10kW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄1.課程設(shè)計(jì)目的 12.課程設(shè)計(jì)要求 12.1技術(shù)數(shù)據(jù)與要求 12.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 13.設(shè)計(jì)內(nèi)容 23.1調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇 23.2主電路計(jì)算 33.2.1整流變壓器計(jì)算 33.2.2晶閘管元件的額定電壓 53.2.3晶閘管愛護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算 53.2.4電抗器的參數(shù)計(jì)算 83.2.5勵(lì)磁電路元件的選擇 83.3觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn) 93.4反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算 113.4.1測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇 123.4.2電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 123.4.3調(diào)速靜態(tài)精度的計(jì)算 123.4.4給定環(huán)節(jié)的選擇 143.4.5限制電路的直流電源 154.設(shè)計(jì)總結(jié) 16參考文獻(xiàn) 16附錄 171.課程設(shè)計(jì)目的通過對(duì)直流電動(dòng)機(jī)不行逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，鞏固和提高學(xué)過的基礎(chǔ)學(xué)問和專業(yè)學(xué)問，提高運(yùn)用所學(xué)的學(xué)問進(jìn)行獨(dú)立思索和綜合分析、解決實(shí)際問題的實(shí)力，培育駕馭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(dòng)機(jī)：型號(hào)：；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(lì)磁電壓；勵(lì)磁電流。要求：調(diào)速范圍，靜態(tài)率，電流脈動(dòng)系統(tǒng)。2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容①確定調(diào)速系統(tǒng)方案②主電路選擇與計(jì)算③限制電路選擇與計(jì)算④調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)精度計(jì)算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(dòng)小，故選用三相全限制整流電路供電方案。電動(dòng)機(jī)額定電壓為，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采納三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避開三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采納聯(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)。采納電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流愛護(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(jiǎn)潔，工作牢靠，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)采納減壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定。勵(lì)磁繞組采納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(lì)磁后電樞電壓，主接觸器主觸點(diǎn)應(yīng)在勵(lì)磁繞組通電后方可閉合，同時(shí)設(shè)有弱磁愛護(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(jì)算整流變壓器計(jì)算⑴的計(jì)算是一個(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(huì)造成延遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓上升，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算即（3-1）式中，——志向狀況下，時(shí)整流電壓與二次電壓之比，即；——限制角為時(shí)，輸出電壓與之比，即；——電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)，通常?。弧麟娐份敵鲭妷鹤畲笾?；——主電路電流回路；——線路連接方式系數(shù)；——變壓器的短路比，變壓器；——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(chǎng)合或近似估算時(shí)，用下式計(jì)算則更加便利（3-2）其中，取角考慮的裕量：，取電壓比（3-3）⑵一次和二次相電流和的計(jì)算考慮變壓器的勵(lì)磁歷次電流時(shí)，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)，所以（3-5）（3-6）⑶變壓器的容量計(jì)算（3-7）式中：、——一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)考慮勵(lì)磁功率，取，，，，。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。晶閘管元件的額定電壓⑴晶閘管的額定電壓，?、凭чl管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必需使管子允許通過的額定電流有效值大于實(shí)際流過管子電流最大有效值，即（3-8）（3-9）考慮倍的裕量，，取。故選用型號(hào)為晶閘管元件。