礦井提升機(jī)直流電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué) 士 學(xué) 位 論 文礦井提升機(jī)直流電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者姓名： 董 佩 導(dǎo)師姓名： 張開(kāi)如 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 自動(dòng)化 所在學(xué)院：信息與電氣工程學(xué)院山 東 科 技 大 學(xué)2009年6月專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘要礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)由直流電動(dòng)機(jī)、卷筒、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成。與傳統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有單機(jī)容量大、體積小、重量輕、起動(dòng)平滑性好、調(diào)速范圍寬、精度高和安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的工作原理。根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)從主電路結(jié)構(gòu)的選擇和計(jì)算、控制方案的選擇、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性

2、的分析計(jì)算等方面出發(fā)，進(jìn)行礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能完成對(duì)礦井直流提升機(jī)的起動(dòng)、加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行、減速運(yùn)行和回饋制動(dòng)的控制，并且可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的四象限運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：提升機(jī) 電控系統(tǒng) 磁場(chǎng)可逆 邏輯無(wú)環(huán)流ABSTRACT The mine DC hoist electric control system consists of the DC motor, drum, brake system, in-depth instruction systems, gun systems and operating systems and so on. With the traditiona

3、l mechanical and electrical control system upgrade; this system has a single large capacity, small size, light weight, a good smooth start-up feature, high precision and high security and reliability. This paper describes hardware circuit design, protection circuit design and the working principle o

4、f the system. In accordance with the design requirements of the subject, the design of the mine DC hoist electric control system is from the choice and calculation of the main circuit of the system, the choice of the control program, the design of the protection system and system analysis and calcul

5、ation of static and dynamic characteristics. The system is able to complete the start, the running of speed up, uniform running, deceleration running and feedback control, furthermore it can run in the four quadrants.Key words：Hoist The electric control system Reversible magnetic field The logic of

6、non-circulation 目錄1. 緒論 1.1 礦井提升機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.2 本課題的目的和意義2. 系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)3. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求4. 方案的選擇與比較 4.1提升機(jī)拖動(dòng)方式的選擇 4.2電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的比較 4.3可控直流電源的比較 4.4電樞可逆與磁場(chǎng)可逆的比較 4.5邏輯有環(huán)流和無(wú)環(huán)流的比較 4.6礦井提升機(jī)供電電路組合方式 4.7單閉環(huán)和雙閉環(huán)的比較5. 主回路及保護(hù)裝置的選擇、計(jì)算 5.1電樞回路選擇計(jì)算 5.2勵(lì)磁回路的選擇計(jì)算 5.3電樞回路保護(hù)裝置的選擇、計(jì)算 5.4勵(lì)磁回路保護(hù)裝置的選擇、計(jì)算6. 單元電路的設(shè)計(jì)6.1系統(tǒng)總體框圖6.2系統(tǒng)的電路原理圖6.3

7、電動(dòng)機(jī)電樞回路6.4電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路6.5 檢測(cè)單元7. 控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算 7.1調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 7.2電流環(huán)參數(shù)的計(jì)算 7.3速度環(huán)參數(shù)的計(jì)算 7.4勵(lì)磁回路動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)8. 調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行分析參考文獻(xiàn)致謝1緒論1.1礦井提升機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r一、國(guó)內(nèi)提升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀1.交流拖動(dòng)方式目前我國(guó)提升機(jī)約70%采用串電阻調(diào)速的交流拖動(dòng)方式。有單繩和多繩兩種系列，大都采用改變轉(zhuǎn)差率S的調(diào)速方法，在調(diào)速中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性變差。極少數(shù)提升機(jī)采用串級(jí)調(diào)速方法，其調(diào)速范圍窄，且投資大。2.直流拖動(dòng)方式我國(guó)提升機(jī)采用直流拖動(dòng)有兩種系統(tǒng):直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組(F-

8、D)和晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)(SCR-D)系統(tǒng)。其生產(chǎn)和使用情況如下:(1)國(guó)內(nèi)研制大型直流提升機(jī)主要有三大廠家:上海電機(jī)廠主要生產(chǎn)配套電機(jī)，己生產(chǎn)低速直流電機(jī)800多臺(tái)，最大容量5775kw，額定轉(zhuǎn)速50r/min，其中長(zhǎng)廣煤礦及五村煤礦的提升機(jī)為10O0kW、48r/min，淮南潘三礦采用一臺(tái)2600kW低速直聯(lián)電機(jī);上海冶金礦山機(jī)械廠主要生產(chǎn)主機(jī)及信號(hào)系統(tǒng)，已生產(chǎn)80多臺(tái)提升機(jī)，1979年生產(chǎn)過(guò)一臺(tái)低速直聯(lián)落地式提升機(jī):北京整流器廠主要生產(chǎn)配套電控系統(tǒng)，己從瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引進(jìn)了晶閘管電控整機(jī)系統(tǒng)及元件生產(chǎn)線，直流電控容量可達(dá)到7000kW;還引進(jìn)了交流變頻調(diào)速(交-直-交)

9、電控生產(chǎn)線，可生產(chǎn)單機(jī)420kw變頻調(diào)速電控設(shè)備;1986年向甘肅金川礦提供了一套帶微機(jī)控制的800kW直流電控設(shè)備。(2)從國(guó)外引進(jìn)的晶閘管供電的直流提升機(jī)20多套，其中AEG公司21O0kW低速直聯(lián)6套、西門(mén)子公司低速直聯(lián)4套、瑞典ASEA公司9套。另外，還正在引進(jìn)計(jì)算機(jī)控制的低速直聯(lián)電控系統(tǒng)。二、國(guó)外礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀1.晶閘管-電動(dòng)機(jī)(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)部分發(fā)達(dá)國(guó)家原有的交流提升機(jī)已基本上被晶閘管-電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)SCR-D)系統(tǒng)所取代。如德國(guó)、瑞典等國(guó)家已有90%以上采用直流提升機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減速機(jī))，使系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR

