10kw直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計報告

1、 . . . 電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告題 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：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：2013年6月8日至2013年 6 月21日華中科技大學(xué)武昌分校制0 / 16電力電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目10kw直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)二、設(shè)計主要容完成10kw直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，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UL=220V 勵磁電流IL=1.6A主要設(shè)

2、計容：（1）確定總體調(diào)速方案；（2）選擇主電路并進(jìn)行參數(shù)計算；（3）勵磁電路確定與參數(shù)計算；（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)計說明書。三、原始資料主電路選擇與參數(shù)計算（1）主電路選擇原則（2）參數(shù)計算包括：Ø 整流變壓器的參數(shù)計算Ø 整流晶閘管的型號選擇Ø 保護(hù)電路元件參數(shù)計算Ø 平波電抗器電感量計算勵磁電路設(shè)計重點說明（1）勵磁電路選擇原則.（2）勵磁電路設(shè)計時要遵循先加勵磁后加電樞電壓的原則，同時要設(shè)有弱磁保護(hù)。（3）參數(shù)計算包括：Ø 整流二極管的參數(shù)計算Ø 弱磁保護(hù)元件選擇觸發(fā)電路設(shè)計重點說明（1）為

3、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)計說明包括：Ø 芯片關(guān)鍵引腳的作用Ø KJ041輸入輸出脈沖關(guān)系圖Ø 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)計框架系統(tǒng)電路圖四、要求的設(shè)計成果1、根據(jù)控制要求，設(shè)計主電路與控制電路，實現(xiàn)電路與設(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)計說明書和一份控制系統(tǒng)原理圖。五、進(jìn)程安排課程設(shè)計容學(xué)時分配下達(dá)設(shè)計任務(wù)；查閱資料；與指導(dǎo)老師討論擬定設(shè)計方案1天計算、設(shè)計，將編制好的電路圖交給指導(dǎo)老師檢查，并按照老師要求進(jìn)行修改。5天撰寫課

4、程設(shè)計說明書、提交說明書2天答辯1天合計9天六、主要參考資料1 黃俊電力電子技術(shù)：機(jī)械工業(yè)，20102 郝用興機(jī)電傳動控制：華中科技大學(xué)，20103 伯時電力拖動自動控制系統(tǒng)：機(jī)械工業(yè)，20104 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：清華，20085 定明電機(jī)與控制：高等教育，2009指導(dǎo)教師（簽名）： 20 年 月 日目 錄1. 課程設(shè)計目的12. 課程設(shè)計要求1 2.1技術(shù)數(shù)據(jù)與要求1 2.2設(shè)計容13. 設(shè)計容2 3.1調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇 2 3.2主電路計算3 3.2.1整流變壓器計算3 3.2.2晶閘管元件的額定電壓4 3.2.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算5 3.2

5、.4電抗器的參數(shù)計算7 3.2.5 勵磁電路元件的選擇8 3.3觸發(fā)電路的選擇與校正84. 設(shè)計總結(jié)95. 參考文獻(xiàn)10附錄111. 課程設(shè)計目的通過對直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，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，提高運用所學(xué)的知識進(jìn)行獨立思考和綜合分析、解決實際問題的能力，培養(yǎng)掌握正確的思維方法和利用軟件和硬件解決實際問題的基本技能。2. 課程設(shè)計要求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：；額定功率；額定電壓；額定電流；轉(zhuǎn)速；極數(shù)；電樞電阻；電樞電感；勵磁電壓；勵磁電流。要求：調(diào)速圍，靜態(tài)率，電流脈動系統(tǒng)。2.2設(shè)計容（1）確定總體調(diào)速方案；（2）選擇主

6、電路并進(jìn)行參數(shù)計算；（3）勵磁電路確定與參數(shù)計算；（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)計說明書。3. 設(shè)計容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，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，主變壓器采用聯(lián)接。因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)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，

7、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，主接觸器主觸點應(yīng)在勵磁繞組通電后方可閉合，同時設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。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 主電路計算3.2.1 整流變壓器計算的計算是一個重要參數(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)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計算即 （3-1）式中，理想情況下，時整流電壓與二次電壓之比，即；控制角為時，輸出電壓與之比，即；線路連接方式系數(shù)；電網(wǎng)波動系數(shù)，通常取；整流電路輸出電壓最大值；主電路電流回路n個晶閘

