1.1kW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)論文

1.1kW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文1.1kW直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)作者姓名：專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師：-III-摘要隨著電力電子器件、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域。目前，功率集成電路已將主電路器件、控制驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等集成一體，為電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)電一體化開(kāi)辟了廣闊的前景。本設(shè)計(jì)為直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)選用單相整流電路。設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)速不可逆，可選用單相橋式半控整流電路供電。對(duì)于小功率直流調(diào)速系統(tǒng)一般均采用減壓調(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，后加電樞電壓的原則，以及防止運(yùn)行過(guò)程中因勵(lì)磁消失而造成轉(zhuǎn)速過(guò)高的現(xiàn)象，在勵(lì)磁回路中應(yīng)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)?？梢缘贸鲋绷麟妱?dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速能力。該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)到了直流調(diào)速系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案和直流調(diào)速系統(tǒng)的一些優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:直流電動(dòng)機(jī)整流電路直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)AbstractWiththepowerelectronicdevices,computertechnologyandtherapiddevelopmentofcontroltheory,electricaltransmissionautomationtechnologyhasbeenwidelyusedinvariousengineeringfields.Atpresent,thepowerintegratedcircuitdeviceshasbeenthemaincircuittocontrolthedrive,oneintegratedprotection,automaticcontrolsystemforanelectricaltransmissionmechatronicshasopenedupbroadprospects.

ThedesignfortheDCspeedcontrolsystemisnotreversibledesign,asaresultofthedesignofsmallpowermotors,theselectionofsinglesingle-phaserectifiercircuit.Becausethesystemisnotreversible,sotheuseofsingle-phasehalf-controlledbridgerectifiercircuitpowersupply.DCconverterforlow-powersystemsaregenerallyuseddecompressionspeedprogram,thesameflux,soexcitationwindingscanbecontrolledsingle-phaserectifierpowersupplyisnot.Toensurethefirstincreaseinexcitationpower,aftertheprinciplesofthearmaturevoltage,aswellastopreventtheoperationoftheprocessofexcitationduetoexcessivespeedcausedthedisappearanceofthephenomenon,intheexcitationofmagneticcircuitshouldbetheprotectionoftheweaklinks.DCmotorcanbedrawngovernorhasagoodcapacity.Afterthedesignistheguidingteacher,learningtothespecificDCspeedcontrolsystemdesignandDCspeedcontrolsystemofanumberofadvantages.Keywords:DCMotor，Rectifiercircuit，DCnon-reversiblespeedcontrolsystem目錄摘要 IAbstract II目錄 III前言 11調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 31.1電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 31.2觸發(fā)電路的選擇 31.3反饋方式的選擇 31.3直流調(diào)速系統(tǒng)框架圖 42主電路計(jì)算 52.1整流變壓器計(jì)算 52.1.1二次側(cè)電壓的計(jì)算 52.1.2一次電流I1和二次電流I2的計(jì)算 62.1.3變壓器容量的計(jì)算 62.2晶閘管元件的選擇 72.2.1晶閘管的額定電壓 72.2.2晶閘管的額定電流 72.