10kV直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)定稿

1、. . . . 附件一 封面本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：10kW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：班級(jí)：指導(dǎo)教師：職稱：完成日期：年月日10kW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的圍進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以與具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的電力拖動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域中，今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期仍將采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。本課題對(duì)在工業(yè)生產(chǎn)中使用較多的10kW直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要容有：調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇與其工作原理；調(diào)速系統(tǒng)主電路（包括整流變壓器、三相橋式整流電路與平波電抗器）工程設(shè)計(jì)；整流設(shè)備過(guò)電壓、過(guò)電流保

2、護(hù)電路計(jì)算選擇；觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)；反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算；繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)；整體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；并給出了10kW直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖。本研究課題可廣泛應(yīng)用于各類電力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械,滿足電力拖動(dòng)調(diào)速機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求,對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生成率,電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能具有重要意義。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速系統(tǒng)，主電路，保護(hù)電路，觸發(fā)電路，控制電路，設(shè)計(jì)。目錄1 緒論1.1 課題現(xiàn)狀、目的和意義1.2 直流調(diào)速方法與發(fā)展歷史1.2.1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法1.2.2 直流調(diào)速發(fā)展過(guò)程1.3 本設(shè)計(jì)涉與主要性能技術(shù)指標(biāo)1.3.1 轉(zhuǎn)速控制要求1.3.2 主要性能指標(biāo)1.4 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的容與要求2

3、 調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇與其工作原理2.1 調(diào)速系統(tǒng)方案的確定2.2 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2.2.1 問(wèn)題的提出2.2.2 解決方法2.2.3 帶截流反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理3 調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的基本容3.1 主電路計(jì)算3.1.1 整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算3.1.2 晶閘管的選擇3.1.3 平波電抗器參數(shù)計(jì)算3.2 整流設(shè)備保護(hù)電路計(jì)算3.2.1 過(guò)電壓保護(hù)3.2.1.1 過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)置3.2.1.2 阻容保護(hù)與參數(shù)計(jì)算3.2.1.3 換相過(guò)電壓保護(hù)與參數(shù)計(jì)算3.2.1.4 非線性元件保護(hù)與參數(shù)計(jì)算3.2.2 過(guò)電流保護(hù)3.2.2.1 過(guò)電流保護(hù)裝置3.2.2.2 快速熔斷器的選擇與參數(shù)計(jì)算

4、3.2.2.3 過(guò)電流繼電器的選擇3.3 勵(lì)磁電路元件的選擇4 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)5 反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算5.1 測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇5.2 電流反饋環(huán)節(jié)的選擇5.3 調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)精度的計(jì)算5.4 給定環(huán)節(jié)的選擇5.5 控制電路的直流電源6 繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)7 10kW直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖8 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9 調(diào)試、修改電路參數(shù)9.1 首先檢查接線是否正確，布線是否合理9.2 相序檢查 9.3 檢查同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系9.4 放大器的檢查9.5 觸發(fā)電路的調(diào)整9.6 電阻性負(fù)載的調(diào)試9.7 電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)試1 緒論1.1 課題現(xiàn)狀、目的和意義在用電系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力

5、設(shè)備而廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技與社會(huì)生活等各個(gè)方面。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的60%70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備。電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，一是要使電動(dòng)機(jī)具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；二是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。為了控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，就要為電動(dòng)機(jī)配上控制裝置。電動(dòng)機(jī)+控制裝置=電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。以直流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為直流調(diào)速系統(tǒng)，以交流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為交流調(diào)速系統(tǒng)。眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

6、容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵(lì)磁電流不變，可用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。因此，長(zhǎng)期以來(lái)（20世紀(jì)80年代以前）在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。由于直流電動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械式換向器和電刷這一致命弱點(diǎn)，以與近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，交流可調(diào)傳動(dòng)已逐步普與，其應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)了直流調(diào)速傳動(dòng)。但采用直流可調(diào)傳動(dòng)系統(tǒng)，調(diào)速圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以與其具有的良好動(dòng)態(tài)性能；相比于交流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速技術(shù)原理成熟、控制電路結(jié)構(gòu)

7、簡(jiǎn)單；對(duì)中、小容量調(diào)速系統(tǒng)特別是10kW與其以下可調(diào)傳動(dòng)系統(tǒng)，直流調(diào)速系統(tǒng)仍占有明顯優(yōu)點(diǎn)。有理由相信在未來(lái)高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，特別是在微特功率控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期仍將采用直流可調(diào)傳動(dòng)系統(tǒng)。就本課題而言，10kW與其以下直流調(diào)速系統(tǒng)是目前廣泛采用的一種電力控制系統(tǒng)，掌握其工程設(shè)計(jì)方法，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選型設(shè)計(jì)、維護(hù)運(yùn)行工作都有重要意義。1.2 直流調(diào)速方法與發(fā)展歷史1.2.1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程 （1-1）式中 轉(zhuǎn)速（r/min）；電樞電壓（V）；電樞電流（A）；電樞回路總電阻（ W ）； 勵(lì)磁磁通（Wb）；由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。由式（1-1）可以看出，有三種

