(AV)IT（實(shí)際流過管子電流的最大有效值），對于不同的電路型式、不同控制角、不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)，流過晶閘管電流的波形系數(shù)KfT=IT/IdT 和流過晶閘管的平均電流與負(fù)載平均電流之比，都可通過數(shù)學(xué)方法求得，因此：取=600V未接電抗器的負(fù)載，負(fù)載性質(zhì)介于電阻與電感負(fù)載之間，為了晶閘管工作可靠，按電阻負(fù)載選擇系數(shù)K。查表可以得出K=0.5，按最大負(fù)載電流Idm=1.2Id計(jì)算，則取=20A,故選KP20-6晶閘管元件.根據(jù)不同的電路，不同的控制角與負(fù)載性質(zhì)，已知Id值就可以確定晶閘管的額定電流。 由于晶閘管電流過載能力很差，在電機(jī)負(fù)載時(shí)，最大輸出電流要考慮啟動電流過載倍數(shù)與電機(jī)允許的過載能力?？紤]了上述因素之后，晶閘管的額定電流還要比查表計(jì)算值大1.52倍。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?？紤]電源電壓的波動與抑制后的過電壓，晶閘管的額定電壓必須大于線路實(shí)際承受最大電壓的23倍。考慮電網(wǎng)電壓10的波動取2倍余量，晶閘管電壓UaM為： UaM21.1U2=593V, 選用800V元件晶閘管電流IT(AV) (1.52) 0.367Id, IT(AV)20.36718=13.2A. 選用20A元件由以上計(jì)算結(jié)果可知,應(yīng)選用KP 20型普通晶閘管2、晶閘管的保護(hù)晶閘管元件有許多優(yōu)點(diǎn)，但與其他電氣設(shè)備相比，由于元件的擊穿電壓角接近運(yùn)行電壓，熱時(shí)間常數(shù)小，因此過電壓、過電流能力差，短時(shí)間的過電壓、過電流都可能造成元件的損壞。為了使晶閘管能正常的工作而不損壞， 常靠合理選擇元件還不行，還要十分重視保護(hù)環(huán)節(jié)，以防不測。因此在晶閘管裝置中，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，研究晶閘管的保護(hù)問題，主要就是研究過電流、過電壓產(chǎn)生的原因與特性，采取有效措施，保護(hù)晶閘管元件不受損壞，使裝置能正常工作（1）交流側(cè)過電壓保護(hù) 阻容保護(hù) 由下列各式可得 C=612uF=6.9uF 耐壓=1.5155V=328V選6.8uF,耐壓400V，CJ31金屬化紙介電容器 R2.3=2.3=13.9取R=15 =2C=2506.8155A=0.33A 可選15，5W金屬膜電阻 壓敏電阻的選擇 由下式得 ，取。通流量可取5KA，故選取MY31-330/5的壓敏電阻作交流側(cè)浪涌過電壓保護(hù)。 3、直流側(cè)過壓保護(hù)對于這種瞬時(shí)過電壓，最常用的方法是在晶閘管的兩端并聯(lián)電容，利用電容兩端電壓瞬時(shí)不能突變的特性，吸收瞬時(shí)過電壓，把他限制在允許的范圍內(nèi)。使用時(shí)在電容電路中串聯(lián)電阻R，稱為過電壓阻容吸收電路。 由下式可得 4、晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù)晶閘管從導(dǎo)通到阻斷時(shí)，和開關(guān)斷開電路一樣，線路電感（主要是變壓器漏感）釋放能量產(chǎn)生過電壓。由于晶閘管在導(dǎo)通期間載流子充滿元件內(nèi)部，在關(guān)斷過程中，管子在反向電壓作用下，正向電流下降到零時(shí)，元件內(nèi)部仍存在著載流子，這些載流子在反向電壓作用下出現(xiàn)較大的反向電流，使殘存的載流子迅速消失，這時(shí)反向電流減小的速度極快即diQ/dt極大，因此即使和元件串聯(lián)的線路電感LB很小，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也很大，這個(gè)電勢與電源電壓串聯(lián)，反向加在已恢復(fù)阻斷的元件上，可能導(dǎo)致晶閘管的反向擊穿。