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算 82.3.1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 82.3.2直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 92.3.3晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù) 92.3.4過(guò)電流保護(hù) 102.4勵(lì)磁電路元件的選擇 103觸發(fā)電路元件參數(shù)的選擇 124反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算 144.1電流反饋電阻的選擇 144.2電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 154.3給定環(huán)節(jié)的計(jì)算 164.5放大器的輸入電路 175繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì) 185.1設(shè)計(jì)思路 185.2能耗制動(dòng)電阻的計(jì)算 185.3控制電器的選擇 196結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)試、修改電路參數(shù) 206.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 206.2調(diào)試、修改電路參數(shù) 236.2.1調(diào)試步驟 236.2.2調(diào)試過(guò)程中常遇到故障分析 24總結(jié) 25致謝 26參考資料 27前言近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，單片微型機(jī)的高速發(fā)展。外圍電路元件專用集成器件的不斷出現(xiàn)，使得直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)有了顯著進(jìn)步。直流電機(jī)的控制與調(diào)速技術(shù)的發(fā)展是與控制器件的發(fā)展緊密相連的。數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，將計(jì)算機(jī)與直流電機(jī)的控制系統(tǒng)相結(jié)合，使得直流電機(jī)被廣泛的應(yīng)用在各種領(lǐng)域。電機(jī)是進(jìn)行電能與機(jī)械能交換的機(jī)器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸和國(guó)防上廣泛應(yīng)用它來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)械。較先進(jìn)的工作機(jī)械和生產(chǎn)工藝普通要求對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)行自動(dòng)控制，直流電機(jī)一直以來(lái)，以其調(diào)速性能為：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能獲得寬范圍的調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用在要求調(diào)速指標(biāo)高的各種機(jī)械上。目前，國(guó)內(nèi)的小功率直流電機(jī)調(diào)速中采用的脈沖寬度調(diào)速技術(shù)已日臻成熟，在中小型功率范圍內(nèi)，它已迅速取代可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)，使控制裝置做到與電機(jī)一體化，節(jié)省了專用的控制矩，從而使設(shè)備可靠性大大提高，且維護(hù)簡(jiǎn)單。正是基于對(duì)小功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性的認(rèn)識(shí)，本設(shè)計(jì)即運(yùn)用小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。而且直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起制動(dòng)性能,能大范圍內(nèi)平滑調(diào)速,因而在可控的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)已具有較完整的理論和較成熟的實(shí)踐。這種調(diào)速方式正是適應(yīng)了自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)向微型化、集成化和電機(jī)控制裝置一體化的發(fā)展方向，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)講述了小功率的不可逆調(diào)速系統(tǒng)，下面是本設(shè)計(jì)的技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容。