8、方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：（1）降壓調(diào)速。使電樞供電電壓下降，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，由于電動(dòng)機(jī)繞組絕緣有限，電動(dòng)機(jī)電樞電壓不能高于額定電壓，所以是降壓調(diào)速，適用于額定轉(zhuǎn)速以下一定圍的無(wú)級(jí)調(diào)速的場(chǎng)合。降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）弱磁調(diào)速。使勵(lì)磁磁通下降，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。由于磁通超過(guò)額定值易飽和，所以只能弱磁調(diào)速。適用于額定轉(zhuǎn)速以上的小圍無(wú)級(jí)調(diào)速場(chǎng)合。弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。（3）變阻調(diào)速。使增大（串電阻R），則下降。由于串電阻要消耗功率，機(jī)械特性變差（軟）。所以只適用于小功率有級(jí)調(diào)速的場(chǎng)合。對(duì)于要求在一定圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠

9、平滑調(diào)速，但調(diào)速圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。1.2.2 直流調(diào)速發(fā)展過(guò)程調(diào)速的關(guān)鍵是獲得可控的直流電源，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近代直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)歷三個(gè)方面的發(fā)展過(guò)程。 （1）直流發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組（G-M系統(tǒng)）。直流發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1-1所示。 圖1-1 直流發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組由原動(dòng)機(jī)M（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，國(guó)際上通稱Ward-Leo

10、nard系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)機(jī)械特性是線性的、較硬，且可靠耐用。 此系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低；但運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，在目前的生產(chǎn)設(shè)備有應(yīng)用。（2）晶閘管可控整流器（V-M系統(tǒng)）。V-M系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1-2所示。 晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），圖1-2 V-M系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖圖中VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：與G-M系統(tǒng)相比較，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。晶閘管可控整流器的

11、功率放大倍數(shù)在10 4以上，其門極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。V-M系統(tǒng)存在的問(wèn)題：由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的dV/dt與di/dt 都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間損壞器件。由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃與附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。 （3）直流斬波調(diào)制器（PWM系統(tǒng)）。在干線鐵道電力機(jī)車、工礦電力機(jī)車、城市有軌和無(wú)軌電車和地鐵電機(jī)車等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵(lì)或復(fù)

12、勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由恒壓直流電網(wǎng)供電，過(guò)去用切換電樞回路電阻來(lái)控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速，在電阻中耗電很大。直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)圖，如圖1-3（a）所示。在原理圖中，VT 表示電力電子開關(guān)器件，VD 表示續(xù)流二極管。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓US加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，直流電源與電機(jī)脫開，電動(dòng)機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復(fù)，電樞端電壓波形如圖1-3（b），好像是電源電壓US在ton時(shí)間被接上，又在 T ton時(shí)間被斬?cái)?，故稱“斬波”。tOuUsUdTtonM+_VDVTUs控制電路（a）原理圖 （b）電壓波形圖圖1-3 直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)圖這樣，電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為 （1-2）式

13、中 T晶閘管的開關(guān)周期；開通時(shí)間；r 占空比，r =/ T = f ；其中，f為開關(guān)頻率。為了節(jié)能，并實(shí)行無(wú)觸點(diǎn)控制，現(xiàn)在多用電力電子開關(guān)器件，如快速晶閘管、GTO、IGBT等。 采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，稱作直流斬波器，后來(lái)逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的電路，脈寬調(diào)制變換器（PWM-Pulse Width Modulation）。PWM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少；（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗與發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速圍寬，可達(dá)1:10000左右；（4）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；（5）功

14、率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；（6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。綜上所述，三種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀(jì)6070年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。1.3 本設(shè)計(jì)涉與主要性能技術(shù)指標(biāo)1.3.1 轉(zhuǎn)速控制要求任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：（1）調(diào)速。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速圍，分擋地（有級(jí)）或

15、 平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速。以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速。頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。1.3.2 主要性能指標(biāo)（1）調(diào)速圍D。生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速圍，用字母D表示，即 （1-3）其中和一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。（2）靜差率s。當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落DnN，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s ，

16、即（1-4）式中DnN = n0- nN。然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。調(diào)速圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。設(shè)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為DnN，則按照上面的分析，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即（1-5）于是，最低轉(zhuǎn)速為 （1-6）而調(diào)速圍為 （1-7）將（1-6）式代入（1-7）式，得（1-8）式（1-8）表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足

17、的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)， DnN值一定，由式（1-8）可見(jiàn)，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速圍也越小。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)圍。（3）脈動(dòng)系數(shù)。對(duì)含有直流分量的非正弦周期電量而言，定義最低次諧波的幅值與平均值的比值為脈動(dòng)系數(shù)，其大小可表示波形的平直程度。脈動(dòng)系數(shù)可表示為（1-9）1.4 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的容與要求為了進(jìn)一步提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力，以與對(duì)自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等課程容的深入了解，會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)一般的控制系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)，一方面掌握設(shè)計(jì)方法、技巧，另一方面加強(qiáng)理論結(jié)合實(shí)際與指導(dǎo)解決實(shí)際問(wèn)題的

18、途徑，以期達(dá)到理論與實(shí)際的統(tǒng)一，從而提高同學(xué)們對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和能力。既培養(yǎng)學(xué)生基于所學(xué)知識(shí)分析和綜合典型系統(tǒng)的能力，又使學(xué)生理解典型系統(tǒng)的工程背景、在掌握基礎(chǔ)理論和方法的同時(shí)能夠舉一反三、提高解決實(shí)際自動(dòng)控制系統(tǒng)問(wèn)題的能力。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)傳動(dòng)直流控制系統(tǒng)。采用控制電樞電壓改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電樞電壓由三相橋式整流電路提供。（1）技術(shù)數(shù)據(jù)。直流電動(dòng)機(jī)：型號(hào)：Z371；額定功率：PN=10kW；額定電壓：UN=220V；額定電流：IN=55A；轉(zhuǎn)速：；級(jí)數(shù)：2p=4 ；電樞電阻：；電樞電感：；勵(lì)磁電壓：；勵(lì)磁電流：；（2）要求。調(diào)速圍D=10，系統(tǒng)靜差率s<5%；電流脈動(dòng)系數(shù)：