晶閘管愛護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算⑴溝通側(cè)過電壓愛護(hù)①阻容愛護(hù)在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容進(jìn)行愛護(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阻容愛護(hù)接線方式②壓敏電阻的選擇通過查詢相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)書目，取電壓為，通流量為，由此選用的壓敏電阻作溝通側(cè)浪涌過電壓愛護(hù)。⑵直流側(cè)過電壓愛護(hù)故選用壓敏電阻作為直流側(cè)過電壓愛護(hù)⑶晶閘管兩端的過電壓愛護(hù)晶閘管過電壓愛護(hù)參數(shù)估計(jì)值如表1所示。表1晶閘管過電壓愛護(hù)參數(shù)書估計(jì)值元件容量（A）510205010020050010000.050.100.150.200.250.501.002.0010～20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。⑷過電流愛護(hù)本系統(tǒng)除采納電流截止反饋環(huán)節(jié)做限流愛護(hù)外，還設(shè)有與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過載和短路愛護(hù)，用過流繼電器切斷故障電流。①快速熔斷器的選擇熔斷器是同它愛護(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(shí)，假如通過熔體的電流達(dá)到或超過某肯定值，則熔體上產(chǎn)生的熱量就會(huì)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(duì)電路實(shí)行愛護(hù)，快速熔斷器的斷流時(shí)間短，愛護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的愛護(hù)措施。通過晶閘管電流有效值為故選用的熔斷器，容體電流為。②過電流繼電器的選擇依據(jù)負(fù)載電流為，可選用吸引線圈電流為的型手動(dòng)復(fù)位直流過電流繼電器，整定電流可取。電抗器的參數(shù)計(jì)算⑴使電流連續(xù)的臨界電感量，取,則⑵限制電流脈動(dòng)的電感量，取，則⑶變壓器漏電感量，取，則⑷實(shí)際串入電抗器電感量已知電動(dòng)機(jī)電感量為，則勵(lì)磁電路元件的選擇圖3勵(lì)磁電路接線方式勵(lì)磁電壓；勵(lì)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相同，故取，額定電流取查得，則可選用型，二極管。3.3觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)一般晶閘管是半控型電力電子器件。為了使晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管在承受正向陽極電壓的同時(shí)，還須要在門極加上適當(dāng)?shù)挠|發(fā)電壓。限制晶閘管導(dǎo)通的電路稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路常以所組成的主要元件名稱進(jìn)行分類，包括簡(jiǎn)潔觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)器和計(jì)算機(jī)限制數(shù)字觸發(fā)電路等。限制、、功率、等全控型器件的通斷則須要設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路?；鶚O（門極、柵極）驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路和限制電路之間的接口。采納性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較志向的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，削減開關(guān)損耗。另外，很多愛護(hù)環(huán)節(jié)也設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路或通過驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)電路與驅(qū)動(dòng)電路是電力電子裝置的重要組成部分。為了充分發(fā)揮電力電子器件的潛力、保證裝置的正常運(yùn)行，必需正確設(shè)計(jì)與選擇觸發(fā)電路與驅(qū)動(dòng)電路。晶閘管的觸發(fā)信號(hào)可以用溝通正半周的一部分，也可用直流，還可用短暫的正脈沖。為了削減門極損耗，確保觸發(fā)時(shí)刻的精確性，觸發(fā)信號(hào)常采納脈沖形式。晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的基本要求有如下幾條：（1）觸發(fā)信號(hào)要有足夠的功率為使晶閘管牢靠觸發(fā)，觸發(fā)電路供應(yīng)的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流必需大于晶閘管產(chǎn)品參數(shù)供應(yīng)的門極觸發(fā)電壓與觸發(fā)電流值，即必需保證具有足夠的觸發(fā)功率。例如，要求觸發(fā)電壓不小于，觸發(fā)電流不小于；要求觸發(fā)電壓不小于4V，觸發(fā)電流不小于。但觸發(fā)信號(hào)不許超過規(guī)定的門極最大允許峰值電壓與峰值電流，以防損壞晶閘管的門極。在觸發(fā)信號(hào)為脈沖形式時(shí)，只要觸發(fā)功率不超過規(guī)定值，允許觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流的幅值在短時(shí)間內(nèi)大大超過銘牌規(guī)定值。（2）觸發(fā)脈沖必需與主回路電源電壓保持同步為了保證電路的品質(zhì)及牢靠性，要求晶閘管在每個(gè)周期都在相同的相位上觸發(fā)。因此，晶閘管的觸發(fā)電壓必需與其主回路的電源電壓保持固定的相位關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)同步。實(shí)現(xiàn)同步的方法通常是選擇觸發(fā)電路的同步電壓，使其與晶閘管主電壓之間滿意肯定的相位關(guān)系。（3）觸發(fā)脈沖要有肯定的寬度，前沿要陡為使被觸發(fā)的晶閘管能保持住導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管的陽極電流在觸發(fā)脈沖消逝前必需達(dá)到擎住電流，因此，要求觸發(fā)脈沖應(yīng)具有肯定的寬度，不能過窄。特殊是當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，因其中電流不能突變，更須要較寬的觸發(fā)脈沖，才可使元件牢靠導(dǎo)通。