1技術(shù)數(shù)據(jù)和要求：直流電動(dòng)機(jī)：額定功率Kw，額定電壓；額定電流，轉(zhuǎn)速r/min；極數(shù)2p＝4，電樞電阻Ra＝1Ω；勵(lì)磁電壓，電流；要求：調(diào)速范圍D＝10，靜差率s≤10％，電流脈動(dòng)系數(shù)Si≤10％。2設(shè)計(jì)內(nèi)容⑴確定調(diào)速系統(tǒng)方案⑵主電路選擇與計(jì)算⑶控制電路選擇與計(jì)算⑷調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)精度計(jì)算⑸繪制電氣系統(tǒng)原理圖及部件圖⑹調(diào)試、修改電氣參數(shù)1調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇1.1電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇與交流機(jī)組相比，晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積下、重量輕、投資??；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，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。電動(dòng)機(jī)的額定電壓為110V，若用電網(wǎng)直接供電，會(huì)造成導(dǎo)通角小，電流脈動(dòng)大，并且功率因素低，因此，還是選用整流變壓器供電方式為宜。又因?qū)敵鲭娏鞯拿}動(dòng)沒(méi)有提出要求，故不加電抗器。對(duì)于小功率直流調(diào)速系統(tǒng)一般均采用減壓調(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，后加電樞電壓的原則，以及防止運(yùn)行過(guò)程中因勵(lì)磁消失而造成轉(zhuǎn)速過(guò)高的現(xiàn)象，在勵(lì)磁回路中應(yīng)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。1.2觸發(fā)電路的選擇本設(shè)計(jì)所選用的直流電動(dòng)機(jī)容量較小，通過(guò)晶閘管的電流不會(huì)超過(guò)50A，故可采用電路簡(jiǎn)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。1.3反饋方式的選擇反饋方式選擇原則應(yīng)是滿足調(diào)速指標(biāo)要求的前提下，選擇最簡(jiǎn)單的反饋方案。負(fù)載要求D＝10，S≤10％，則系統(tǒng)應(yīng)滿足的轉(zhuǎn)速降電動(dòng)系數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)速指標(biāo)要求的16.7r/min,必須再加上電流正反饋來(lái)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)。1.3直流調(diào)速系統(tǒng)框架圖調(diào)速要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)速指標(biāo)要求，因此必須再加上電流正反饋來(lái)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。還有為了能實(shí)現(xiàn)高速起動(dòng)，還必須加上電流截止環(huán)節(jié)。故系統(tǒng)框架圖如圖1.1所示：圖1.1直流調(diào)速系統(tǒng)框圖2主電路計(jì)算根據(jù)相關(guān)主電路計(jì)算出整流電路的元件電壓和容量，從而設(shè)計(jì)出符合電路設(shè)計(jì)的整流電路圖。晶閘管整流電路如圖2.1所示圖2.1晶閘管整流電路 2.1整流變壓器計(jì)算整流變壓器要計(jì)算出兩側(cè)電壓和電壓比，并且也要計(jì)算出變壓器的具體容量。2.1.1二次側(cè)電壓的計(jì)算一個(gè)是重要參數(shù)，選擇過(guò)低，無(wú)法保證輸出額定電壓。選擇過(guò)高，又會(huì)造成延遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即(2-1)式中：整流電路輸出電壓最大值；:主電路電流回路n個(gè)晶閘管正向壓降；C:線路接線方式系數(shù)；:變壓器的短路比，對(duì)10~100kV.A變壓器，=0.05~0.1；在要求不高的場(chǎng)合或近似估算時(shí)，用下式計(jì)算則更加方便，即(2-2)其中：A=0.9B=1取取=155V2.1.2一次電流I1和二次電流I2的計(jì)算由表查得 (2-3)(2-4)式中為電壓器一次與二次匝數(shù)比?？紤]電壓器的勵(lì)磁電流時(shí)，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)根據(jù)式(2-3)、(2-4)得2.1.3變壓器容量的計(jì)算(2-5)(2-6)式中、為一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)。由式(2-5)、(2-6)得