10、-D系統(tǒng)，電機(jī)功率3000kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，滾筒直徑6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200米，具有完善的保護(hù)系統(tǒng);采用磁場(chǎng)反并聯(lián)，有平波電抗器及臥式深度發(fā)送裝置；采用積分給定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號(hào);主回路采用兩組三相橋組成12脈動(dòng)順抗整流，大大提高了功率因數(shù)。SIEMENS(西門(mén)子)公司、ABB公司、CEGELEC公司以及ASEA公司等都有相同類(lèi)型的產(chǎn)品，其性能大同小異。此類(lèi)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低；無(wú)減速器，總效率高，電能消耗少；維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平滑，精度

11、高；易于實(shí)現(xiàn)最佳控制和自動(dòng)化，安全可靠。其缺點(diǎn)在于：功率因數(shù)低，如三相橋平均功率因數(shù)只有0.45左右；無(wú)功沖擊大，高次諧波對(duì)電網(wǎng)影響大。這些缺點(diǎn)可采用順序控制和多脈沖整流的方法以及在電網(wǎng)上加諧波濾波器等措施使其抑制在一定的允許范圍內(nèi)。2.交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)SCR-D直流拖動(dòng)系統(tǒng)趨于成熟，且采用了順控技術(shù)等措施來(lái)提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)仍然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率，且對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，提升容量越大，問(wèn)題越突出。再則，直流電機(jī)制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步增加，且整流子，碳刷易磨損，加大了維護(hù)工作量，故障率高。因此換相整流子是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。由于

12、存在上述兩個(gè)問(wèn)題，迫使人們又重新考慮交流拖動(dòng)方式。自80年代初以來(lái)，交流變頻供電的同步機(jī)拖動(dòng)異軍突起，在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動(dòng)方式。如SIEMENS公司1979年投運(yùn)的2X4200kW、1x2650kw，額定轉(zhuǎn)速55.5r/min；CEGELEC公司1983年投運(yùn)的1X5480kw，額定轉(zhuǎn)速69.5r/min；AEG公司1985年投運(yùn)的1x3000kW，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，ABB公司投運(yùn)的lx4200kw額定轉(zhuǎn)速45.86r/min；SEIMAG公司投運(yùn)的2x460OkW等變頻調(diào)速同步機(jī)拖動(dòng)的提升機(jī)，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，均獲得成功。這種拖動(dòng)系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點(diǎn)：提升容量幾乎

13、不受限制，最大可達(dá)10000kW，提升速度可達(dá)20m/s以上，提升高度1200米以上，滾筒直徑達(dá)6.5m，這是直流系統(tǒng)難以達(dá)到的；沒(méi)有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行和降低了運(yùn)行消耗；功率因數(shù)高，可達(dá)0.9-1，極大地節(jié)省了電能；動(dòng)態(tài)品質(zhì)好(和直流系統(tǒng)相同)，系統(tǒng)可在四象限平滑過(guò)渡和無(wú)級(jí)調(diào)速；由于機(jī)械特性好，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。同步機(jī)的價(jià)格和有色金屬的消耗低于直流機(jī)；調(diào)速范圍寬。因此，多數(shù)專(zhuān)家認(rèn)為，變頻同步機(jī)拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)是大型提升機(jī)拖動(dòng)的必然發(fā)展方向。這種拖動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：必須有專(zhuān)用的變頻電源；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電機(jī)的過(guò)載倍數(shù)有所降低；高次諧波對(duì)電網(wǎng)有影響，需在電網(wǎng)上加濾波器等補(bǔ)償

14、措施加以緩解。 1.2 本課題的目的和意義近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)礦山資源需求的高速增長(zhǎng)，對(duì)礦山生產(chǎn)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。礦井提升機(jī)作為礦山進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其電控調(diào)速技術(shù)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)礦井生產(chǎn)效率的提高和安全作業(yè)，無(wú)疑具有極其重大的影響。歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國(guó)的礦井提升機(jī)電控技術(shù)取得了不少的進(jìn)步，但與美國(guó)、 德國(guó)等世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，依然存在著很大的差距。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的礦井提升機(jī)電控技術(shù)已全面實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制，而國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)中小煤礦的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)還是交流串電阻調(diào)速的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，效率低下，安全隱患多，嚴(yán)重制約著我國(guó)礦山產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，急需大規(guī)模的技術(shù)改造和更

15、新。礦井提升機(jī)直流拖動(dòng)相對(duì)于交流拖動(dòng)，提升能力強(qiáng)，并且調(diào)速容易。例如，一臺(tái)交流提升機(jī)功率最大為1000kw，當(dāng)要求提升功率為2000kw一下時(shí)可以采用雙交流電機(jī)拖動(dòng)方式，若要求提升功率大于2000kw時(shí)則需要采用直流提升機(jī)拖動(dòng)。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)可以完成對(duì)直流提升機(jī)的起動(dòng)、加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行、減速運(yùn)行和回饋制動(dòng)的控制，并且可以實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)行，調(diào)速精度高和提升機(jī)的四象限運(yùn)行。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低；無(wú)減速器，總效率高，電能消耗少；維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平滑，精度高；易于實(shí)現(xiàn)最佳控制和自動(dòng)化，安全

16、可靠。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)還可為以后的計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)打下了基礎(chǔ)，和實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的全數(shù)字控制。本設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)換向的晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)(SCR-D)系統(tǒng)作為礦井直流提升機(jī)的控制系統(tǒng)，可有效的改善礦井提升機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的性能,實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的最佳控制。2.系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)1提升機(jī)技術(shù)參數(shù) Ø4x3直聯(lián)塔裝多繩摩擦提升機(jī) 摩擦輪直徑：Ø=4 m 導(dǎo)向輪直徑：Ø=4m 鋼絲繩根數(shù)：4 鋼絲繩最大靜張力：600 kN 鋼絲繩最大直徑：Ø=42mm 鋼絲繩最大靜張力差：168 kN 鋼絲繩間距：d=300 mm 最大提升速度：v=10m/s 摩擦輪