例如，單相整流電路，電阻性負(fù)載時(shí)脈沖寬度應(yīng)大于，電感性負(fù)載時(shí)則因大于；三相全控橋中采納單脈沖觸發(fā)時(shí)脈寬應(yīng)大于（通常?。杉{雙脈沖觸發(fā)時(shí)，脈寬為左右即可。此外，很多晶閘管電路還要求觸發(fā)脈沖具有陡的前沿，以實(shí)現(xiàn)精確的觸發(fā)導(dǎo)通限制。（4）觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)能滿意主電路的要求觸發(fā)脈沖的移相范圍與主電路的型式、負(fù)載性質(zhì)及變流裝置的用途有關(guān)。例如，單相全控橋電阻負(fù)載要求觸發(fā)脈沖移相范圍為，而電感性負(fù)載（不接續(xù)流管時(shí)）要求移相范圍為。三相半波整流電路電阻負(fù)載時(shí)要求移相范圍為，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。選用集成六脈沖觸發(fā)器好用電路。為了實(shí)現(xiàn)弱磁愛護(hù)，在磁場(chǎng)回路中串入欠電壓繼電器，動(dòng)作電流通過RP1調(diào)整。已知?jiǎng)?lì)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(shí)，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，即可滿意晶閘管要求，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。該電路須要設(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，確定單相變壓器的參數(shù)為：容量，電壓為三臺(tái)。同步變壓器的聯(lián)接如圖4所示。圖4同步變壓器的聯(lián)接組3.4反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算轉(zhuǎn)速與電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖5所示。圖5轉(zhuǎn)速和電流截止反饋環(huán)節(jié)測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇由電機(jī)產(chǎn)品樣本查得，選用型永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。其參數(shù)為：，，負(fù)載電阻是，的電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)。由于主電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為，因此測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出的最高電壓為，若給定電源取，則只要適當(dāng)取反饋系數(shù)，即可滿意系統(tǒng)要求。電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采納閉環(huán)限制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，采納單閉環(huán)系統(tǒng)，而對(duì)調(diào)速指標(biāo)較高的則采納多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在電流單閉環(huán)中，將反映電流變更的電流互感器輸出電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)加到“電流調(diào)整器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相限制電壓，限制整流橋的“觸發(fā)電路”，變更“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)整器的輸出限幅所確定。同樣，電流調(diào)整器若采納P（比例）調(diào)整，對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消退該誤差將調(diào)整器換成PI(比例積分)調(diào)整。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電樞電流變更起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)定在肯定的范圍內(nèi)變更。選用模塊電流傳感器作為電流檢測(cè)元件，其參數(shù)為：額定電流，匝數(shù)比為，額定輸出電流為，測(cè)量電阻，取為、的繞線電位器。負(fù)載電流為時(shí)，讓電流截止反饋環(huán)節(jié)起作用，此時(shí)LA的輸出電流為，輸出電壓為，考慮肯定的調(diào)整裕量，選穩(wěn)壓管作為比較電壓，。調(diào)速靜態(tài)精度的計(jì)算⑴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)：測(cè)速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：⑵整流裝置的內(nèi)阻取1.2，則⑶要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降⑷求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)⑸觸發(fā)器與整流裝置的放大倍數(shù)的估算在觸發(fā)器選用電源狀況下，鋸齒波同步電壓最大值應(yīng)小于15V，這里按最大移相電壓為計(jì)算。⑹計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)由于取，約左右，而，故。所以轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)⑺計(jì)算放大器的放大倍數(shù)由于，故因?yàn)檩^大，故選用放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，如圖6所示。圖6放大倍數(shù)可調(diào)的放大器由于點(diǎn)是虛地，故。式中——分壓電阻的分壓系數(shù)。所以。為了避開放大器開環(huán)，不能調(diào)到零，可在電位器接地端串一個(gè)不行調(diào)的小電阻。若該電路電位器取、，固定小電阻取、，則，故最多能把放大倍數(shù)從提高到11倍。采納運(yùn)算放大器，其輸入電阻,為了不影響，應(yīng)使。,,取，實(shí)取。、均取。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反，而觸發(fā)器的移相限制電