S=(2354+2232)kVA=2.3kVA2.2晶閘管元件的選擇晶閘管元件的選擇要根據(jù)計(jì)算出晶閘管的具體額定電壓和額定電流，從而選擇滿足電路設(shè)計(jì)的晶閘管。2.2.1晶閘管的額定電壓在已知的條件下，由表查得晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓乘以(2-3)倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓。即(2-7)由式(2-7)得取2.2.2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(guò)的額定電流有效大于實(shí)際流過(guò)管子電流最大有效值,即=(2-8)考慮(1.5~2)倍的裕量=(1.5~2)K(2-9)式中為電流計(jì)算系數(shù)，可由表查得。未接電抗器的電動(dòng)機(jī)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，由表查得K=0.5，最大負(fù)載電流計(jì)算，根據(jù)式(2-8)得=(1.5~2)K=(1.5~2)×0.5×1.2×13A=11.7~15.6A取，故選晶閘管元件。雖然整流二極管導(dǎo)電時(shí)間較長(zhǎng)，但考慮到晶閘管電流裕量大，因此整理二極管也選20A，即選用ZP20-6.2.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算2.3.1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)1)阻容保護(hù)對(duì)于單相電路(2-10)電容C的耐壓(2-11)電阻功率(2-12)式中S為變壓器容量；變壓器二次相電壓有效值；通過(guò)電阻的電流；變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，10~100kVA的變壓器，對(duì)應(yīng)的=10~4；變壓器的短路比，10~1000kVA的變壓器對(duì)應(yīng)的=5~10；由式(2-9)、(2-10)、(2-11)得耐壓選、耐壓400V、CJ31金屬化紙介電容器。取R=15。2)壓敏電阻的選擇標(biāo)稱電壓(2-12)式中U為壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（V）。由式(2-12)得通過(guò)查詢相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)目錄，取電壓為330V。通流量為5kA,由此選用的壓敏電阻作交流側(cè)浪涌過(guò)電壓保護(hù)。2.3.2直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓，一般用下面公式計(jì)算，即(2~13)式中為正常工作時(shí)加在壓敏電阻兩端的直流。通流量和殘壓的選擇同交流側(cè)。由式(2-13)得選用的壓敏電阻作直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)。2.3.3晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù)由參考文獻(xiàn)上獲得晶閘管過(guò)電壓保護(hù)參數(shù)估計(jì)值如表2.1表2.1晶閘管過(guò)電壓保護(hù)參數(shù)晶閘管額定電流/A1020501002005001000電容/0.10.150.20.250.512電阻/100840201052依據(jù)上面表格可以初步確定:,故選C為0.、630V、CJ金屬化紙介電容器。.電阻選用，1/2W的金屬膜電阻。2.3.4過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)措施很多，其中限流保護(hù)措施將在反饋控制電路中介紹。過(guò)電流繼電器、斷路器等的選擇將在繼電器接觸器電路選擇中敘述，這里只介紹快速熔斷器的選擇方法?？焖偃蹟嗥鞯臄嗔鲿r(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)，但正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)快熔的有效值電流往往大于流過(guò)晶閘管中的有效值電流，故在產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)對(duì)晶閘管的保護(hù)作用就差了，使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選用其中一、二種甚至三種全用上?？焖偃蹟嗥鞯倪x擇主要考慮下述兩個(gè)方面。a:快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。b:快速熔斷器熔體的額定電流(有效值)應(yīng)小于1.57(為被保護(hù)晶閘管的通態(tài)的平均電流)。同時(shí)又應(yīng)大于正常運(yùn)行時(shí)晶閘管（或線路）通過(guò)的電流有效值,即1.57(2-14)1)交流側(cè)快速熔斷器的選擇由于，根據(jù)式（2-14），可選用RLS-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,故選用RLS-50的熔斷器，熔體電流為50A。2.4勵(lì)磁電路元件的選擇由于該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速，勵(lì)磁不變，故勵(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，(88W)，一般只需適當(dāng)考慮主變壓器留一定裕量，不用重新計(jì)算。勵(lì)磁電路如圖2.2所示。圖2-2勵(lì)磁電路整流二極管的選擇，可參照晶閘管°的選擇。耐壓與主電路元件相同，取600V?？