17、轉(zhuǎn)數(shù)：47.75 r/min 調(diào)速范圍：0.0110 m/s 摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩：875 KN-m2 導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩：250 KN- m2 制動(dòng)方式：液壓盤(pán)式制動(dòng)器 最大制動(dòng)力矩：大于等于靜力矩的三倍2電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)：GLC8/6579/16均方根功率：2100 kw均方根電流：2675 A電機(jī)尖峰電流：6687 A額定轉(zhuǎn)速：47.75 r/min電樞額定電壓：900 V勵(lì)磁電壓：110V勵(lì)磁功率：40 kw負(fù)載效率：87.3%轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩：1004 kN-m2 通風(fēng)方式：強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻風(fēng)量：18 m3/s允許過(guò)載倍數(shù)：m =2.25勵(lì)磁電流：380 A強(qiáng)勵(lì)電壓：550 V直流電動(dòng)機(jī)極數(shù)：83

18、系統(tǒng)的工作圖圖2.1系統(tǒng)的工作圖3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求礦井提升機(jī)是礦山的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要任務(wù)是提升井下的礦石、煤和廢石，同時(shí)還要運(yùn)送工作人員、設(shè)備和材料。因此，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)電控裝置的要求很高。1. 可靠性高提升機(jī)電氣傳動(dòng)的可靠性，不僅關(guān)系到礦井的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)計(jì)劃管理，而且直接關(guān)系到井下每個(gè)礦工的生命安全。電控設(shè)備的任何故障都有可能引起跳閘、緊急停車(chē)和過(guò)卷等重大事故，造成人身設(shè)備事故和整個(gè)礦井停產(chǎn)。所以，對(duì)于大型礦井提升機(jī)必須保證電控設(shè)備有很高的可靠性，在可能出現(xiàn)故障的地方多設(shè)保護(hù)電路，并且要在保護(hù)環(huán)節(jié)的地方多設(shè)檢查信號(hào)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理。所以，在設(shè)計(jì)電路是應(yīng)考慮到各種保護(hù)電路；在器件

19、的選型時(shí)應(yīng)留有一定的域量，以保證電路可以忍受惡劣的環(huán)境；在供電電路中應(yīng)設(shè)置多個(gè)保護(hù)點(diǎn)以保證電壓的穩(wěn)定和諧波的抑制等。2. 穩(wěn)定性高必須滿足提升機(jī)力圖要求，能在四象限內(nèi)平滑運(yùn)行。礦井提升機(jī)負(fù)載變化大，有時(shí)為正力運(yùn)行，有時(shí)為負(fù)力運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)每個(gè)周期中在電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)之間變換。所以，作為給電動(dòng)機(jī)供電的SCR供電裝置應(yīng)能在整流和逆變兩種狀態(tài)之間平滑過(guò)渡。3. 滿足調(diào)速范圍的要求為了滿足提升機(jī)速度圖要求，提升機(jī)電氣傳動(dòng)必須保證電機(jī)在D=1 20 調(diào)速范圍內(nèi)，有0.5%以上的特性硬度。調(diào)速范圍：D=Vmax/Vmin=10(m/s)/0.5(m/s)=20。4. 快速性高由于提升機(jī)工作制不同，對(duì)于多繩

20、摩擦輪提升機(jī)。對(duì)穩(wěn)定性和快速性的要求：無(wú)論在正力還是負(fù)力負(fù)載狀態(tài)能夠快速建立力矩，以防止起動(dòng)時(shí)倒轉(zhuǎn)、鋼絲繩蠕動(dòng)和減速器沖擊振動(dòng)等現(xiàn)象，并且可以加速停車(chē)的準(zhǔn)確性。5. 滿足硬度特性的要求硬度特性的要求主要是保證提升機(jī)在額定正力和負(fù)力負(fù)載下，能得到小于或等于0.5 m/s的爬行速度。根據(jù)計(jì)算在要求的調(diào)速范圍內(nèi)，電機(jī)必須有0.5%以下的特性硬度。6.提高功率因數(shù)大功率提升機(jī)SCR-D拖動(dòng)系統(tǒng)在起動(dòng)時(shí)有大的無(wú)功功率沖擊，是電網(wǎng)電壓降低，給點(diǎn)網(wǎng)造成了污染。為了減少對(duì)電網(wǎng)的影響。電樞回路應(yīng)當(dāng)選用多相整流電路；提升機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)過(guò)低。因此，在電路的設(shè)計(jì)中應(yīng)多增加改善功率因數(shù)的環(huán)節(jié)。4.方案的選擇與比

21、較4.1.提升機(jī)拖動(dòng)方式的選擇礦井提升機(jī)的拖動(dòng)方式可以分為交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類(lèi)。交流拖動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，建筑面積小，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠?jī)r(jià)格低廉，設(shè)備供貨容易，安裝調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)階段電能損耗較大，當(dāng)用于要求頻繁起動(dòng)或不同運(yùn)行速度的多水平提升機(jī)時(shí)就更為不經(jīng)濟(jì)。但用于單水平深井提升時(shí)，其提升效率實(shí)際上與發(fā)電機(jī)組供電的直流拖動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)。此外，在調(diào)速性能方面，交流調(diào)速系統(tǒng)不如直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)越，但選用了動(dòng)力制動(dòng)、低頻制動(dòng)、可調(diào)機(jī)械閘、負(fù)荷測(cè)量、計(jì)算裝載等輔助裝置后，交流拖動(dòng)系統(tǒng)也能獲得滿意的調(diào)速性能。綜合以上原因，交流拖動(dòng)在我國(guó)中小礦山或中等深度以下礦井獲得了廣泛應(yīng)用。但

