直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、.電力電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 10kw 直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)院 （系）：專業(yè)班級 ：學(xué)生姓名 ：學(xué)號：指導(dǎo)教師 ：2013 年6月8日至 2013 年 6 月21日.下載可編輯 .華中科技大學(xué)武昌分校制.下載可編輯 .電力電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目10kw 直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容完成 10kw 直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，電機(jī)的具體技術(shù)數(shù)據(jù)為 ：直流電動機(jī) ：型號： 371額定功率 PN=10KW額定電壓 UN=220V額定電流 IN =55A轉(zhuǎn)速 nN =1000r/min極數(shù) 2P=4電樞電阻 RN =0.5 電樞電感 LD =7mH勵磁電壓 U

2、L=220V勵磁電流 IL=1.6A主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 ：（1）確定總體調(diào)速方案 ；（2）選擇主電路并進(jìn)行參數(shù)計(jì)算；（3）勵磁電路確定及參數(shù)計(jì)算；（4）觸發(fā)電路選擇與分析 ；（5）繪制系統(tǒng)電路圖 ；（6）編寫設(shè)計(jì)說明書 。.下載可編輯 .下載可編輯 .三、原始資料主電路選擇與參數(shù)計(jì)算（ 1）主電路選擇原則（ 2）參數(shù)計(jì)算包括 ：整流變壓器的參數(shù)計(jì)算整流晶閘管的型號選擇保護(hù)電路元件參數(shù)計(jì)算平波電抗器電感量計(jì)算勵磁電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)說明（ 1）勵磁電路選擇原則 .（ 2）勵磁電路設(shè)計(jì)時(shí)要遵循先加勵磁后加電樞電壓的原則 ，同時(shí)要設(shè)有弱磁保護(hù) 。（ 3）參數(shù)計(jì)算包括 ：整流二極管的參數(shù)計(jì)算弱磁保護(hù)元件選擇觸發(fā)電路

3、設(shè)計(jì)重點(diǎn)說明（ 1）為使線路簡單 ，工作可靠 ，裝置體積小 ，要求選用 KJ004 組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。（ 2）設(shè)計(jì)說明包括 ：芯片關(guān)鍵引腳的作用KJ041 輸入輸出脈沖關(guān)系圖觸發(fā)電路輸出端與主電路晶閘管聯(lián)接圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架.下載可編輯 .下載可編輯 .系統(tǒng)電路圖 四、要求的設(shè)計(jì)成果1、根據(jù)控制要求 ，設(shè)計(jì)主電路及控制電路，實(shí)現(xiàn)電路及設(shè)備的保護(hù)，選定所需的電氣元件，并對系統(tǒng) （或類似系統(tǒng) ）進(jìn)行仿真得到正確的仿真結(jié)果；2、提交設(shè)計(jì)說明書和一份控制系統(tǒng)原理圖。五、進(jìn)程安排學(xué)時(shí)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容分配下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù) ；查閱資料 ；與指導(dǎo)老師討論擬定設(shè)計(jì)方案1 天計(jì)算、設(shè)計(jì)，將編制好的電路圖交給指導(dǎo)老

4、師檢查，并按照老5 天師要求進(jìn)行修改 。撰寫課程設(shè)計(jì)說明書 、提交說明書2 天答辯1 天合計(jì)9 天六、主要參考資料1 黃俊 電力電子技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ，2010 2 郝用興 機(jī)電傳動控制 武漢 ：華中科技大學(xué)出版社 ，2010 3 陳伯時(shí) 電力拖動自動控制系統(tǒng) 北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2010 4 王忠禮 Matlab 應(yīng)用技術(shù) 在電氣工程與自動化專業(yè)中的應(yīng)用 北京 ：清華出版社，2008 5 陳定明 電機(jī)與控制 北京：高等教育出版社 ，2009 .下載可編輯 .指導(dǎo)教師 （簽名）：20年月日.下載可編輯 .目錄1.12.12.112.213.23. 123.233453.2 .