19、10%。2 調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇與其工作原理2.1 調(diào)速系統(tǒng)方案的確定 由于電動(dòng)機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用接法。又因調(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(shí)由過(guò)流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡(jiǎn)單，工作可靠，裝置體積小，宜選用KJ004組成六脈沖集成觸發(fā)電路。 該系統(tǒng)采用降壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定。因此，勵(lì)磁繞組采用三相不可控橋式整流電路供電，電源可

20、從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵(lì)磁后加電樞電壓，主接觸器主觸頭應(yīng)在勵(lì)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)。直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1 帶截流負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)框圖2.2 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2.2.1 問(wèn)題的提出直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。（1）起動(dòng)的沖擊電流。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍。這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它

21、的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。（2）堵轉(zhuǎn)電流。有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障、機(jī)械軸被卡住或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。2.2.2 解決方法為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過(guò)允許值。考慮到，限流作用只需在起動(dòng)和

22、堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減。如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡(jiǎn)稱截流反饋。如圖2-2所示為電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。其工作原理如下：圖2-2 電流截止負(fù)反饋當(dāng)，電流負(fù)反饋信號(hào)起作用，當(dāng)，電流負(fù)反饋信號(hào)被截止。比較電壓可以利用獨(dú)立的電源，在反饋電壓和比較電壓之間串接一個(gè)二極管組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖2-2(a)所示；也可以利用穩(wěn)壓管的擊穿電壓作為比較電壓，組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖2-2(b)所示。后者線路更為簡(jiǎn)單。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性如圖2-3所示。圖2-

23、3 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性其數(shù)學(xué)模型為 (2-1)2.2.3 帶截流反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理帶截流負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。控制器采用P調(diào)節(jié)器，電流反饋信號(hào)來(lái)自檢測(cè)主電路電流的霍耳元件，反饋系數(shù)為，臨界截止電流為，穩(wěn)壓管的擊穿電壓為，于是有 (2-2)帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示，由圖2-4可寫出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式。 （1）當(dāng)時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式一樣1 (2-3)（2）當(dāng) 時(shí)，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成 (2-4)nKpKsa 1/CeU*nUcUnIdEUd0Un+- R

24、Rs-UcomId Rs - Ucom-圖2-4 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過(guò)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停下，電流也不過(guò)是堵轉(zhuǎn)電流，在式（2-4）中，令 n = 0，得 (2-5)一般，因此 (2-6)應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取 (2-7)從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取 (2-8)3 調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的基本容3.1 主電路計(jì)算晶閘管整流主電路如圖3.1所示。3.1.1 整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算根據(jù)整流器主電路的類型、電源與負(fù)載要求的直流電壓和電流，可以計(jì)算出整流變壓器

25、的額定參數(shù)：變壓器次級(jí)相電壓U2、相電流I2與容量S2；變壓器初級(jí)相電流I1、容量S1；變壓器等值容量ST。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可選擇變壓器。 （1）次級(jí)相電壓U2的計(jì)算。整流器主電路采用三相全控橋式整流電路，在理想情況下其輸出直流電壓Ud與變壓器次級(jí)相電壓U2之間的關(guān)系可用下式表示3（3-1）式中，為整流器的控制角。在實(shí)際運(yùn)行中，整流變壓器輸出平均電壓還受下列因數(shù)影響：1）電源電壓波動(dòng)：若電源電壓允許波動(dòng)圍為+5%-10%，令為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，則的變化圍為0.95<<1.05。通常取電源電壓為最低值恰好滿足負(fù)載要求，并作為選擇額定電壓U2的依據(jù)，設(shè)計(jì)中常取min=0.91.05。2）整

26、流元件正向壓降UT：整流元件為非線性元件，導(dǎo)通時(shí)兩端門檻電壓UT使輸出平均電壓下降。若整流回路中串聯(lián)整流元件數(shù)為ns時(shí)，產(chǎn)生電壓降為ns UT。3）直流回路雜散電阻：直流回路中，接線端子、引線、熔斷器、電抗器、與整流元件等均將存在電阻，稱為雜散電阻。記為，在額定工作條件下，一般取為（0.2%0.5%）UdN。4）交流電源系統(tǒng)電抗引起的換向過(guò)程電壓損失：計(jì)算中，可用整流變壓器漏抗xs近似表示電源系統(tǒng)的電抗。對(duì)3相橋式電路而言 （3-2）式中，為負(fù)載系數(shù)； 為變壓器的短路電壓百分比；為換相壓降計(jì)算系數(shù)，當(dāng)為n相橋式整流電路時(shí)，。5）整流變壓器電阻的影響：交流電壓損失受負(fù)載系數(shù)影響，計(jì)算時(shí)假定功率因