22、是，由于交流開(kāi)關(guān)容量的限制，單臺(tái)交流拖動(dòng)電機(jī)的容量一般不能大于1000kW，當(dāng)功率超過(guò)1000kW而又需要用交流拖動(dòng)時(shí)，則利用兩臺(tái)繞線異步電動(dòng)機(jī)并軸進(jìn)行拖動(dòng)，即雙機(jī)拖動(dòng)。同樣，出于交流開(kāi)關(guān)設(shè)備容量的限制，雙機(jī)拖動(dòng)整機(jī)功率只能達(dá)到2000kW，當(dāng)提升機(jī)主電動(dòng)機(jī)功率大于2000kW時(shí)，均采用直流拖動(dòng)方案。直流拖動(dòng)系統(tǒng)一般采用直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段能夠穩(wěn)定運(yùn)行，在加速、減速和低速運(yùn)行時(shí)的電耗小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)供電方式不同，直流拖動(dòng)系統(tǒng)又可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)G-M系統(tǒng)），一類(lèi)是晶閘管供電的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)V-M系統(tǒng)）。G-M系統(tǒng)的特點(diǎn)是

23、過(guò)載能力強(qiáng)，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運(yùn)行可靠，技術(shù)要求不高但是維護(hù)工作量大，對(duì)系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會(huì)造成有害的影響，即不會(huì)引起電力公害等等。與G-M系統(tǒng)相比，V-M系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 功率放大倍數(shù)大。G-M系統(tǒng)的功率放大倍數(shù)在101左右，V-M系統(tǒng)可高達(dá)104，比G-M系統(tǒng)高3個(gè)數(shù)量級(jí)。（2） 快速響應(yīng)性好。G-M系統(tǒng)為秒級(jí)，V-M系統(tǒng)為毫秒級(jí)，比G-M系統(tǒng)快3個(gè)數(shù)量級(jí)，因此動(dòng)態(tài)品質(zhì)快速性能較佳。（3） 功耗小、效率高。G-M系統(tǒng)平均效率為75%左右，V-M系統(tǒng)可達(dá)85%左右，比G-M系統(tǒng)效率提高10%以上。（4） 調(diào)速范圍大。 由于剩磁影響，G-M系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速受到限制，而

24、V-M系統(tǒng)調(diào)速時(shí)速度從零到最大速度都能控制。（5） 運(yùn)行可靠。 V-M系統(tǒng)變流部分是靜止設(shè)備。無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，而且無(wú)噪音，安裝及維護(hù)工作量都較少。（6） 設(shè)備費(fèi)用低。G-M系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜、龐大，需要大量的鋼鐵和有色金屬進(jìn)行制造，而V-M系統(tǒng)設(shè)備重量輕，輔助設(shè)備少、占地面積小。在相同條件下，V-M系統(tǒng)在設(shè)備投資方面，比G-M系統(tǒng)節(jié)省20%以上。由于直流拖動(dòng)系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)，是交流系統(tǒng)無(wú)法相比的，而V-M系統(tǒng)又具有以上突出的優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)采用直流拖動(dòng)方式。4.2電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)有：(1)調(diào)速范圍；(2)靜差率；(3)平滑性；(4)調(diào)速時(shí)允許的輸出。電動(dòng)機(jī)

25、轉(zhuǎn)速與供電電壓的關(guān)系：n=(Ua-IaRa)/CeØ。式中：n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) Ua：電樞端電壓(V)Ia：電樞電流(A) Ra：電樞回路總電阻()Ce：電動(dòng)勢(shì)常數(shù) Ø： 勵(lì)磁磁通由上式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：(1) 調(diào)節(jié)電樞供電電壓Ua(2) 調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通Ø(3) 改變電樞回路電阻Ra電樞串電阻調(diào)速：在電樞回路串上電阻后，在電樞電阻上流過(guò)電流產(chǎn)生壓降，電樞端電壓降低。電樞端電壓的數(shù)值受負(fù)載影響很大，在空載時(shí)幾乎幾乎沒(méi)有調(diào)速作用(電樞回路電流小，電阻壓降可以忽略)。調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通：弱磁調(diào)速范圍對(duì)于普通電機(jī)最多為D=2，對(duì)于特殊設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速較

26、低的調(diào)磁電動(dòng)機(jī)D=34。主要原因是弱磁調(diào)速在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，電動(dòng)機(jī)nmax不可能太高，它受電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和換向的限制。另外，為了保證在nmax時(shí)有一定的轉(zhuǎn)矩輸出。在低速時(shí)，Ø較大，為了使電動(dòng)機(jī)磁路不飽和，電動(dòng)機(jī)的體積及耗費(fèi)的材料又必須大為增多，顯得很不經(jīng)濟(jì)。調(diào)節(jié)電樞電壓：改變Ua，可得一組平行的特性曲線。如圖所示：圖4.1電機(jī)的特性曲線n0與U0成正比，并具有相同的斜率，再采用反饋控制，特性的硬度可再提高，從而獲得調(diào)速范圍廣，平滑性高的性能優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)。采用晶閘管組變流器可以節(jié)省成本，有較高的調(diào)節(jié)速度。4.3 可控直流電源比較調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源，常用的可控

27、的直流電源有以下三種：(1) 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，獲得可調(diào)的直流電壓。(2) 靜止可控整流器。用靜止的可控整流器獲得可調(diào)的直流電壓。(3) 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生可變的平均電壓。在上述三種可控直流電源中，旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在20世紀(jì)60年代以前曾廣泛的使用，該機(jī)組至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)因此設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，安裝需打地基，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)不方便。為了克服這些缺點(diǎn)，以后采用各種靜止式的變壓或變流裝置來(lái)替代旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。到60

28、年代以后開(kāi)始采用更為經(jīng)濟(jì)可靠的SCR整流器。知道今天，晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組相比，SCR裝置具有經(jīng)濟(jì)性好和可靠性高，在技術(shù)上也有較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的放大倍數(shù)在104以上，其門(mén)極電流可以直接用電子控制，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，晶閘管整流器可以達(dá)到毫秒級(jí)，這將會(huì)大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。由于受器件的容量的限制，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)目前只用于小功率的系統(tǒng)中。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用晶閘管整流器作為可控直流電源。4.4 電樞可逆與磁場(chǎng)可逆的比較V-M直流電力電力拖動(dòng)系統(tǒng)，為獲得可逆運(yùn)轉(zhuǎn)特性以實(shí)現(xiàn)四象限調(diào)速，通常有