捎杀聿榈肒=0.45，再求額定電流：取1A，故選用ZP1-6的整流二極管即可。圖2.2中，為與電動(dòng)機(jī)配套的磁場(chǎng)變阻器，用來(lái)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繼電器KA，通過(guò)調(diào)整動(dòng)作電流。根據(jù)額定勵(lì)磁電流，可選用吸引線圈電流為1A的JL14-11ZQ型直流。3觸發(fā)電路元件參數(shù)的選擇目前單結(jié)晶體管觸發(fā)電路應(yīng)用較多，元件參數(shù)可參照有關(guān)電路進(jìn)行選用，一般不用重新計(jì)算。最后只需要根據(jù)主電路選用的晶閘管對(duì)脈沖輸出級(jí)進(jìn)行校驗(yàn)，只要輸出脈沖功率能滿足要求即可。選用的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路如圖3.1所以。圖3.1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路該系統(tǒng)選用的晶閘管元件為20A，因此，單結(jié)晶體管觸發(fā)電路需要同時(shí)觸發(fā)兩只20A的晶閘管元件。由產(chǎn)品目錄查得KP20晶閘管的最大觸發(fā)電壓小于3.5V，最大觸發(fā)電流小于100mA。故每個(gè)二次繞組輸出脈沖電壓只要大于3.5V，電流大于100mA即可滿足要求。若削波電壓選20V，單結(jié)晶閘管的分壓比，則脈沖變壓器一次電壓約為11V。如選用匝數(shù)比為2：1的脈沖變壓器，則二次電壓約為5.5V，一次電流只要大于100mA即可。單結(jié)晶體管選用BT35D，它的最大瞬時(shí)發(fā)射極電流為2A。因此，采用單結(jié)晶體管直接輸出即可同時(shí)觸發(fā)兩只晶閘管。脈沖變壓器也不用重新設(shè)計(jì)，只要在市場(chǎng)上買一只能觸發(fā)相當(dāng)相當(dāng)50A晶閘管的容量，二次側(cè)具有兩組輸出的脈沖變壓器就行了。又因單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，在削波電源下降沿會(huì)出現(xiàn)觸發(fā)不可靠，有時(shí)會(huì)造成單相半控橋式電路失控現(xiàn)象。為此應(yīng)在RP的下邊串一只固定電阻，使脈沖不會(huì)超出移相范圍，保證觸發(fā)電路工作可靠，但缺點(diǎn)就是轉(zhuǎn)速可能調(diào)不到零。在嚴(yán)格要求轉(zhuǎn)速必須由零到額定轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)的場(chǎng)合，則應(yīng)選用橋式全控電路或移相范圍寬的觸發(fā)電路。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(guò)50mA，而同步變壓器同步電壓可選60V，這樣只要同步變壓器的容量大于(60×0.05)VA=3VA即可。再考慮兩只XD0-6.3(6.3V、1W指示燈和給定電源(取2VA)，故選一臺(tái)容量8VA，電壓為220/60V、17.7V、6.3V、6.3V即可1滿足要求。選用的同步變壓器如圖3.2所示圖3.2同步變壓器4反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算反饋方式選擇原則應(yīng)是在滿足調(diào)速指標(biāo)要求下的前提下，選擇最簡(jiǎn)單的反饋方案。根據(jù)前面計(jì)算得出調(diào)速要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)速指標(biāo)，因此必須加上電流正反饋來(lái)補(bǔ)償它，故最后采用電壓負(fù)反饋及電流正反饋的調(diào)速1方案。電壓負(fù)反饋與電流正反饋環(huán)節(jié)如圖4.1所示。圖4.1電壓負(fù)反饋與電流正反饋電路4.1電流反饋電阻的選擇從反饋?zhàn)饔蒙峡?，似乎越大越好。?shí)際上提高的可能性是有限的，考慮到，而且它們均加在放大器的入口，電壓不能太高，最多為(10~20V)，可是電動(dòng)機(jī)的額定電壓，一般均在100V以上，必須經(jīng)過(guò)衰減才能當(dāng)作反饋信號(hào)。因此，可參照下式選擇。=(4-1)由于放大器輸入電壓最多為10~20V，因此可取給定電源電壓為15V，即。按式(4-1)初選=取，則取R=0.15。在設(shè)計(jì)中，如果無(wú)法用實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)處特性時(shí)，可用下式進(jìn)行估算，即(4-2)初步確定整流裝置的內(nèi)阻，由式(4-3)得將各已知參數(shù)代入可得，取不同的值，可計(jì)算出所需的K值，并進(jìn)一步確定值，列表如下：表4.1晶閘管放大倍數(shù)選擇計(jì)算1.00.1360.15149.711000.120.13147.212260.110.12557.35210.10.1173.8738由上表可知，時(shí)，所需值較小，比較容易實(shí)現(xiàn)。反饋電阻R上所消耗的功率故能滿足要求。最后確定系統(tǒng)參數(shù)如下：電流反饋系數(shù)：電壓反饋系統(tǒng)：電流反饋信號(hào)電阻：、10W四只電阻并聯(lián)使用。放大器與晶閘管裝置的放大倍數(shù)：=521；電壓反饋閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：K=57.3。與R并聯(lián)的電流正反饋信號(hào)電位器，在阻值遠(yuǎn)大于R的前提下，盡量取較小值這里取100、1W電位器即可滿足要求。