27、數(shù)為1，則由其引起的整流輸出電壓損失為 （3-3）式中，為銅損耗。考慮上述因數(shù)影響之后，整流變壓器輸出整流電壓為 （3-4）將有關(guān)各量代入整理可得 （3-5）本設(shè)計(jì)取負(fù)載系數(shù)，短路電壓百分比，初次設(shè)計(jì)銅耗可略去不計(jì)，取2，取管壓降V。將上述數(shù)據(jù)代入式（3-5）可得可取。變壓器變比（3-6）（2）變壓器一次側(cè)和二次測(cè)相電流和的計(jì)算。變壓器二次測(cè)電流有效值與整流電流平均值（）關(guān)系2 （3-7）所以 由式（3-6）得（3）變壓器容量S的計(jì)算。由變壓器容量計(jì)算公式，得考慮勵(lì)磁功率，取變壓器容量S=15.6KVA，A，A。變壓器參數(shù)歸納如下：初級(jí)繞組三角形接法，U1=380V，I1=14A；次級(jí)繞組星形

28、接法，U2=110V，I2=46A；等值容量ST=15.6KVA3.1.2 晶閘管的選擇（1）晶閘管的電壓定額。晶閘管正、反向重復(fù)峰值電壓為，即取（2）晶閘管通態(tài)平均電流。晶閘管通過(guò)電流有效值為晶閘管通態(tài)平均電流應(yīng)取為3根據(jù)上、的值，選KP507晶閘管元件。3.1.3 平波電抗器參數(shù)計(jì)算為了限制輸出電流脈動(dòng)和保證最小負(fù)載電流時(shí)電流連續(xù)，整流器主電路中常要串聯(lián)平波電抗器。這兩方面的技術(shù)要求就是設(shè)計(jì)平波電抗器電感量的依據(jù)。（1）限制負(fù)載電流脈動(dòng)的電感量。 整流器輸出電壓為脈動(dòng)波形，因此由整流電源供電的負(fù)載中電流也是脈動(dòng)的，該電流可以分解成直流分量和各次諧波交流分量。直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載需要的只是直流分量

29、，交流分量不但不能產(chǎn)生有用的能量轉(zhuǎn)換，而且對(duì)負(fù)載運(yùn)行十分不利。串聯(lián)平波電抗器可以減小電流中的交流分量，使負(fù)載獲得較為平穩(wěn)的直流電流。輸出脈動(dòng)電流中最低頻率的交流分量幅值Iam與輸出脈動(dòng)電流平均值Id之比，稱為電流脈動(dòng)系數(shù)，即。根據(jù)允許電流脈動(dòng)系數(shù)，可以計(jì)算出限制輸出電流脈動(dòng)的電感量。一般，三相整流電路取為5%10%,單相電路取小于20%。由表3-1可查得常見(jiàn)整流電路最大的。設(shè)電感量為時(shí)，交流電流分量中最低次諧波頻率的幅值為 （3-8）于是，將代入（3-8）得 （3-9）式中，為輸出電壓或電流交流成分中最低次諧波頻率值，常見(jiàn)電路值見(jiàn)表3-1。根據(jù)式（3-9）有 （3-10）表3-1 計(jì)算有關(guān)電感

30、量的計(jì)算系數(shù)電路名稱單相全控橋2.841001.2三相半波1.461500.88三相全控橋0.6933000.46帶平衡電抗器的雙反星型0.3843000.46（2）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量。當(dāng)可控整流器負(fù)載電流低于一定程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)輸出電流不連續(xù)的現(xiàn)象，對(duì)電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的工作將產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)負(fù)載最小連續(xù)電流為時(shí)，為保證電流連續(xù)所需的回路總電感量為 （3-11）式中，為回路總電感量，mH；為臨界電感計(jì)算系數(shù)，各種整流電路的值見(jiàn)表3-1。根據(jù)公式（3-10）有 （3-12）式中，取5%Id。（2）主回路平波電抗器總電感量計(jì)算。在工程設(shè)計(jì)中，為滿足限制電流波動(dòng)和保證電流連續(xù)這兩方面的要求，主電

31、路中總電感量應(yīng)取式（3-10）和式（3-12）計(jì)算結(jié)果中的最大者。，即 （3-13）由式（3-13）得出的電感量是電路中的總電感量，其中包括平波電抗器電感量、電動(dòng)機(jī)電樞電感量、整流變壓器折算到次級(jí)的電感量。整流變壓器折算到次級(jí)的電感量為（3-14） 式中，為整流變壓器折算到次級(jí)的電感量，mH；為整流變壓器漏抗計(jì)算系數(shù)，三相全控整流橋取4；為整流器輸出額定電流，A；為電源頻率，rad/s。滿足設(shè)計(jì)要求的平波電抗器的電感量為（3-15） 式中，為電動(dòng)機(jī)電樞回路電感量，已知為7mH；對(duì)于三相橋式整流電路，整流回路中變壓器為兩相串聯(lián)，因此計(jì)算時(shí)取代入。最終，取平波電抗器。3.2 整流設(shè)備保護(hù)電路計(jì)算電

32、力電子器件承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較低，一旦電壓電流超過(guò)額定值，器件極易損壞造成損失，需要采取保護(hù)措施。電力電子裝置的過(guò)電壓和過(guò)電流，是由于外部或部的狀態(tài)突變?cè)斐傻模缋讚?，線路開關(guān)（斷路器）的分合，電力電子器件的通斷都引起了電路狀態(tài)的變化，電路狀態(tài)的變化將引起電磁能量的變化，從而激發(fā)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。電力電子裝置負(fù)載過(guò)大（過(guò)載），電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，以與短路等故障會(huì)引起裝置的過(guò)電流。因此，晶閘管的保護(hù)成為調(diào)速系統(tǒng)主電路的重要組成部分。這里主要說(shuō)明過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)的方法與計(jì)算。3.2.1 過(guò)電壓保護(hù)3.2.1.1 過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)置按過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流保護(hù)、直流保護(hù)和器件保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)設(shè)