29、兩種電氣控制方案可以選擇。(1)電樞可逆自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，用改變電動(dòng)機(jī)供電電壓極性的方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；(2)磁場(chǎng)可逆自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，用該變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流方向的方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。電樞可逆和磁場(chǎng)可逆線路圖如下所示： 圖4.2電樞可逆電路 圖4.3磁場(chǎng)可逆線路 電樞可逆的特點(diǎn)是改變電樞電流的方向，他需要兩套容量較大的SCR整流裝置，投資往往較大，尤其是大容量的可逆系統(tǒng)。但是由于電樞回路電感小，時(shí)間常數(shù)小，正反向切換的快速性好，因此特備適用于頻繁起制動(dòng)，要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短的中、小容量生產(chǎn)機(jī)械上，例如龍門(mén)刨床刨臺(tái)的拖動(dòng)等。磁場(chǎng)可逆線路的特點(diǎn)是改變磁場(chǎng)電流方向。電樞回路只有一套整流裝置，勵(lì)磁回路用兩

30、條整流裝置。由于電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁功率較小(一般為1%5%額定功率)其設(shè)備容量比電樞可逆方案小的多，投資費(fèi)用低，比較經(jīng)濟(jì)。但是由于電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路電感量大，時(shí)間常數(shù)大(約零點(diǎn)幾秒至幾秒，甚至幾十秒)，因此這種系統(tǒng)反向過(guò)程較慢，在磁場(chǎng)采用強(qiáng)勵(lì)之后(強(qiáng)迫勵(lì)磁電壓短時(shí)加至45倍)，快速性可以得到一定程度的補(bǔ)償，但其切換時(shí)間仍達(dá)到幾百毫秒以上。此外，磁場(chǎng)可逆線路的控制回路比較復(fù)雜，必須在換向過(guò)程中勵(lì)磁磁通等于或接近零時(shí)，電樞的供電電壓Ud為零，以防止電動(dòng)機(jī)在反轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生“飛車(chē)”現(xiàn)象。所以這種方案只適合要求快速正、反轉(zhuǎn)的大容量可逆系統(tǒng)中，例如礦井提升機(jī)，電力機(jī)車(chē)等。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)換向的方案。4.5邏輯有

31、環(huán)流和無(wú)環(huán)流的比較 本設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)換向的控制方式，電機(jī)的主磁場(chǎng)由兩組反并聯(lián)的兩套整流橋供電。兩組晶閘管可控整流電路如圖所示： 根據(jù)對(duì)環(huán)流的處理方法的不同，可逆調(diào)速系統(tǒng)可以分為：1. 無(wú)環(huán)流可逆方案邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)2. 有環(huán)流可逆方案=配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動(dòng)問(wèn)題，但是，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載的而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，即為環(huán)流。一般情況下，環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。圖4.4=配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) =配

32、合控制的情況下，兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)兩組晶閘管瞬時(shí)電壓不相等，從而仍能產(chǎn)生瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流，這個(gè)瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流是自熱存在的，因此=配合控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)又稱(chēng)自然環(huán)流系統(tǒng)。直流平均環(huán)流可以用>配合控制，而抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的方法是在環(huán)流回路中串入電抗器(如上圖所示)。為了充分利用有環(huán)流可逆系統(tǒng)制動(dòng)和反向過(guò)程的平滑性和連續(xù)性，最好能有波形連續(xù)的環(huán)流。當(dāng)主回路電流可能斷續(xù)時(shí)，采用<的控制方式，有意提供一個(gè)附加的直流平均環(huán)流，使電流連續(xù)；當(dāng)主電路負(fù)載電流連續(xù)了，則設(shè)法形成>的控制方式，遏制環(huán)流至零。這樣根據(jù)要求，通過(guò)改變給定電壓Uc來(lái)

33、控制環(huán)流的大小，即為可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。通過(guò)以上分析可知，有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)具有反向快、過(guò)渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但是需要設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器，這顯然是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不是很高時(shí)，特別是對(duì)大容量的系統(tǒng)，常采用無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。由于沒(méi)有環(huán)流的存在，不需要環(huán)流電抗器，沒(méi)有附加的環(huán)流損耗，可節(jié)省變壓器和SCR整流裝置的附加設(shè)備容量，因換流失敗而導(dǎo)致的事故率會(huì)大為降低。但是這種系統(tǒng)也存在缺點(diǎn)：延時(shí)造成了電流換向死區(qū)，影響過(guò)渡過(guò)程的快速性。礦井提升機(jī)對(duì)換向的快速性要求不高，采用邏輯無(wú)環(huán)流可以滿足要求。邏輯控制無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)：當(dāng)一組晶閘管正在工作時(shí)，

34、封鎖另一組晶閘管，但當(dāng)負(fù)載的電流極性發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)控制電路封鎖工作的晶閘管，開(kāi)放另一組晶閘管?？傊_保兩組晶閘管不能同時(shí)工作。實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流的另一種方法是采用配合控制的原理，當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，讓另一組晶閘管處于待逆變狀態(tài)，但是兩組觸發(fā)脈沖的零位錯(cuò)開(kāi)的比較遠(yuǎn)，徹底防止了環(huán)流的產(chǎn)生。本系統(tǒng)采用邏輯控制無(wú)環(huán)流。4.6礦井提升機(jī)供電主電路組合方式 礦井提升機(jī)供電變流器經(jīng)常采用由多個(gè)基本的三相全控橋按不同方式組合連接而成，常用的方式有電流可逆雙變流器；順序串聯(lián)升壓變流器；十二脈波變流器等。采用組合連接是因?yàn)橐@得負(fù)載上直流電流的可逆性或獲得電源與負(fù)載之間電能傳輸?shù)目赡嫘?，從而?shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；考慮到提升