5、4783.384.95.101 1.下載可編輯 .下載可編輯 .1. 課程設(shè)計(jì)目的通過對直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，鞏固和提高學(xué)過的電力電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，提高運(yùn)用所學(xué)的知識進(jìn)行獨(dú)立思考和綜合分析、解決實(shí)際問題的能力 ，培養(yǎng)掌握正確的思維方法和利用軟件和硬件解決實(shí)際問題的基本技能。2. 課程設(shè)計(jì)要求2.1 技術(shù)數(shù)據(jù)與要求技術(shù)數(shù)據(jù) ：直流電動機(jī) ：型號： Z371；額定功率 P10kW ；N額定電壓UN220 ；額定電流 I N55A ；V轉(zhuǎn)速 nN1000 r min ；極數(shù) 2 p4；電樞電阻 Ra0.5 ；電樞電感 L D7mH ；勵磁電壓 U L220V ；勵磁電流

6、 I L1.6A 。要求：調(diào)速范圍 D10 ，靜態(tài)率 s5%，電流脈動系統(tǒng) Si 10% 。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）確定總體調(diào)速方案 ；（2）選擇主電路并進(jìn)行參數(shù)計(jì)算；.下載可編輯 .（3）勵磁電路確定及參數(shù)計(jì)算；（4）觸發(fā)電路選擇與分析 ；（5）繪制系統(tǒng)電路圖 ；（6）編寫設(shè)計(jì)說明書 。3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇由于電機(jī)的容量較大 ，又要求電流的脈動小 ，故選用三相全控制整流電路供電方案。電動機(jī)額定電壓為220V ，為保證供電質(zhì)量 ，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器采用D Y聯(lián)接。因調(diào)速精度要求較高 ，故選用轉(zhuǎn)

7、速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由過流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡單 ，工作可靠 ，裝置體積小 ，宜選用 KJ004 組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應(yīng)保持恒定 。勵磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電 ，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵磁后電樞電壓，主接觸器主觸點(diǎn)應(yīng)在勵磁繞組通電后方可閉合，同時(shí)設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié) 。.下載可編輯 .直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1 所示 。圖 1 直流調(diào)速系統(tǒng)框圖3.2 主電路計(jì)算整流變壓器計(jì)算U2的計(jì)算U 2 是一個(gè)重要參數(shù) ，現(xiàn)在過低 ，無法保證輸出額定電壓 。選擇過高 ，又會造成延遲角加大，功率因數(shù)

8、變壞 ，整流元件的耐壓升高 ，增加了裝置的成本 。一般可按下式計(jì)算即U d maxnU T（ 3-1）U 2I 2A Cos minCU sh I 2 N.下載可編輯 .式中， A理想情況下，0 C 時(shí) 整 流電 壓 U d 0 與 二次 電壓 U 2 之比 ，即A U d 0 U 2 ；B 控制角為 時(shí)，輸出電壓 U d 與 U d0 之比，即 BU d U d 0 ；C 線路連接方式系數(shù) ； 電網(wǎng)波動系數(shù) ，通常取0.9 ；U d max 整流電路輸出電壓最大值 ；nU T 主電路電流回路 n 個(gè)晶閘管正向壓降 ；U sh 變壓器的短路比 ， 10 100KVA 變壓器 U sh0.05

9、0.1；I 2 / I 2N 變壓器二次側(cè)實(shí)際工作電流與額定電流之比，應(yīng)取最大值 。在要求不高的場合或近似估算時(shí)，用下式計(jì)算則更加方便U 2U d（3-2 ）(1 1.2)A B其中 A2.34 ， 取0.9角考慮 10 的裕量： Bcos0.985U 2U d220V 106127V ，取U110V(1 1.2)2.342A B1 0.985電壓比U 1380（3-3 ）K3.45U 2110 一次和二次相電流 I 1 和 I 2 的計(jì)算KI1KI20.816考慮變壓器的勵磁歷次電流時(shí)， I 1 應(yīng)乘以 1.05 左右的系數(shù) ，所以.下載可編輯 .I1 1.05K I 1I d1.05 0.