這種由晶閘管關(guān)斷引起的過電壓，稱為關(guān)斷過電壓，數(shù)值可能達(dá)到工作電壓的56倍，所以必須采取保護(hù)措施。由元?dú)饧傩钥傻?C=0.15 R=80 故選C為0.15630V ，CJ金屬化紙介電容器5、過電流保護(hù) （1）、交流側(cè)快速熔斷器的選擇 由于,再根據(jù)元?dú)饧奶匦院托枰?，可選RLS-50的熔斷器，故也選RSL-50的熔斷器，熔體電流為15A。 （2）與元件串聯(lián)的快速熔斷器的選擇 由于,，故也選RSL-50的熔斷器，熔體電流為15A6、勵(lì)磁電路的元件選擇 勵(lì)磁電路如圖4-3 所示。 由于該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速，勵(lì)磁不變，過勵(lì)磁繞組采用單相橋式不控整流電路供電，與主電路共用同一電源，因勵(lì)磁功率較?。▋H88W），一般只需適當(dāng)考慮主變壓器留一定的裕量，不用重新計(jì)算。 整流二極管的選擇，可參照晶閘管=的選擇。耐壓與主電路元件相同，取600V。可由元器件特性查得K=0.45，再求額定電流：取1A，故選用ZP1-6整流二極管即可。如圖4-3中，為與電動機(jī)配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在勵(lì)磁回路中串入了欠電流為1A的JL14-11ZQ型直流欠電流繼電器。（1）、平波電抗的電感值。 維持輸出電流連續(xù)時(shí)電抗器的計(jì)算當(dāng)控制角較大、負(fù)載電流Id很小或者平波電抗器Ld不夠大時(shí)，負(fù)載電流id會出現(xiàn)斷續(xù)。電流斷續(xù)使晶閘管導(dǎo)通角減小，機(jī)械特性明顯變軟，電機(jī)工作甚至不穩(wěn)定，這是應(yīng)該盡量避免的。要使電流在整個(gè)工作區(qū)保持連續(xù)，必須使臨界電流Idk小于或等于負(fù)載電流Id min 。 限制輸出電流脈動時(shí)電抗器的計(jì)算晶閘管整流裝置的輸出電壓可分解成一個(gè)恒定直流分量與一個(gè)交流分量，通常負(fù)載需要的只是直流分量，對電機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會使電機(jī)換向惡化和因鐵芯損耗增大而引起電機(jī)過熱。抑制交流分量的有效辦法是串接平波電抗器，使交流分量基本上降落在電抗器上，而負(fù)載上能得到比較恒定的支流電壓與電流。計(jì)算得到的電感值是電路總電感，外接平波電抗器Ld減去電動機(jī)的電感LD與變壓器的漏感LB。所以串接平波電抗器的電感量為：考慮電流連續(xù) Ld1=L1-(LB+LD)考慮電流脈動 Ld2=L2-(LB+LD)在不可逆整流電路中，可以只串接一只平波電抗器，使它在最大負(fù)載電流時(shí)，電感量不小于Ld2，符合脈動要求；而在最小負(fù)載電流時(shí)，電感量不小于Ld1，滿足電流連續(xù)的要求，通?？偸荓d1Ld2。如果設(shè)計(jì)出的電抗器無法同時(shí)滿足二種情況，可調(diào)節(jié)電抗器的空氣隙。氣隙增大，大電流時(shí)電抗器不易飽和，對滿足脈動要求有利；氣隙減小，小電流是電抗器的電感量增大，對維持電流連續(xù)有利。平波電抗器工作是有直流電流流過，設(shè)計(jì)測量時(shí)必須考慮直流激磁。選擇合適的平波電抗器：電動機(jī)電樞電感：LD=KD=23.1mH式中 KD=8 P=2 變壓器電感： LB=KBUdlU2/Id=1.19mH 電流連續(xù)時(shí)Ld1 值：Ld1=L1-(2LB+LD)=58.8mH Si=7%時(shí) Ld2=L2-(2LB+LD)=3.7mH由上面計(jì)算可知根據(jù)電流連續(xù)要求，選取平波電感60 mH時(shí)脈動要求能同時(shí)滿足。四、繼電器接觸器控制電路設(shè)計(jì)4-1、設(shè)計(jì)思路由于晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的繼電器接觸器控制電路簡單，故可選用經(jīng)驗(yàn)分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)。