35、機(jī)功率可以大到一定的數(shù)量級(jí)(MW級(jí)或更大)，因而要求變流電路能滿足高電壓、大電流的要求；為盡可能地降低提升機(jī)起動(dòng)及低速起動(dòng)時(shí)的無(wú)功功率沖擊，以及減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，從而改善交流設(shè)備的動(dòng)力指標(biāo)。4.6.1電流可逆雙變流器用兩組基本變流電路三相全控橋組成的電流可逆雙變流器有兩種連接方式：反并聯(lián)連接和交叉連接。如圖所示： 圖4.5變流器反并聯(lián)電路圖 圖4.6變流器交叉聯(lián)電路圖 這兩種連接方式的工作情況基本相同。其不同之處在于交叉連接中兩個(gè)單變流器要分別由兩個(gè)獨(dú)立的交流電源供電(一臺(tái)變壓器的兩個(gè)獨(dú)立的閥側(cè)繞組或兩臺(tái)變壓器的閥側(cè)繞組)，而反并聯(lián)只需要一個(gè)交流電源供電。 兩組單變流器的直流輸出電壓大

36、小相等方向相反，但是與負(fù)載之間有電流流通的只能有一組。上述兩種整流后，產(chǎn)生較大的脈動(dòng)電流，而脈動(dòng)電流產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利；此外，脈動(dòng)電流造成較大的諧波分量，流入電源后對(duì)電網(wǎng)不利，同時(shí)還會(huì)增加電機(jī)的發(fā)熱，影響電機(jī)的使用壽命。4.6.2順序串聯(lián)升壓變流器如圖所示，兩組變流器按升壓方式串聯(lián)，其控制方式可采用順序控制。圖4.7順序串聯(lián)升壓變流器電路圖先使II組保持IImax不變，單獨(dú)控制I組使它由Imin向Imin變化，然后再保持Imin不變，單獨(dú)控制II組使之自IImin向IImin變化，最終兩組都運(yùn)行在min狀態(tài)，此時(shí)I組和II組均工作在最大整流狀態(tài)，輸出電動(dòng)勢(shì)最大。采用順序控制后比用同樣

37、輸出電壓的一組單變流器在深控時(shí)大大地減少了無(wú)功功率的消耗，因而提高了功率因數(shù)。礦井提升機(jī)在加速階段，將產(chǎn)生很大的無(wú)功沖擊，對(duì)電網(wǎng)十分不利，對(duì)電網(wǎng)的其它設(shè)備的正常運(yùn)行有較大影響。而當(dāng)采用順序串聯(lián)控制后，這種情況得到改善。同時(shí)，該整流器直流輸出電壓的脈波數(shù)在612之間，因此，對(duì)改善網(wǎng)側(cè)電流波形畸變有一定好處。4.6.3十二脈波變流器 為了抑制諧波分量，減少電網(wǎng)電壓波形畸變，采用如圖所示連接方式可以可以得到十二脈波輸出：圖4.8十二脈波變流器并聯(lián)電路圖圖4.9十二脈波變流器串聯(lián)電路圖采用這種連接方式都需要互差30°相位的兩個(gè)獨(dú)立交流電源(可借同一變流變壓器的兩個(gè)不同的閥側(cè)繞組供電)，相位控

38、制可以采用簡(jiǎn)單的等同控制原則I=II。采用串、并聯(lián)變流器的組合連接較之單組變流器不僅具有脈波數(shù)提高一倍的優(yōu)點(diǎn)，而且擴(kuò)大變流器功率范圍，以適應(yīng)大功率提升機(jī)的高電壓，大電流的要求優(yōu)點(diǎn)。尤其是當(dāng)某一組變流器故障時(shí)，可以利用剩下的一組供電，使得提升機(jī)在降低一半功率的條件下繼續(xù)維持運(yùn)行。通常在高電壓的大型提升機(jī)電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)中采用串聯(lián)型。當(dāng)一組變流器故障時(shí)，可將其短路，而利用另一組使提升機(jī)速度降低50% (保持原有)負(fù)載，維持運(yùn)行。而在電流很大的大型提升機(jī)供電系統(tǒng)中采用并聯(lián)型。當(dāng)一組變流器故障時(shí)，可將其切除，而利用另一組使提升機(jī)負(fù)載降低50%(保持原有速度)維持運(yùn)行，而在更大功率的大型提升機(jī)供電系統(tǒng)中，

39、則可同時(shí)采用串并聯(lián)，再配以變流變壓器適當(dāng)接線組別，可獲得24脈波變流效果。對(duì)于一般的提升機(jī)優(yōu)先考慮串聯(lián)型比較合適。綜上所述，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提高功率因數(shù)，減少脈動(dòng)的目的，本設(shè)計(jì)采用順序控制串聯(lián)升壓變流器。4.7單閉環(huán)與雙閉環(huán)的比較采用PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等。這是單閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)法滿足的。主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲的控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。根據(jù)礦井直流提升機(jī)的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在系統(tǒng)中了設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR)。電流

40、調(diào)節(jié)器在內(nèi)環(huán)，速度調(diào)節(jié)器在外環(huán)。下面介紹ASR和ACR的作用。1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)(1)使n跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；(2)對(duì)負(fù)載變化起抗繞作用；(3)其輸出限幅值決定允許的最大電流；2.電流調(diào)節(jié)器(ACR)(1)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗繞作用；(2)起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流；(3)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓Ui*變化；5.主回路及保護(hù)裝置的選擇、計(jì)算5.1 電樞回路的選擇計(jì)算5.1.1整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算一般情況下，SCR裝置要求的供電電壓與電網(wǎng)電壓不相符，另外為了盡可能減少用電設(shè)備和電網(wǎng)之間的相互的干擾，利用整流變壓器進(jìn)行變壓和電磁隔離，所以通常配有整流變壓器

41、。整流變壓器一次側(cè)電壓U1是電網(wǎng)電壓，它屬于已知。根據(jù)整流電路的類(lèi)型和系統(tǒng)要求的整流電壓Ud和整流電流Id，可以算出整流變壓器的額定參數(shù)：二次相電壓U2，二次相電流I2，一次相電流I1，二次容量S2，一次容量S1，和平均計(jì)算容量S0。 1. 二次相電壓U2式中：Ud直流電動(dòng)機(jī)額定電壓； ra直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組電阻標(biāo)幺值； rb直流電動(dòng)機(jī)電樞回路其它電阻標(biāo)幺值； Idn直流電動(dòng)機(jī)額定電流； Ra直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組電阻； Rp直流電動(dòng)機(jī)電樞回路其它電阻，包括平波電抗器電阻，變流變壓器繞組電阻等； Idmax電樞回路最大電流； n橋臂同時(shí)導(dǎo)通的串聯(lián)元件個(gè)數(shù)； UT可控硅元件在額定運(yùn)行條件下的通態(tài)電壓