10、81655A 13.7 A（3-5 ）K3.45I 2K I 2 I d0.816 55A 45 A（3-6 ） 變壓器的容量計(jì)算S1 m1U 1I 1（3-7 ）S2 m2U 2 I 2S1 (S1 S2)2式中： m1 、 m2 一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)S13U 1I1(3 38013.7)kVA15.6kVAS23U2I2(311045) kVA14.85kVAS1 (S1S2 )1 (15.614.85)kVA 15.3kVA22考慮勵磁功率 PL(220 0.6)W 0.352kW，取 S116kVA ， S215.2kVA ，S15.6kVA， I114A， I246A 。晶閘管元

11、件的額定電壓晶閘管和整流管的選擇主要指合理的選擇器件的額定電壓和額定電流。 晶閘管的額定電壓U TN(2 3)U m(2 3) 6U 2(2 3) 6110V539 808V ，取 U TN700V 晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值I TN 大于實(shí)際流過管子電流最大有效值I T ，即ITN1.57IT(AV ) I T（3-8 ）.下載可編輯 .或I TI T IIT(AV)1.57 I1.57考慮1.5 2倍的裕量 ， K 0.367dKI d（3-9 ）dI T ( AV )(1.5 2)KI d(1.5 2)0.3671.255 A36.3 4

12、8 .4 A ，取 I T ( AV )50A。故選用型號為 KP 507 晶閘管元件 。晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算 交流側(cè)過電壓保護(hù) 阻容保護(hù)即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R() 和電容 C( F ) 進(jìn)行保護(hù) ，接線方式如圖 2 所示 。S5200C16I em U 226101102F25F電容 C1 的耐壓 1.5U m1.52110V 233V故選用 CZJD2 型金屬化紙介電容器 ，電容量 20F ，耐壓 250V 。R1U 22U sh110252.22.3I em2.310S5200I c2 fC U c10 62502011010 6 A 0.69AP(3 4)I2 R(3 4)0.69

13、22.2W3.1 4.2WRc因此，可選 2.2、 5W 的金屬膜電阻 。.下載可編輯 .TR圖 2 阻容保護(hù)接線方式 壓敏電阻 RV1 的選擇U Im A1.32U1.32110V202V通過查詢相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)目錄，取電壓為 220V ，通流量為 5KA ，由此選用MY220 / 5 的壓敏電阻作交流側(cè)浪涌過電壓保護(hù)。 直流側(cè)過電壓保護(hù)U Im A1.8 2 U DC1.8 2220V396 440V故選用 MY430 / 3 壓敏電阻作為直流側(cè)過電壓保護(hù) 晶閘管兩端的過電壓保護(hù)晶閘管過電壓保護(hù)參數(shù)估計(jì)值如表1 所示。表 1 晶閘管過電壓保護(hù)參數(shù)書估計(jì)值晶閘管10205010020050010

14、00額定電流 /（ A）電容 C(F )0.10.150.20.250.512電阻 R()100840201052.下載可編輯 .依據(jù)上面表格可以初步確定C 20.2 F、R240。電容耐壓U1.56VV 。1.5 m110566選 CZJD2 型金屬化紙介電容 ，電容量0.22F ，耐壓 400V 。PR2fCU C2 10 6500.22 (3110)2 106W0.8W取 R243， 1W 金屬膜電阻 。 過電流保護(hù)本系統(tǒng)除采用電流截止反饋環(huán)節(jié)做限流保護(hù)外，還設(shè)有與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過載和短路保護(hù) ，用過流繼電器切斷故障電流。 快速熔斷器的選擇熔斷器是同它保護(hù)的電路串聯(lián)的，當(dāng)該電路中