4.2電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇為實(shí)現(xiàn)能高速起動(dòng)，還必須加上電流截止環(huán)節(jié)。電流截止負(fù)反饋電路如圖4.2所示。圖4.2電流截止負(fù)反饋電流截止反饋信號(hào)通過(guò)與R并聯(lián)的電流截止反饋電位器(100、1W)取出，比較電壓故可用一只的穩(wěn)壓管來(lái)代替比較電壓。電流截止負(fù)反饋信號(hào)可通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)主電路電流超過(guò)截止電流時(shí)，旁路，脈沖后移，電流截止環(huán)節(jié)起作用。主電路電流小于截止電流時(shí)，截止，系統(tǒng)又自動(dòng)恢復(fù)正常工作。由于主電路電流脈動(dòng)，使電流截止反饋工作不正常。為此，對(duì)電流截止反饋信號(hào)必須濾波，電容C2就是起這個(gè)作用的。C2一般取幾十~幾百微法，這里取C2=470，10V。4.3給定環(huán)節(jié)的計(jì)算給定環(huán)節(jié)電路如圖4.3所示。圖4.3給定環(huán)節(jié)給定電壓取15V，故可選用CW7815集成穩(wěn)壓器，由表查得。又因?yàn)?(1.2~1.4)U由因負(fù)載不大，可取給定電位器取5.6k、1W與、1W串聯(lián)，這里是用來(lái)整定最低給定電壓，以防止失控。4.5放大器的輸入電路為防止過(guò)強(qiáng)的輸入信號(hào)損壞晶體管,常采用雙向限幅保護(hù)，使正向輸入電壓不超過(guò)1.4V，反向電壓不超過(guò)0.7V，故正向用兩個(gè)二極管串聯(lián)，反向僅用一個(gè)二極管并接在放大器的輸入端。由于整流輸出電壓脈動(dòng)很大，使反饋信號(hào)中含有脈動(dòng)分量，造成放大器不能正常工作，為此在放大器輸入端需加濾波，就是起濾波作用的。一般取幾十~幾百微法，這里取470、10V。5繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)思路由于晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的繼電器-接觸器的控制電路簡(jiǎn)單，故可用經(jīng)驗(yàn)分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)。因負(fù)載功率較小，放總電源由單相刀開(kāi)關(guān)引入，并設(shè)有總電源及工作指示燈?？紤]調(diào)試方便，應(yīng)先接通勵(lì)磁及觸發(fā)電路，然后再接通主電路。為實(shí)現(xiàn)迅速而平穩(wěn)的停車，應(yīng)采用能耗制動(dòng)?？刂齐娐穲D如圖5.1所示。圖5.1繼電器-接觸器控制電路5.2能耗制動(dòng)電阻的計(jì)算一般取制動(dòng)開(kāi)始瞬間的電流等于，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì),則制動(dòng)電阻可按下式計(jì)算，即取。因制動(dòng)時(shí)間很短，通過(guò)制動(dòng)電阻的電流可按額定電流的20%估算。制動(dòng)電阻所消耗功率取25W5.3控制電器的選擇(1)刀開(kāi)關(guān)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)接觸器由于直流調(diào)速系統(tǒng)一般均為減壓起動(dòng)，對(duì)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14.4A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(kāi)啟式LA20按鈕，起動(dòng)按鈕用綠色，停止按鈕用紅色，起動(dòng)按鈕內(nèi)部裝有6.3V的工作指示燈。(4)選用XD0-6.3型信號(hào)指示燈。 6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)試、修改電路參數(shù)6.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于小功率調(diào)速系統(tǒng)整流元件體積小，控制電路簡(jiǎn)單，故采用箱式結(jié)構(gòu)。為減輕重量，使控制箱擺放方便，可把主變壓器放在箱體外面。需要經(jīng)常操作的開(kāi)關(guān)、按鈕、給定電位器旋鈕以及指示燈、電壓表、電流表均放在面板上，如圖6-1所示。對(duì)于不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)的電位器應(yīng)放在箱內(nèi)或放在印制電路板上，一般用實(shí)芯鎖緊電位器，調(diào)好后鎖緊，如電壓、電流、電流截止反饋電位器及弱磁保護(hù)調(diào)節(jié)電位器均屬這種情況。除面板上電器元件外，其余的部件及元器件均應(yīng)安裝在底板上，如圖6-2所示。圖6-1面板布置圖圖6-2中A、B的布置如圖6-3所示。圖6-3A、B元件布置圖圖6-2 中的C、D、E為給定電源、反饋環(huán)節(jié)、觸發(fā)電路三塊1印制電路板，其元件布置、元件明細(xì)表和印制電路分別如圖6-4、6-5、6-6所示。