42、降；A變流器接線系數(shù)，對(duì)于三相全控橋，A=2.34； 電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取=0.9； min變流器最小控制角，對(duì)于可逆電路min=25°- 30°； c整流器傾斜系數(shù)，對(duì)于三相全控橋，c=0.5； Uk%變壓器短路阻抗百分值，對(duì)于100-1000KVA的變壓器， UK%=5-10； ITmax/ITN變壓器最大工作電流與額定電流之比；Imax/Id=2.25 是負(fù)載的過(guò)載倍數(shù)A=Ud0/U2=4.68 B=cos25°=0.9603C=0.5 =0.92. 變壓器二次、一次電流有效值與負(fù)載電流Id關(guān)系式：式中：KI1、KI2電流系數(shù)，三相全控橋中KI1=KI2

43、=0.816； K變流變壓器的變比，K=W1/W2；為了精確，考慮變壓器的激磁電流時(shí)，應(yīng)在公式的右方乘以1.05左右的系數(shù)，才是一次電流有效值。3. 二次容量S2、一次容量S1、平均計(jì)算容量S變壓器的容量是指相數(shù)、相電壓有效值和相電流有效值的乘積 根據(jù)以上計(jì)算選擇整流變壓器：ZS-2500KVA相電壓 6000/330V；相電流 139/2525AUd%=8.5%,/Y-11 5.1.2電抗參數(shù)計(jì)算1. 電動(dòng)機(jī)漏電感La按下式計(jì)算 式中 ：UdN電動(dòng)機(jī)額定電壓 IdN電動(dòng)機(jī)額定電流 P電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) Ka計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)Ka=8-12 2. 限制輸出電流脈動(dòng)所需的電感量Lm為 式中：

44、Si電流脈動(dòng)系數(shù)，為輸出脈動(dòng)電流中最低頻率的交流分量幅值IAm 與輸出電流平均值Id之比，通常三相電路Si<5%-10%； Km與變流電路有關(guān)的系數(shù)，雙橋順控供電min=30°Km=0.3；所以： 3. 整流變壓器電感，按下式得 式中：LD變壓器每相電感，mH Uk變壓器短路電壓百分比，8.5% U2變壓器次級(jí)相電壓，330V Ide額定電流，2675A Kb系數(shù)，3.9所以 對(duì)于三相橋式電路，在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮到可能有兩相同時(shí)導(dǎo)通，所以電感量 Lb'=2Lb=0.08mH 4. 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量 式中：KL與整流主回路形式有關(guān)的系數(shù)，0.693 Idmin要求連

45、續(xù)的最小電流平均值，5%Id所以 因此與負(fù)載串聯(lián)的限制電流脈動(dòng)的實(shí)際電感量Lmax=Lm-(LD+2Lb)=2.6-(1.65+2*0.08)=0.79mH實(shí)際臨界電感量: LLa=LL-(LD+2Lb)=1.71-(1.65+2*0.08)=-0.1mHLLa和Lma合并后，統(tǒng)稱(chēng)為平波電抗器La.所以選擇額定電流2675A，電感量La=1mH的平波電抗器。5.1.3整流器件選擇選擇SCR元件型號(hào)：T600N/800,其極限平均正向電流600A，額定反向峰值電壓Upk=1800V。1. 串聯(lián)元件數(shù)目ns確定 式中：URmSCR元件所承受的反向電壓最大峰值URm=U2 K1電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般

46、取1.05-1.1 K5各串聯(lián)元件內(nèi)電壓分配不均勻系數(shù)取1.1 Ks電壓儲(chǔ)備系數(shù)，取23 取ns=12. 并聯(lián)元件np的確定為了使各元件開(kāi)通一致。除了選用正反向特性和開(kāi)通時(shí)間一致的元件外，還應(yīng)采用前沿陡度和幅度大的脈沖，例如采用強(qiáng)觸發(fā)電路。式中：Idm最大直流整流電流3480A If每個(gè)SCR元件的額定電流600A Ki電路系數(shù)，0.367 K2風(fēng)速系數(shù)，1 K3環(huán)境溫度系數(shù)，1 K4高度系數(shù)，1 K7均流系數(shù)，0.92 Kp電流儲(chǔ)備系數(shù)，取1.5-2所以 為了使并聯(lián)器件的電流均勻分配，除選用特性一致的器件進(jìn)行并聯(lián)外，可選用均流措施。空芯電抗器均流是目前普遍采用的均流方法。它的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，

47、還有限制di/dt和du/dt的作用。所以空芯電抗器：式中：Ur每臂SCR元件開(kāi)閉的最大電壓，Up=1.1U2U2整流變壓器次級(jí)相電壓 di/dtSCR元件導(dǎo)通時(shí)電流變化率限制值，一般取10A/us3. 基本負(fù)載電阻計(jì)算基本負(fù)載電阻的作用是續(xù)流，選取電阻的原則是保證導(dǎo)通SCR整流橋能獲得維持電流而不至于關(guān)斷。T600N/800 SCR維持電流IH=600mA，每個(gè)橋臂有四個(gè)SCR并聯(lián)，因此每個(gè)橋臂的電流為40.6=2.4A，取3A基本電阻5.2 勵(lì)磁回路的選擇與計(jì)算本設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)可逆的邏輯無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)，勵(lì)磁回路采用兩組三相橋式全控整流電路反并聯(lián)接線方式。5.2.1勵(lì)磁回路整流變壓器選擇、計(jì)算