因負(fù)載功率小，放總電源由單刀開關(guān)引入，并設(shè)有總電源及工作指示燈。考慮調(diào)速方便，應(yīng)先接同勵(lì)磁及觸發(fā)電路，然后再接同主電路。為實(shí)現(xiàn)迅速而平穩(wěn)的停車，應(yīng)采用能耗制動。4-2、控制電路圖控制下路設(shè)計(jì)完畢后，往往有不合理的地方，還必須對其今年性仔細(xì)的校核，看能否進(jìn)一步簡化。特別應(yīng)反復(fù)校核設(shè)計(jì)電路是否滿足調(diào)速系統(tǒng)的要求。 同步變壓器的選擇也不用詳細(xì)計(jì)算，因觸發(fā)電路最大取用電流不會超過50mA，而同步變壓器同步可選60V，這樣只要同步變壓器的容量大于（600。05）VA=3VA即可。再考慮兩只XD0-6.3V（6.3V，1W）指示燈和給定電源（取2VA），故選一臺容量為8VA，電壓為220V/60V、17.7V、6.3V、6.3V即可滿足要求。選用的同步變壓器入上圖所示。4-3、能耗只動電阻的計(jì)算一般取只動開始瞬間的電流等于2In，此時(shí)電動機(jī)電動勢EUn，則制動電阻Rof可按下式計(jì)算，即=取3.3。因此制動時(shí)間很短，通過制動電阻的電流可按額定電流的20%估算。制動電阻所消耗功率。電氣制動一般可分為能耗制動，電源回饋制動，直流制動三種。前兩種都是電動機(jī)把能量反饋回電路，其中能耗制動是將能量直接消耗在制動電阻上，轉(zhuǎn)換成熱能；電源回饋制動則是把能量通過回饋電路反回到供電電網(wǎng)，但回饋電路比較復(fù)雜。直流制動是運(yùn)用直流電壓在電動機(jī)繞組中產(chǎn)生的直流電流將轉(zhuǎn)子的能量以熱能的形式消耗掉。對于本系統(tǒng)，設(shè)計(jì)任務(wù)沒有做過多的要求，若采用電源回饋制動，從節(jié)能的角度來講是最好的一種，但回饋電路相當(dāng)復(fù)雜。而直流制動只能用在交流調(diào)速中，本系統(tǒng)無從下手。所以我們采用結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的能耗制動。取25W4-4、控制電器的選擇 （1）、刀開關(guān)根據(jù)主變壓器一次電流為10.7A，電壓為220V，故可選用15A、250V兩極膠蓋刀閘，熔絲為15A（2）、接觸器由于支流調(diào)速系統(tǒng)一般均為減壓啟動，對接觸器而言屬于輕任務(wù)工作，再考慮主變壓器二次電流為147.4A，故選用CJ10-20，線圈電壓為220V的交流接觸器（3）、按鈕由于按鈕裝在面板上，選用開啟式LA20按鈕，啟動按鈕用綠色，停止按鈕用紅色，啟動按鈕內(nèi)部裝有6.3V工作指示燈六、元?dú)饧骷?xì)表序號代號名稱規(guī)格數(shù)量1Tr1交流變壓器Z3-33他勵(lì)直流電動機(jī)12VT1VT2晶閘管KP20623Fu1Fu2熔斷器RLS1024Fu3-Fu7熔斷器RLS-5045C1C6電容0.15F,300V66R1R6電阻80 0.5W67L電感55.35mH18R9電阻82 0.5W19VD1VD6整流二極管2CZ12E610KA交流繼電器JL1411Z111V1V6三極管3DG12B6序號代號名稱規(guī)格數(shù)量12R18電阻0.2 0.5W113VS穩(wěn)壓管3V114RP5電位器100 0.5W115RP4電位器10K 2W116RP3電位器10K 1W117RP2電位器1.5K 2.1W118RP1電位器5.6K 2.1W119R19電阻1K 1W120R13,R14,R10,R11電阻40K 1W421R5電阻80K 0.5W122C8電容0.75F123C12,C13電容0.2F224R12電阻60K 0.5W125C7電容1.47F126C9,C10,C11電容1F3277815三端穩(wěn)壓塊CW7815128KA時(shí)間繼電器JL14-11ZQ129R18電阻2K 1W130R19電阻1K 1W131Tr2交流變壓器220/45,27VA1序號代號名稱規(guī)格數(shù)量32VD7VD10整流二極管2CZ11A433C16,C17電容2200F,63V234C15,C18電容0.33F235R16,R17電阻2K 1W236KM