4kw直流電機(jī)不可調(diào)整流電路解讀

1、黃州牛每丈夢GuiZhou Xornidl Untx ersit2013年電力電子技術(shù)結(jié)課論文4KW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)指導(dǎo)老師：李崇華老師學(xué)院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院班級(jí)：2009電氣信息工程姓名： 學(xué)號(hào):日期：2013年1月5日設(shè)計(jì)要求及摘要 -5第一章 系統(tǒng)整體方案的確定 9第一節(jié) 開環(huán)控制系統(tǒng) 9第二節(jié) 閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的確定 9第三節(jié) 帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng) 11第二章 主電路方案的選擇及計(jì)算 13第一節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇 -13第二節(jié) 主電路的計(jì)算 14第三章 觸發(fā)電路的選擇及計(jì)算 17第一節(jié) 觸發(fā)電路的選擇、設(shè)計(jì) 17第二節(jié) 觸發(fā)電路的計(jì)算 19第四章 繼電器接觸器控制電

2、路設(shè)計(jì) 23第一節(jié) 設(shè)計(jì)思路 23第二節(jié) 控制電路圖 23第三節(jié) 電機(jī)制動(dòng)的選擇及其計(jì)算 23第四節(jié) 控制電器的選擇 23第五章 1.1kw 直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 26第六章 元?dú)饧骷?xì)表 26第七章 結(jié) 論 29第八章 致謝 -31第九章 參考文獻(xiàn) 33設(shè)計(jì)要求題目：4kw 以下直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本參數(shù)：直流電動(dòng)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=1Q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s< 10%制動(dòng)迅速平穩(wěn) 四設(shè)計(jì)任

3、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(hào)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，原理敘述正確列出元件明細(xì)表附在說明書的后面。摘要電動(dòng)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(dòng)機(jī)具有很好的 啟動(dòng)，制動(dòng)性能，所以在一些可控電力拖動(dòng)場所大部分都采用直流電動(dòng)機(jī)。而在直流電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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

4、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(dòng)的改變電動(dòng)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(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī) 械特性，從而改變電動(dòng)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(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速 度發(fā)生變化由于能力有限，錯(cuò)誤

5、或不當(dāng)之處再所難免，期望批評(píng)和指正第一章系統(tǒng)整體方案的確定電動(dòng)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(dòng)機(jī)供電方式的不同，它可分為 直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。由于課題要求和技術(shù)需要，所以我選擇直流電動(dòng)機(jī)作為分析對象。第一節(jié)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(hào)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。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(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n要受到軸上負(fù)載

6、、電動(dòng)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(dòng)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)。第二節(jié)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(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化信號(hào)反饋到觸發(fā)環(huán)節(jié)，來自動(dòng)增大或減小觸發(fā)角a來自動(dòng)調(diào)節(jié)整流輸出電壓Uds,即可達(dá)到穩(wěn)定。電源電機(jī)轉(zhuǎn)速圖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(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)會(huì)

7、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(dòng)，其啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)的沖擊電流。二是有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)

8、在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)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(huì)與啟動(dòng)時(shí)一樣，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。Id n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(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大問題，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，要維持某一量基本不變，就應(yīng)當(dāng)引入該物理量的負(fù)反饋。現(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(dòng)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。第三節(jié) 帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)控

9、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(tái)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(dòng)都有抑制作用。例如，交流電源電壓的波動(dòng)，電 動(dòng)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(hào)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(huì)影響到測量精 度。且對于電動(dòng)機(jī)和測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也應(yīng)相適

10、應(yīng)，否則還需要經(jīng)齒輪變速嚙合，而齒輪間隙又會(huì)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?；谝陨显蛭覀円噪妷贺?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(dòng)機(jī)電樞平衡方程式 Ud=ldRa+Cen可知，如果忽略電樞電阻壓降，則電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速近似與電樞兩端電壓 Ud成正比，所以用電動(dòng)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(dòng)

11、機(jī)電樞壓降引起的穩(wěn)態(tài)速降圖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)Id < llj時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，系統(tǒng)靜態(tài)特性方程為: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=唾-1.2IedRsUgn所以：Rs二 led - Ilj - (1.2)IedKpKsUgn VpKsN=n0 - nCe(1 K) Ce(1 K)當(dāng)Id>Ilj時(shí)，電流負(fù)反饋起作用，其靜差特性方程為：KpKsUgnKpKI “、 RIdN=(Rsld - Ugn)-Ce(1 K) Ce(1 K)Ce(1