33、置如圖圖3-2所示。圖3-2 過(guò)電壓保護(hù)方法與配置位置A避雷器；B接地電容；C、G阻容保護(hù)；D整流式阻容保護(hù)；E、H壓敏電阻；F換相過(guò)電壓保護(hù)；3.2.1.2 阻容保護(hù)與參數(shù)計(jì)算（1）交流側(cè)阻容保護(hù)與參數(shù)計(jì)算。為吸收變壓器釋放出來(lái)的磁場(chǎng)能量，可在變壓器二次測(cè)并聯(lián)電阻和電容吸收電，由于電容兩端的電壓不能突變，可以快速吸收造成過(guò)電壓的磁場(chǎng)能量；電阻可以起阻尼作用，并可在電磁過(guò)程中消耗造成過(guò)電壓的能量。如圖3-2中C處。交流側(cè)阻容保護(hù)元件參數(shù)的計(jì)算與整流器的容量有關(guān)。阻容吸收裝置中，（）的計(jì)算公式為3（3-16）的阻值（）計(jì)算公式為3，（3-17）的功率（）計(jì)算公式為3（3-18）以上各式中，為變壓

34、器次級(jí)空載線電壓，V；為變壓器次級(jí)線電流，A：為電源頻率，Hz；、為計(jì)算系數(shù)，對(duì)三相橋式電路，分別為17320、0.17、0.253；為變壓器勵(lì)磁電流對(duì)額度電流的標(biāo)么值，一般取0.020.05。阻容吸收電路采用三角形接法，電容值，電阻值，電阻功率。（2）直流側(cè)阻容保護(hù)與參數(shù)計(jì)算。直流側(cè)也有可能發(fā)生過(guò)電壓。當(dāng)快速熔斷器熔斷或直流快速開關(guān)切斷時(shí)，因直流側(cè)電抗器釋放儲(chǔ)能，會(huì)在整流器直流輸出端造成過(guò)電壓。另外，由于直流側(cè)快速開關(guān)（或熔斷器）切斷負(fù)載電流時(shí)，變壓器釋放的儲(chǔ)能也產(chǎn)生過(guò)電壓，盡管交流側(cè)保護(hù)裝置能適時(shí)地保護(hù)這種過(guò)電壓，仍會(huì)通過(guò)導(dǎo)體的晶閘管反應(yīng)到直流側(cè)，為此，直流側(cè)也應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)，用于抑制過(guò)

35、電壓。如圖3-2中G處。阻容吸收裝置中，（）的計(jì)算公式為3（3-19）的阻值（）計(jì)算公式為3（3-20）式（3-19）、（3-20）中，、可根據(jù)表3-1和公式（3-8）算出，最低次諧波電壓幅值，最低次諧波電流幅值。取，。3.2.1.3 換相過(guò)電壓保護(hù)與參數(shù)計(jì)算晶閘管元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓作用下流過(guò)相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，因反向恢復(fù)電流很快截止，通過(guò)恢復(fù)電流的電感會(huì)因高電流變化率產(chǎn)生過(guò)電壓，即換相過(guò)電壓。為使元件免受換相過(guò)電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián)RC電路。如圖3-2中F處。抑制換相過(guò)電壓的電容（）的計(jì)算公式為3（3-21）電阻通常取1030，其功率的計(jì)算公

36、式為（3-22）式（3-21）、（3-22）中，為整流器件串聯(lián)的個(gè)數(shù)，為1；為整流器件反向電壓的幅值。取、。3.2.1.4 非線性元件保護(hù)與參數(shù)計(jì)算壓敏電阻是一種常用的非線性保護(hù)元件。壓敏電阻由氧化鋅、氧化鉍等燒結(jié)而成的非線性電阻元件。具有明顯的擊穿電壓，在施加電壓低于擊穿電壓時(shí)，漏電流僅為微安級(jí)，損耗?。辉谑┘与妷撼^(guò)擊穿電壓時(shí)，壓敏電阻擊穿，可以通過(guò)很大浪涌電流，幾乎呈現(xiàn)恒壓特性。壓敏電阻主要參數(shù)有：標(biāo)稱電壓：漏電流為1mA時(shí)對(duì)應(yīng)的端電壓值，V；殘壓：放電電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)的電壓值，V，叫做殘壓比；允許通流量：在規(guī)定的波形下允許通過(guò)的浪涌電流，kA。 本設(shè)計(jì)采用壓敏電阻為星型連接，的計(jì)算公式