15、發(fā)生過載或短路故障時(shí)，如果通過熔體的電流達(dá)到或超過某一定值，則熔體上產(chǎn)生的熱量就會使其溫度上升到熔體金屬的熔點(diǎn) 。 于是，熔體自行熔斷 ，并以此切斷故障電流，對電路實(shí)行保護(hù) ，快速熔斷器的斷流時(shí)間短 ，保護(hù)性能較好 ，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施。接有電抗器的三相全控橋電路 ，通過晶閘管電流有效值為I d55 AI T32 A33故選用 RLS50 的熔斷器 ，容體電流為 50 A 。 過電流繼電器的選擇根據(jù)負(fù)載電流為55A ，可選用吸引線圈電流為100 A 的 JL1411ZS 型手動復(fù)位直流過電流繼電器 ，整定電流可取 1.2555A70A 。電抗器的參數(shù)計(jì)算 使電流連續(xù)的臨界電感量L1.下

16、載可編輯 .K 10.695 ，取 I d min0.05 I d0.05 55 A2.75A ,則L1K1U 20.695110 mH27.8mHI d min2.75 限制電流脈動的電感量 L2K 21.045 ，取 Si 0.1，則 L 2U 21.04511021mHK 2I d0.1mHSi55 變壓器漏電感量 LTK T3.9 ，取 U sh 5，則 LTU shU 23.951100.39mHK TI d100mH10055 實(shí)際串入電抗器電感量Ld已知電動機(jī)電感量為L D7mH ，則LdL1(LD2LT )27.8(70.78)mH20mH勵磁電路元件的選擇R PL250VI&

17、lt;RPIKA圖 3勵磁電路接線方式勵磁電壓 U L220V ；勵磁電流 I L1.6A ，電路接線方式如圖3 所示整流二極管耐壓值與主電路晶閘管相同，故取 700V ，額定電流取0 查得K0.367，則I D ( AV )(1.5 2)KI L(1.5 2)0.3671.6A0.88 1.2 A.下載可編輯 .可選用 ZP型 3 A， 700V 二極管 。RPex 為與電動機(jī)配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流 。為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù) ，在磁場回路中串入了欠電流繼電器KA 2 ，動作電流通過 RPI 調(diào)整 。根據(jù)額定勵磁電流Iex1.6A ，可選用吸引線圈電流為2.5A 的 JL14-11ZQ 直

18、流欠電流繼電器 。3.3 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)三相半波整流電路電阻負(fù)載時(shí)要求移相范圍為150 ，而三相全控橋式整流電路電阻負(fù)載時(shí)要求移相范圍為120 。 選用集成六脈沖觸發(fā)器實(shí)用電路。為了實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù) ，在磁場回路中串入欠電壓繼電器KA 2，動作電流通過 RP1 調(diào)整 。已知勵磁電流 1.6 A ，可選用吸引線圈電流為2.5 A 的 JL1411ZQ 直流欠電壓繼電器。KP 50 晶閘管的觸發(fā)電流為8 150mA ，觸發(fā)電壓為 U C3.5V ，在觸發(fā)電路電源電壓為 15V 時(shí)，脈沖變壓器匝數(shù)比2 :1， U s 可獲得約 6V 的電壓，脈沖變壓器一次電流只要大于 75A ，即可滿足晶閘管要求

19、 ，這里選用的 3DG12B 作為脈沖功率放大管 ，其極限參數(shù) BVCEO45V ， I CM300mA ,完全能足要求 。該電路需要設(shè)計(jì)一個(gè)三相同步變壓器，考慮各種不便因素 ，用三個(gè)單相變壓器結(jié)成三相變壓器組代替，并結(jié)成 DY0 ，確定單相變壓器的參數(shù)為：容量 3VA ，電壓為 380V / 30V 三臺。三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖4。.下載可編輯 .圖 4三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路4.設(shè)計(jì)總結(jié)在本次設(shè)計(jì)過程中，我查閱了大量的書籍，電力電子技術(shù) 、電機(jī)學(xué)等幾門學(xué)科 ，不但鞏固和加深了所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課知識，還將所學(xué)的知識融會貫通，并且將課本與實(shí)際相結(jié)合 ，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)有所用 。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來 ，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。 在課程設(shè)計(jì)過程中遇到各種問題是常有的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下.下載可編輯 .來，并分析清楚 ，以免下次再碰到同樣的問題的。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了 ，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí) 、工