12、K)根據(jù)上述特性，可畫出系統(tǒng)的靜態(tài)特性圖如下。圖中 nOA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， 當(dāng)系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時(shí)，由于特性補(bǔ)角軟，呈急劇下降狀態(tài)。n=0,所以：Ugn Ubj乞ledRs(入=1.5 2)Id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。第二章主電路第一節(jié)調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇主電路主要是對電動(dòng)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

13、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(dòng)跳閘線路，以確保主線路安 全可靠的要求。 直流電動(dòng)機(jī)的選擇對于本調(diào)速系統(tǒng)，雖然電動(dòng)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(dòng)態(tài)指標(biāo)要求都比較高，所以我們應(yīng)使電流的脈動(dòng)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(dòng)機(jī)供電。電動(dòng)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

14、低為110伏電壓。由于電動(dòng)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 Z3 33他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)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 資省；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(dòng)機(jī)功率小(僅1.1kw)，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

15、電壓的原則，以及防止運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)容量小，晶閘管不會(huì)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(dòng)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=S n/ n ( 1-s)nNs乞 1500 "/min = 16.7r/min10 0.9D(1_s)

16、采用電壓反饋方案時(shí)，可得Ri可以得出：I + Ra ICe(1 +心"Q式中Ce©為電動(dòng)系數(shù)，由給出數(shù)據(jù)可以算出：CeU N - I NRa _ 110 13 1nN15000.065Ra Ce共 13r /min = 200r/min0.06已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)速指標(biāo)要求的16.7r/mi n ，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(dòng)， 還必須加上電流截止環(huán)節(jié)。第二節(jié)主電路的計(jì)算整流變壓器的計(jì)算，如下圖所示：圖2-1晶閘管整流圖U2的計(jì)算。從下式：U廠（11.2）山U2、AB由元器件特性可查出 A=0.9U 廠（11

17、.2）B=1 取 & =0.9 則110V二 149.2 162V0.9 0.9 1取 電壓比U2=155VK=U1/U2=220/155=1.42一次電流11和二次電流|2的計(jì)算由元件的自身特性可知KI1=K I2 =1.11則S仁 U1I1=(220 X 10.7)VA=2354VAS2=U2I2=(155 X 14.4)VA=2232VAS=1/2(S1+S2)=1/2(2354+2232)kVA=2.3KVA第三章觸發(fā)電路的選擇及計(jì)算第一節(jié)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

18、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(dòng)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(dòng)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。+ 15 VCZZ1R19強(qiáng)艷發(fā)環(huán)節(jié)-220

19、 VNA：I j57 VDsov 、-4也里nVD叫JUua-1 V匸爲(wèi)列趾X右 （去前相） 梅鹵濁彬成、同步擇柏控制環(huán)節(jié).哦沖形成*整甩啟圮輸出耳節(jié)0H3-7同涉電壓為鋸齒垃刖腔發(fā)電路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(jí)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R

20、1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(jí)隔離作用，以減小 后級(jí)對鋸齒波的影響。當(dāng)V2截止時(shí)，由V1管Vs穩(wěn)牙二級(jí)管R3、R4組成的恒 流源以恒流Ic1對C2充電，C2兩端電壓Uc2為：1Uc2= C 2Icldt 二Uc2隨時(shí)間t線性增長，Ic102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

21、齒波電壓Uc2經(jīng) 射級(jí)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Ub4<0.7v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)R11 V5發(fā)射結(jié)V6VD4電源-15v端。C3充電電壓為28.3

22、v，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

23、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(dòng)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)

24、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。可采用輸出幅值高、前言陡的強(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n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(jí)管VD10由截止變?yōu)閷?dǎo)通。電路中的脈沖封鎖信號(hào)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(hào)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(jí)

25、管VD5的作用是防止封鎖信號(hào)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.

26、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) t3 -C3R1決定，在窄脈沖時(shí)，通常調(diào)整脈寬為1ms。第二節(jié)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(hào)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：UTn =(23)

27、U m(2 3)V2u 2 =(23)V2"55V = 438658V取 u tn =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ldm=1.2ld計(jì)算，則I t(av)= (1.5 2)K I 北=(1.5 2) 0.5 1.2 13 11.715.6A取I T (AV)=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(dòng)電流過載倍數(shù)與電機(jī)允許的過載能力?？紤]了

28、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(dòng)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(dòng)取2倍余量，晶閘管電壓UaM為：UaM>2X 1.1 XX U2=5,93V用 800V 元件晶閘管電流 IT(AV) > (1.52) X 0.367Id,IT（AV） >2X 0.367 X 18=13.2A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

29、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，?？亢侠磉x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、 S2300C 一 lem 2 =6 X 12 X 2 uF=6.9uFU2155耐壓- 1.5U m=l.5 X、2 155V=328V-2.34121552=2.3 2300選6.8uF