37、為（3-23）為計(jì)算系數(shù)，通常取0.90.95；為電網(wǎng)電壓上升系數(shù)，取1.051.10；U為壓敏電阻保護(hù)裝置外接端電壓的有效值。可選用的金屬氧化物壓敏電阻。3.2.2 過(guò)電流保護(hù)晶閘管裝置在運(yùn)行時(shí)有可能產(chǎn)生過(guò)電流現(xiàn)象。產(chǎn)生過(guò)電流的原因有：電動(dòng)機(jī)負(fù)載的過(guò)載，負(fù)載側(cè)短路，逆變電路的逆變失敗，器件因性能變壞而損壞等。因晶閘管器件的熱容量很小，承受過(guò)電流的能力比其他電力裝置小得多，如果過(guò)電流數(shù)值過(guò)大而切斷稍慢，就會(huì)使其結(jié)溫超過(guò)允許值而損壞。因此，為了在故障狀態(tài)下保護(hù)晶閘管裝置的安全，必須采用適宜的過(guò)電流保護(hù)措施，在發(fā)生過(guò)電流短路和過(guò)載時(shí)快速切斷或使電流迅速下降，保證晶閘管免受損壞。3.2.2.1 過(guò)電

38、流保護(hù)裝置整流裝置可能采用的過(guò)電流保護(hù)措施如圖3-3所示。交流側(cè)應(yīng)設(shè)置作用于電源開關(guān)自動(dòng)跳閘的過(guò)電流繼電器，用于保護(hù)整體電路；為保護(hù)晶閘管，應(yīng)設(shè)進(jìn)線電抗器并設(shè)快速熔斷器；在比較重要或易發(fā)生故障的裝置中，交流或直流側(cè)設(shè)電子過(guò)電流保護(hù)，作用于觸發(fā)脈沖快速移相或封鎖脈沖。圖3-3 電子過(guò)電流保護(hù)裝置原理圖3.2.2.2 快速熔斷器的選擇與參數(shù)計(jì)算快速熔斷器是目前廣泛采用的保護(hù)措施。在發(fā)生過(guò)電流時(shí)，利用其快速熔斷特性和晶閘管過(guò)載特性相配合，使其先期熔斷并切斷電路，保護(hù)晶閘管?？焖偃蹟嗥骶哂型ㄟ^(guò)電流越大，熔斷時(shí)間短的特點(diǎn)，適合做短路保護(hù)，但不宜作過(guò)載保護(hù)?？焖偃蹟嗥髟陔娐分械慕臃ㄓ腥N，（1）交流電源進(jìn)

39、線側(cè)串聯(lián)快速熔斷器的接線方法，熔斷器用量較少，對(duì)整流器的部、外部故障引起的短路電流均有保護(hù)作用，但對(duì)元件保護(hù)的可靠性較差；（2）直流輸出側(cè)串聯(lián)快速熔斷器的方法，對(duì)外部故障引起的短路電流起保護(hù)作用，熔斷器用量少，但該方法對(duì)整流器的部故障引起的短路電流不起保護(hù)作用，對(duì)元件保護(hù)可靠性較差；（3）每只晶閘管都與一個(gè)快速熔斷器相串聯(lián)，該方法對(duì)所有短路故障均有保護(hù)作用，但所用的快速熔斷器數(shù)量較多。在選擇快速熔斷器的額定參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量使其額定電壓等于或略大于工作電壓?？焖偃蹟嗥鞯念~定電流為有效值，當(dāng)通過(guò)快速熔斷器的電流為時(shí)，在4h不會(huì)熔斷；如果通過(guò)快速熔斷器的電流為的6倍，在20ms以就可以熔斷。下面說(shuō)明直

40、流輸出側(cè)串聯(lián)的快速熔斷器選擇。接有電抗器的三相全控橋電路，通過(guò)晶閘管電流的有效值為（3-24）快速熔斷器的額定電流應(yīng)滿足以下條件（3-25）即故選用RLS50的熔斷器，熔體電流為50A。3.2.2.3 過(guò)電流繼電器的選擇過(guò)電流繼電器位于變壓器二次測(cè)，變壓器次級(jí)電流有效值為3（3-26）繼電器吸引線圈電流可整定為（3-27）可選用吸引線圈電流為60A的JL14-11ZS手動(dòng)復(fù)位過(guò)電流繼電器。設(shè)電路正常工作狀態(tài)通過(guò)快速熔斷器的電流有效值為，則應(yīng)按下式選擇 （3-28）式中，為晶閘管的通態(tài)額定電流。由式（3.24）得工作回路（線）電壓有效值為，故應(yīng)選額定電流為50A，額定電壓為200V的熔斷器。3.

41、3 勵(lì)磁電路元件的選擇如圖3-1所示，勵(lì)磁電路是為直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁電流三相橋式整流短路，耐壓與主電路晶閘管一樣。其主要元件為整流二極管，二極管的正、反向重復(fù)峰值電壓為3（3-29）則二極管的額定電壓應(yīng)取為（3-30）由已知?jiǎng)?lì)磁電流Iac=1.6A，則通過(guò)二極管電流的有效值為3（3-31）二極管通態(tài)平均電流為3（3-32）可選用ZP型3A、700V的二極管。為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場(chǎng)回路中串入欠電流繼電器KA2，動(dòng)作電流可通過(guò)RP調(diào)整。根據(jù)額定勵(lì)磁電流Iac=1.6A，可選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。4 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)這里選用集成六脈沖觸發(fā)器實(shí)用電路

42、，如圖4-1所示。圖4-1 集成六脈沖觸發(fā)器由產(chǎn)品目錄中查得KP50晶閘管的觸發(fā)電流為815mA，觸發(fā)電壓V。在觸發(fā)電路直流電源電壓為15V時(shí)，脈沖變壓器匝數(shù)比為2：1，可獲得6V左右的電壓，脈沖變壓器一次測(cè)電流只要大于75mA，即可滿足晶閘管要求。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù)BVCEO=45V，ICM=300mA，完全能滿足要求。脈沖變壓器實(shí)際上不用計(jì)算，只要在市場(chǎng)上買一只觸發(fā)50A晶閘管的脈沖變壓器即可。該電路需要三個(gè)互差1200，且與主電路三個(gè)相電壓、同相的三個(gè)同步電壓，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)三一樣步變壓器。但考慮到同步變壓器功率很小，一般每相不超過(guò)1W。這樣小的變壓器很