序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1二級(jí)整流管IN400442電解電容器100013電容器0.1F14電容器0.33F157815集成穩(wěn)壓管CW781516電位器1圖6-4給定電源元件布置圖和元件明a)元件布置圖序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1二極管整流器2CP15142R電阻620、8W13穩(wěn)壓管2CW21K14電阻24、1/4W15二極管2CP14106三極管3DG6C17三極管3AX31C18單結(jié)晶體管BT33F1序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量9C電容器0.22110電解電容器47、63V211電解電容器47、63V112電阻2k213電阻63、1/4W114電阻6.8k1/4W115TP脈沖變壓器1b)元件明細(xì)表圖6-5觸發(fā)電路元件布置圖和元件明細(xì)表由于電路簡(jiǎn)單，僅一塊底板，故不用再畫(huà)總裝圖。6.2調(diào)試、修改電路參數(shù)購(gòu)齊元件、做好箱體、面板、底板等，即可對(duì)裝置進(jìn)行施工，裝配完畢后，還需進(jìn)行調(diào)試，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行修改，使之滿足設(shè)計(jì)要求。6.2.1調(diào)試步驟(1)調(diào)試準(zhǔn)備a首先檢查電路接線是否正確，布線是否合理，熔絲是否正常。b逐點(diǎn)檢查焊接質(zhì)量，看是否有虛焊、漏焊、錯(cuò)焊的地方。c細(xì)致檢查印制電路板，觀察各線條間是否短路或有焊錫粒等，線條有無(wú)劃傷及斷開(kāi)地方，檢查引腳處應(yīng)該裁掉的銅皮是否裁干凈等。d查看晶體管管腳、二極管及電解電容極性、元件規(guī)格、脈沖變壓器引線是否有弄錯(cuò)的地方。e用兆歐表測(cè)量同步變壓器、脈沖變壓器的絕緣是否完好，用萬(wàn)用表檢查一次側(cè)、二次側(cè)阻值是否正確。f大致整定電流繼電器的動(dòng)作電流值。(2)觸發(fā)電路及勵(lì)磁回路的調(diào)試a閉合刀開(kāi)關(guān)Q、給定電路、觸發(fā)電路、勵(lì)磁電路接通電源、電源指示燈亮，弱磁保護(hù)繼電器動(dòng)作。用萬(wàn)用表測(cè)量給定直流電壓因?yàn)?5V，同步電壓為60V，勵(lì)磁繞組電壓應(yīng)為110V。b閉合扳把開(kāi)關(guān)，接通觸發(fā)電路的給定電源。用示波器觀察A、B、C、D各點(diǎn)及輸出脈沖的波形。調(diào)節(jié)給定電位器，觀察脈沖移相及移相范圍。如發(fā)現(xiàn)不正常，應(yīng)取下印制板進(jìn)行檢查或更換元件，若發(fā)現(xiàn)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的電阻R過(guò)熱，可換用功率大一些的電阻。(3)主電路及反饋電路調(diào)試a主電路輸出端接上燈泡負(fù)載，暫時(shí)斷開(kāi)反饋電路，給定電位器調(diào)到最小，按起動(dòng)按鈕，接通主電路，對(duì)主電路進(jìn)行調(diào)試。把示波器接在燈泡兩端，慢慢旋動(dòng)給定電位器，觀察輸出電壓波形的變化，同時(shí)查看輸出電壓、電流是否正常。接入電壓負(fù)反饋，慢慢旋動(dòng)給定電位器，重復(fù)上述過(guò)程。與不接電壓負(fù)反饋比較，在輸出電壓相同時(shí)，注意給定電位器是否旋動(dòng)較多。b按停止按鈕，斷開(kāi)主電路，換接上電動(dòng)機(jī)電樞負(fù)載，同時(shí)接上電流正反饋和電流截止負(fù)反饋電路。先不帶負(fù)載，調(diào)節(jié)給定電位器，使給定電壓自零開(kāi)始逐漸上升，電動(dòng)機(jī)應(yīng)緩慢升速起動(dòng)。如正常，再將給定電位器置于一定位置，讓電動(dòng)機(jī)在突加給定電壓的情況下起動(dòng)。重復(fù)試驗(yàn)，并逐漸增加給定電壓值，整定電流截止環(huán)節(jié)或積分環(huán)節(jié)。以得到滿意的起動(dòng)過(guò)程。若需重載起動(dòng)時(shí)，則要在重載條件下重復(fù)觀察起動(dòng)過(guò)程。最后，作出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。改變給定電壓值，觀察在需要的調(diào)速范圍內(nèi)特性硬度是否達(dá)到要求，即是否達(dá)到了要求的靜差率。若不能滿足則應(yīng)對(duì)反饋環(huán)節(jié)及放大器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)試中若出現(xiàn)振蕩，則還需要調(diào)節(jié)積分電容及反饋量加以排除。6.2.2調(diào)試過(guò)程中常遇到故障分析a單結(jié)晶體管兩基極接反，弛張振蕩器不能正常工作。b振蕩器充電電阻R過(guò)小，造成電解晶體管直通。c振蕩器電容C過(guò)大，移相范圍小，輸出電壓低。d脈沖變壓器極性接反，晶閘管不觸發(fā)。e主電路未接電抗器或電抗器電感量不夠，輕載時(shí)電流不連續(xù)，電動(dòng)機(jī)供電電壓及轉(zhuǎn)速上升較多；空載時(shí)還會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)供電電壓與轉(zhuǎn)速時(shí)高時(shí)低的振蕩。若正常負(fù)載時(shí)仍出現(xiàn)此種現(xiàn)象，則必須在主電路中串入適當(dāng)電抗器。f晶閘管不能觸發(fā)，可能有以下原因：1.接線有錯(cuò)；2.單結(jié)晶體管損壞；3.單結(jié)晶體管參數(shù)不當(dāng)(如分壓