30、,耐壓400V, CJ31金屬化紙介電容器Q =13.9 Q取 R=15QI C =2C=2506.8155A=0.33A22Pr a （3 4） I C R = （3 4尸 0 33 江 25W = 4.9 6.5W可選15, 5W金屬膜電阻壓敏電阻的選擇由下式得U 1mA = 13、2U = 1.3、2 155V 二 285V，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

31、R,稱為過電壓阻容吸收電路。由下式可得U1mA= （1.8 2）U D廠（1.8 2） 110V 二 198 220V4、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

32、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=0.15F, R=80Q故選C為0.15F,630V , CJ金屬化紙介電容器2_6i2_6PR = fCUm 10 =50 015 (2 155)10 W = O.24W5、過電流保護(hù)(1)、交流側(cè)快速熔斷器的選擇由于| 2二14.4A,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 I = 12 = 14.4A, | t = I /2 = 14.

33、4 A/ 2 = 10.2A，故也選 RSL-50 的熔斷器，熔體電流為15A &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)磁功率較小(僅88V)，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a =0的選擇。耐壓與主電路元件相同，取 600V?？捎稍骷匦圆榈肒=0.45,再求額定電流：Id(av)= (1.5 2)Kl = (1.5 2) 0.45 0.8 0.45 0.72A取1A，故選用ZP1-6整流二極管即可。如圖4-3中，RPl為與電

34、動(dòng)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(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(huì)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Idmin。 限制輸出電流脈動(dòng)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(huì)使電機(jī)換向

35、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(dòng)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(dòng) 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(dòng)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, 通常總是Ld1> Ld2。如果設(shè)計(jì)出的電抗器無法同時(shí)滿足二種

36、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(dòng)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(dòng)機(jī)電樞電感： LD=KD=23.1mH式中 KD=8 P=2變壓器電感： LB=KBUdlU2© /ld=1.19mH電流連續(xù)時(shí) Ld1 值： Ld1=L1-(2LB+LD)=58.8mHSi=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(dòng)要求能同時(shí)滿足。第四章 繼電器一接觸器控制電路設(shè)計(jì)

37、第一節(jié)設(shè)計(jì)思路由于晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的繼電器一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?？紤]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(dòng)。第二節(jié)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(huì)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(60X 00 05) VA=3VA即可。再考 慮兩只XD0-6.

38、3V (6.3V，1W)指示燈和給定電源(取 2VA)，故選一臺(tái)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。第三節(jié)能耗只動(dòng)電阻的計(jì)算一般取只動(dòng)開始瞬間的電流等于 2In，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢E Un,則制動(dòng)電阻Rof可按 下式計(jì)算，即RofU N2| N-Ra(110(213-1)二32取3.3 Q。因此制動(dòng)時(shí)間很短，通過制動(dòng)電阻的電流可按額定電流的20%古算。制動(dòng)電阻所消耗功率。電氣制動(dòng)一般可分為能耗制動(dòng)，電源回饋制動(dòng)，直流制動(dòng)三種。前兩種都是 電動(dòng)機(jī)把能量反饋回電路，其中能耗制動(dòng)是將能量直接消耗在制動(dòng)電阻上，轉(zhuǎn)換成熱能；電源回饋

39、制動(dòng)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(dòng)是運(yùn) 用直流電壓在電動(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)。2 2Pof"02|n)R。廠(0.2 13) 3.駙=22冊取25W 第四節(jié)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

40、調(diào)速系統(tǒng)一般均為減壓啟動(dòng)，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(dòng)按鈕用綠色，停止按鈕用紅色，啟 動(dòng)按鈕內(nèi)部裝有 6.3V 工作指示燈第六章元?dú)饧骷?xì)表序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1Tr1交流變壓器Z3-33他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)12VT1 VT2晶閘管KP2( 623Fu1Fu2熔斷器RLS-1024Fu3-Fu7熔斷器RLS-5045C1 C6電容0.15 u F,300V66R1 R6電阻80 Q 0.5W67L電感55.35mH18R9電阻82 Q 0.5W19VDVD6整流二極管2CZ12E610KA交流繼電器JL1411Z111V1V6三極管3DG12B6序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量12PR18電阻0.2 Q 0.5W1 :13VS穩(wěn)壓管3V114RP5電位器100Q 0.5W115rrp4電位器10KQ 2W1 :16RP3電位器10KQ 1W117RP2電位器1.5K Q 2.1W118RP1電位器5.6K Q 2.1W119R19電阻1KQ 1W120R13,R14,R10,R11電阻40KQ 1W421R5電阻80KQ 0.5W122C8電容0.75 u F123C12,C13電容0.2 u F224R12電阻