43、難買到，可用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓器組來(lái)代替，并接成，即可獲得與主電路二次側(cè)相電壓同步的三個(gè)電壓、。按電路要求，同步電壓取30V，因一次側(cè)直接與電網(wǎng)相接，每相繞組電壓為380V，考慮制造方便，功率的裕量留大一些，最后確定單相變壓器參數(shù)為：容量為3VA ，電壓為380V/30V，數(shù)量3只。同步變壓器的連接如圖4-2所示。圖4-2 同步變壓器的連接5 反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算轉(zhuǎn)速與電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖2-1所示。5.1 測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇由電機(jī)產(chǎn)品樣本查得，選用55CY61型永磁直流發(fā)電機(jī)。額定參數(shù)為：ETG=40V，nTG=2000r/min，負(fù)載電阻RTG是2k，2W的電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電

44、動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)接。由于主電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為20V。 若給定電源15V，只要適當(dāng)取反饋系數(shù)，即可滿足系統(tǒng)要求。 5.2 電流反饋環(huán)節(jié)的選擇選用LEM模塊LA100-NP作為電流檢測(cè)元件，其參數(shù)為：額定電流為100A，匝數(shù)比為1/1000，額定輸出電流為100mA，測(cè)量電阻RM=3050，取RM為47，1W的繞線電位器。負(fù)載電流為1.2IN時(shí)，LA的輸出電流為1.2IN/1000=（1.2×55/1000）mA=66mA，輸出電壓為3.1V，考慮一定調(diào)節(jié)裕量，可選2CW9穩(wěn)壓管作為電流調(diào)節(jié)器飽和輸入電壓，Uim=2V。 5.3 調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)精度

45、的計(jì)算（1）電動(dòng)機(jī)和測(cè)速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)計(jì)算。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) （5-1）測(cè)速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) （5-2）（2）整流裝置的阻RT3。 （5-3）（3）要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降。 （5-4）（4）求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)2。 （5-5）（5）觸發(fā)器與整流裝置的放大倍數(shù)的估算。 在觸發(fā)器選用電源的情況下，鋸齒波同步電壓最大值應(yīng)小于15V，這里仍按最大移相控制電壓為15V計(jì)算，則有2 （5-6）（6）計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 （5-7）由于給定電壓取15V，Ufe約12V左右，而ETG=20V，故。（7）計(jì)算放大器的放大倍數(shù)。由于，故 （5-8）因較大，故選用放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，如圖5-1所示。由于點(diǎn)是虛

46、地，故 （5-9）式中，分壓電路的分壓系數(shù)。 故 （5-10）圖5-1 放大倍數(shù)可調(diào)的放大器為避免放大器開環(huán)，不能調(diào)到零，可在電位器接地端墊一個(gè)不可調(diào)的小電阻。若該電路電位器取4.7k、1W，固定小電阻取470、1/4W，則，故最多能把放大器從R1/R0提高11倍。采用F007運(yùn)算放大器，其輸入電阻ri>0.5M，為了不影響ri，應(yīng)使R0<1/10ri。故取R0=20 k，R1=KPR0，取=0.136，R1=（0.136×121×20×103）=329k，實(shí)取330 k。R0、R1均取1/4W。5.4 給定環(huán)節(jié)的選擇由于放大器輸入電壓和輸出電壓極性相

47、反，而觸發(fā)器的移相控制電壓UC又為正電壓，故可使用一個(gè)增益為1反相比例電路，給定電壓Ugn就取正電壓，而一切反饋均取正電壓，可參看圖2-1中電壓的極性。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)-15V電源，用一個(gè)2.2k、1W電位器引出給定電壓。5.5 控制電路的直流電源這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，其元件參數(shù)見(jiàn)表5-1所示，電源原理圖如圖5-2所示。表5-1 組成控制電路電源元件名稱與規(guī)格序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1B1、B2橋堆2A、200V22C1、C2電解電容2200F、63V23C3電容0.1F247815三端集成穩(wěn)壓器+15V、1.5A157915三端集成穩(wěn)壓器-

48、15V、1.5A16C4電容0.33F27VD1 、VD2二極管3CP12217.7V17.7VVD2VD1C5C6C4C3C2C1+78157915B1B2-15V+15V圖5-2 15V直流穩(wěn)壓電源原理圖6 繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)為使電路工作更可靠，總電源由自動(dòng)開關(guān)引入，由于變壓器一次側(cè)電流I1=14A，故選用DZ5-50型，三極自動(dòng)斷路器，脫扣器的額定電流為30A的三極自動(dòng)斷路器即可滿足要求。用交流接觸器控制主電路通斷，由于I2=46A，故選用CJ10-60、線圈電壓為220V的交流接觸器。可選用吸引線圈電流為60A的JL14-11ZS型直流過(guò)電流繼電器作為過(guò)流保護(hù)，吸引電流可在7/