48、根據(jù)已知：勵(lì)磁功率40kW，勵(lì)磁電壓110V，強(qiáng)勵(lì)電壓550V，勵(lì)磁電流If為380A所以勵(lì)磁回路整流變壓器二次側(cè)相電壓有效值：V變壓器次級(jí)電流：I2=0.816Id=0.=310.08A變壓器容量：Sb=S1=S2=3U2I2=.08=262.367KW選擇整流變壓器：Sbe=300KVA，變壓比380/282,電流變比219/300A 接線方式 /Y-115.2.2整流器件選擇1. 整流器的額定電壓UTNSCR承受的最大峰值電壓Um=U2=282=690.7VUTN=(23)Um=(13812072)V2.整流器件的額定(通態(tài))電流IT2 經(jīng)過(guò)晶閘管的正弦半波電流有效值I和額定電流(通態(tài)平

49、均電流)ITa的關(guān)系為：I=1.57ITa。為使晶閘管不至因過(guò)熱而損壞，根據(jù)晶閘管實(shí)際通過(guò)電流的有效值，并考慮留有(1.52)倍的安全裕量晶閘管電流定額：ITa=(1.52)=2 根據(jù)UTN和ITa選擇的晶閘管型號(hào)為KP300-18E即額定電壓為1800V，額定電流為300A5.3 電樞回路保護(hù)裝置選擇、計(jì)算晶閘管有很顯著地優(yōu)點(diǎn)，但是它的承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力差的缺點(diǎn)是不容輕視的。即使短時(shí)間的過(guò)流或者過(guò)壓都有可能將器件損壞。為了讓器件能夠安全的運(yùn)行和提高系統(tǒng)可靠性，必須針對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流對(duì)晶閘管器件采取保護(hù)措施。同時(shí)還要正確選擇保護(hù)元件的參數(shù)。5.3.1過(guò)電壓保護(hù)凡是超過(guò)可控硅工作時(shí)承受的最

50、大峰值電壓Um的電壓成為過(guò)電壓。按產(chǎn)生原因可分為操作過(guò)電壓和浪涌過(guò)電壓。操作過(guò)電壓是由電路接通、斷開(kāi)以及可控硅周期性換向開(kāi)關(guān)等電磁過(guò)程引起的，這是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。浪涌過(guò)電壓是由雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的偶然性過(guò)電壓，一般比操作過(guò)電壓要高。從過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)說(shuō)，有交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)以及器件過(guò)電壓保護(hù)，如圖所示為各種保護(hù)措施及配置位置。 圖5.1電樞保護(hù)電路原理圖采取過(guò)電壓保護(hù)措施后，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生地操作過(guò)電壓限制在器件額定電壓之下，而使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓之下。(一)交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)對(duì)于雷擊過(guò)電壓，一般在變壓器高壓側(cè)加裝避雷器或火花間隙來(lái)限制過(guò)電

51、壓，如圖所示采用避雷器T1。(1) 阻容保護(hù)保護(hù)電容和電阻的計(jì)算公式為 式中：S變壓器每相平均計(jì)算容量，VA U2變壓器二次側(cè)相電壓有效值，V i0%變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù) Uk變壓器的短路比 C保護(hù)電容，uF R保護(hù)電阻，整流式阻容保護(hù)電路如圖所示： 圖5.2整流式阻容保護(hù)電路保護(hù)電容和電阻的計(jì)算：，取1.5uF 電容的耐壓值 取1 取Rc100K 電阻的功率取20W由于正常工作情況下R中電流很小，所以R的功率不必專(zhuān)門(mén)考慮。2. 非線性電阻保護(hù)為了吸收更大能量的浪涌電壓，在采用阻容保護(hù)的同時(shí)可以設(shè)置非線性電阻保護(hù)。常用的有硒堆保護(hù)與壓敏電阻保護(hù)，他們有接近于穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓抑制在

52、可控硅裝置允許的范圍以?xún)?nèi)。兩個(gè)反向硒堆可以用來(lái)抑制浪涌過(guò)電壓，如圖所示： 圖5.3硒堆保護(hù)電路3. 換向過(guò)電壓保護(hù)可控硅元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓的作用下流過(guò)相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)電流很快被截止，此時(shí)流過(guò)電流的電感L會(huì)感應(yīng)出高電壓，即所謂的換向高電壓，如圖所示：圖5.4換向過(guò)電壓保護(hù)電路為保護(hù)元件免受換向過(guò)電壓的危害，在元件兩端并聯(lián)RC保護(hù)。R、C的選擇與前面的相同。4. 整流變壓器靜電遷移電壓的吸收裝置 當(dāng)晶閘管整流裝置的整流變壓器合閘時(shí)，如果一次側(cè)三相電源不同時(shí)接通而是一相先接通，則該相的電位在次級(jí)就要產(chǎn)生靜電感應(yīng)，產(chǎn)生靜電遷移電壓，如果變壓器初級(jí)與次級(jí)繞

53、組對(duì)地之間的電容愈大則遷移電壓也愈大。變比越大的變壓器，靜電遷移電壓越大。因此，在變壓器次級(jí)繞組與大地之間加接適當(dāng)?shù)碾娙菀栽龃蟠渭?jí)繞組與大地之間的靜電電容達(dá)到抑制次級(jí)繞組電位上升。如圖所示：圖5.5靜電遷移電壓吸收電路電容器C電容取1uF，額定電壓1500V，選用紙介質(zhì)金屬膜電容器(2) 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 對(duì)于交流側(cè)過(guò)電壓，采用阻容保護(hù)，如圖所示： 圖5.6阻容保護(hù)電路 參數(shù)計(jì)算： 式中： I02這算到整流變壓器次級(jí)的空載相電流； U2x整流變壓器次級(jí)線電壓； Kcd、Krd系數(shù)，分別為， 所以Cd=5%2525/(50330)546uF 5.3.2過(guò)電流保護(hù)(1) 交流側(cè)串接電抗器限流保護(hù) 交流側(cè)串聯(lián)電抗器或選用漏抗較大的變壓器可以限制短路電流，這是保護(hù)可控硅的有效措施，但它存在的缺點(diǎn)是負(fù)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓降。如圖中A所示： 圖5.7晶閘管裝置的過(guò)電流保護(hù)措施 A.