8、管正向壓降；變壓器的短路比，變壓器；變壓器二次側(cè)實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，用下式計算則更加方便 （3-2）其中， 取角考慮的裕量：，取電壓比（3-3）一次和二次相電流和的計算考慮變壓器的勵磁歷次電流時，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)，所以（3-5）（3-6）變壓器的容量計算 （3-7） 式中：、一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)考慮勵磁功率，取，。3.2.2 晶閘管元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，取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大于實際流過管子電流最大有效值，

9、即 （3-8） 或 （3-9）考慮倍的裕量，取。故選用型號為晶閘管元件。3.2.3 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算交流側(cè)過電壓保護(hù)阻容保護(hù)即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容進(jìn)行保護(hù)，接線方式如圖2所示。電容的耐壓故選用型金屬化紙介電容器，電容量，耐壓。因此，可選、的金屬膜電阻。圖2 阻容保護(hù)接線方式壓敏電阻的選擇通過查詢相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)目錄，取電壓為，通流量為，由此選用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)故選用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)估計值如表1所示。表1 晶閘管過電壓保護(hù)參數(shù)書估計值晶閘管額定電流/（A）1020501002005001000電容0.

10、10.150.20.250.512電阻100840201052依據(jù)上面表格可以初步確定、。電容耐壓。選型金屬化紙介電容，電容量，耐壓。 取，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?？焖偃蹟嗥鞯倪x擇熔斷器是同它保護(hù)的電路串聯(lián)的，當(dāng)該電路中發(fā)生過載或短路故障時，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。于是，熔體自行熔斷，并以此切斷故障電流，對電路實行保護(hù)，快速熔斷器的斷流時間短，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

11、閘管電流有效值為故選用的熔斷器，容體電流為。過電流繼電器的選擇根據(jù)負(fù)載電流為，可選用吸引線圈電流為的型手動復(fù)位直流過電流繼電器，整定電流可取。3.2.4 電抗器的參數(shù)計算使電流連續(xù)的臨界電感量，取,則限制電流脈動的電感量，取，則變壓器漏電感量，取，則實際串入電抗器電感量已知電動機(jī)電感量為，則 3.2.5 勵磁電路元件的選擇圖3 勵磁電路接線方式勵磁電壓；勵磁電流，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一樣，故取，額定電流取查得，則可選用型，二極管。為與電動機(jī)配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流。 為實現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場回路中串入了欠電流繼電器，動作電流通過調(diào)整。根據(jù)額定勵磁電流，可

12、選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。3.3 觸發(fā)電路的選擇與校驗 三相半波整流電路電阻負(fù)載時要求移相圍為，而三相全控橋式整流電路電阻負(fù)載時要求移相圍為。選用集成六脈沖觸發(fā)器實用電路。為了實現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場回路中串入欠電壓繼電器，動作電流通過RP1調(diào)整。已知勵磁電流，可選用吸引線圈電流為的直流欠電壓繼電器。晶閘管的觸發(fā)電流為，觸發(fā)電壓為，在觸發(fā)電路電源電壓為時，脈沖變壓器匝數(shù)比，可獲得約的電壓，脈沖變壓器一次電流只要大于，即可滿足晶閘管要求，這里選用的作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù)，,完全能足要求。該電路需要設(shè)計一個三一樣步變壓器，考慮各種不便因素，用三個單相變壓器

13、結(jié)成三相變壓器組代替，并結(jié)成，確定單相變壓器的參數(shù)為：容量，電壓為三臺。三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖4。圖4 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路4.設(shè)計總結(jié)在本次設(shè)計過程中，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，并且將課本與實際相結(jié)合，真正實現(xiàn)了學(xué)有所用。通過這次課程設(shè)計之后，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際動手能力和獨立思考的能力。在課程設(shè)計過程中遇到各種問題是常有的，但我

14、們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的。課程設(shè)計結(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、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計過程，好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們通過查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗和自學(xué)，若遇到實在搞不明白的問題就會與時請教老師，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次課程設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。5.參