49、10至3倍圍調(diào)節(jié)。在勵(lì)磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器，吸引電流可在3/10至65/100圍調(diào)節(jié)，釋放電流在1/10至2/10圍調(diào)節(jié)。選用AL18-22Y型按鈕，起動(dòng)按鈕用綠色，并帶有工作指示燈，停止按鈕用紅色。設(shè)有電源指示燈，選用XDX2型紅色指示燈。整流裝置應(yīng)有電流和轉(zhuǎn)速指示，因輸出額定電流為55A，并考慮快速起動(dòng)，故選用100A、59C5-A型直流電流表。轉(zhuǎn)速可通過(guò)測(cè)量測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓獲得，根據(jù)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓為20V，故選用30V、59C5-V型直流電壓表改裝的轉(zhuǎn)速表，滿量程為1500日/min。繼電器-接觸器電氣接線原理圖

50、見(jiàn)圖7-1。7 10kW直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖10kW直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖如圖7-1所示。圖7-1 10kW直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖8 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于電動(dòng)機(jī)容量較大，所用元器件體積大，可考慮采用柜式結(jié)構(gòu)，主變壓器、電抗器應(yīng)放在下層，磁場(chǎng)變阻器應(yīng)放在安全、且易調(diào)節(jié)的部位。主電路放在中間，控制電路可放在上層。電流表、轉(zhuǎn)速表、電源指示、起動(dòng)、停止按鈕、給定電位器均應(yīng)放在上方，以便于觀察，操作方便。柜子底腳應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，可設(shè)計(jì)成走輪式（便于移動(dòng)）、固定底腳式或用螺栓直接固定式，電氣柜的外形圖可參見(jiàn)圖8-1。圖8-1 電氣柜的外形圖有關(guān)部各單元布局，主要根據(jù)電器元部件的大小以與方便維修、調(diào)試。其元

51、件布置圖、印刷版圖的繪制與印刷版的制作方法在此不再詳述。9 調(diào)試、修改電路參數(shù)9.1 首先檢查接線是否正確，布線是否合理逐點(diǎn)檢查焊點(diǎn)質(zhì)量，看是否有漏焊、錯(cuò)焊、虛焊的地方；察看晶體管管腳、二極管和電解電容等元件的規(guī)格，脈沖變壓器引線等有無(wú)弄錯(cuò)；集成塊有無(wú)插反；插板、插接件是否插接牢靠，熔絲是否完好。9.2 相序檢查 對(duì)于三相系統(tǒng)，相位關(guān)系要求很嚴(yán)格，因此，在調(diào)試之前，必須對(duì)電源的相序進(jìn)行檢查，下面介紹兩種方法。（1）雙蹤示波器法。首先指定一根電源線為U相，用YU探頭測(cè)量其波形，再用YV探頭測(cè)量另兩相，比U相落后1200者為V相，越前1200者為W相。（2）相序器法。相序器如圖9-1所示，U、V、

52、W分別接電源的三相，假設(shè)電容所接的一相為U相，則燈泡亮的一相為V相，暗的一相為W相。VW220V/15W×20.25F/630VU圖9-1相序器檢查圖9.3 檢查同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系根據(jù)KJ004工作原理可知，在同步電壓的正負(fù)半周都能形成鋸齒波。對(duì)于電感負(fù)載，脈沖移相圍為0o90o，而三相橋角計(jì)算起點(diǎn)為相電壓交點(diǎn)，以1n晶閘管為例，既U相電壓過(guò)零點(diǎn)后移30o，故1n晶閘管移相圍對(duì)應(yīng)U相電壓30o120o。因此，只要同步電壓與U相電壓uU同相，就可滿足晶閘管1n移相圍的要求。即用同步電壓uU與觸發(fā)Us端相連，uV與Vs、uW與Ws相連即可。9.4 放大器的檢查（1）調(diào)零檢查。

53、首先把給定電壓Ugn調(diào)零，暫時(shí)把反饋環(huán)節(jié)斷開，調(diào)放大倍數(shù)電位器盡可逆能旋到工作位置，接通放大器電源，測(cè)量放大器輸出電壓是否為零，若不為零，應(yīng)調(diào)“調(diào)零電位器”使其為零。（2）放大倍數(shù)的調(diào)整。首先把調(diào)放大倍數(shù)電位器滑動(dòng)端調(diào)到m點(diǎn)（即=1），加一定Ugn，測(cè)輸出電壓UC是否等于，若比例關(guān)系正常，再調(diào)電位器使減小，看放大倍數(shù)是否上升，若能增大，再調(diào)電位器，看放大倍時(shí)能否達(dá)到設(shè)計(jì)值，如果能達(dá)到，說(shuō)明放大器正常。否則應(yīng)檢查線路或更換元件，直到正常為止。9.5 觸發(fā)電路的調(diào)整暫不接反饋環(huán)節(jié)，閉合Q，觸發(fā)電路接通電源，用示波器觀察各點(diǎn)波形，如有鋸齒波，但后邊無(wú)波形或無(wú)削波波形，可調(diào)偏置電位器和給定電位器，使波形正常，調(diào)斜率電位器，使鋸齒波斜率一致，脈沖間隔為60o。若波形不正常，應(yīng)檢查或更換有關(guān)以與，直到正常為止。 9.6 電阻性負(fù)載的調(diào)試觸發(fā)電路正常后，就可以進(jìn)行帶負(fù)載試驗(yàn)了。但為了可考起見(jiàn)，可先不用電動(dòng)機(jī)負(fù)載，而用一個(gè)