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1、课程设计题目：4KW直流电动机不可逆调速系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化指导老师；missLCH组员：SCj日期：2011年1月5日星期一课题：4KW以下直流电动机不可逆调速系统一、技术数据：直流电动机：额定功率PN=LIKW、Un=110V额定电流IN=13AHN1500rmin极数2P=4、电枢电阻RN=1Q、电枢电感LD=7mH励磁电压UL=IIOV、励磁电流Il=08A0二、要求调速范围D=I0、S=10%制动迅速平稳设。三、主电路选择与参数计算1、主电路选择原则：一般整流器功率在4KW以下采用单向整流电路，4KW以上采用三相整流。2、参数计算包括整流变压器的参数
2、计算、整流晶闸管的型号选择、保护环节的计算，参数计算与元件选择，触发装置的选择。设计方案1.l直流电动机各项参数额定功率PN=LIKW、Un=110V额定电流IN=13A11n=1500rmin极数2P=4、电枢电阻RN=1。、电枢电感LD=7mH励磁电压UL=IIOV、励磁电流Il=08A0引言：电动机是将电能转换为机械能，使得终端设备得以满足不同需求的。在各种动力电动机的容量已超过总容量的60%,大部分工程中要求调速随其变化而变化。同一发电机即可作为发电机工作，又可以作为电动机工作，即是将电能与机械能相互转换的设备，因此不可逆调速系统已得到广泛的应用。正文：1.2 电动机供电方案本设计只是
3、从简单的设计来反应调速是过程，应用的是不可逆调速，设计相关的简易数据进行的元件的确定，并应用相关的软件绘制其电路图。和交流电动机相比，直流电动机有调节方法简单和经济的的优点。1.2.1 整流装置的选择据题意须采用晶闸管可控整流装置给主电路供电。本设计中，若用电网直接供电，会造成导通角小，晶闸管误导通，电流脉动大，并且功率因数低。为了提高系统工作的稳定性及降低能耗，功率在4KW以下，可采用单向整流电路。由于系统设计要求是不可逆的，所以选用单相半控桥整流电路给主电路的供电方式最为适宜。1.3 控制方案的选择1.3.1 触发方式的选择整流装置中，采用的是半控桥电路，只有两个晶闸管。本触发方式以TCA
4、785为核心的可控硅触发电路。该芯片是西门子公司生成的可控硅触发电路，它能输出两路相位差为180度移向触发脉冲,且触发脉冲可在O到180度之间任意调动,该电路主要用于单双相可控硅，亦可以用于晶体管的驱动。控制图为：1.3.2 反馈方式的选择电压、转速双闭环直流调速调速系统由调节器和转速调节器串联结而形成的电压负反馈内环节和转速负反馈外环节构成。根据负载要求D=10,S10%,则系统应满足的转速降：A - nS0(1-5)V 1500x0.10-10(l-0.10)r / min = 16.67 r / min电动系数的计算:=UN-八RJloT3x1JWN rlN1500=0.064直流电动机
5、固有转速降：C 812467r / min = 104.275r / min A 16.67r/min。1.3.3 直流调速系统框架为了实现精准的调压系统，反馈方式的选择，原则应是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的电压负反馈方案。本设计采用电压闭环控制系统，控制系统电压放大倍数;K ， 一 Tz AZ Z104.25 T= 6.913.5系统框图如图1所示:图一直流调速系统流程图1.4 主电路各项参数的计算如下：1.4.1 整流变压器副边U2值的计算:=其中：A=1.17,B=1.05,取=0.92ABA：0.41,17234B：电网电压波动系数O91.05：安全裕最故此。2=(112),
6、CQV=99.488119.38V,为了便于计算,1.1/1.udXu.y取整流变压器副边电压U=Wov。整流变压器电压一次侧与二次侧的电压比为：K=分=黑=1.1。1.4.2整流变压器一次侧电流H和二次侧电流12的计算已知全波整流电路中：K1K=lii,K2=lii;整流变压器原边电流计算：I=Lo5KId/K=l.O5l.l113/1.1A=13.77A；副边电流计算：12=KIdLllxl3A143A1.4.3变压器容量的计算变压器原边容量：Sx=UJx=220X13.77VA=3030.3VA,变压器副边容量：S2=U2I2=100Xl4.3VA=1430VA,整流变压器额定容量的选取
7、：S=I(S+S2)=；(3303+1430)4=2230.15E4。晶闸管整流电路如图2所示:1.5 晶闸管元件的选择在整个半控桥式电路中，晶闸管控制电路的导通与关断。晶闸管的选取是一个关键，选择晶闸管主要从它的各项参数计算：额定电压，额定电流，承受的反向电压等。1.5.1 晶闸管的额定电压UTN=Q0Um=(23)2X1OOV=311.08-466.62V故取Um=40V152晶闸管的额定电流T%/W)=(152)磊=(1.52)=(1.52)傍A=8.08711.744A取/AVO=114。1.6 整流二极管各参数的计算整流二极管的选取其公式较为简单，主要从它的最大反向电压，流过的最大的
8、平均电流计算。1.6.1 整流二极管承受的最大反响电压:tx=112t2=l.l2100V=155Vo1.6.2 二极管流过的最大平均电流；D(AVZ)=11Zo(AV)=1114.3A=15.73A。1.7 反馈环节的计算反馈环节主要应用于控制供电电路的电压，以调节电机转速偏差。该电路有给定模块，反馈电阻组成。下面主要是计算反馈电阻的大小的选取：Prp4=(34)%PN=(34)%XllOOW=33-44W取产研4=44W,2UNno297so氏4=-=H=275Q2RPA经计算结果知应该选择一只为27544W的电阻。1.8保护环节的计算由于晶闸管的正常运行电压与其击穿电压非常接近，而晶闸管
9、承受的反向电压的能力差，发生过电压时会使元件损坏，所以必须采取有效的措施对晶闸管及其他元件和组成的可控整流电路进行保护，晶闸管及主电路的过电压包括操作过电压和浪涌电压两种，他们可以分步在可控整流电路的交流侧、直流侧、晶闸管元件的本身。下面针对这些环节进行保护措施的计算。1.8.1 整流变压器原边交流侧过电压保护计算为了防止系统内部瞬间过电压的冲击对重要电气设备的损伤，较为常见的做法是在靠近断路器旁安装阻容式吸收电路。阻容式吸收电路的优点在于起始工作电压过低，可有效吸收小电流冲击对设备的影响。所以本设计优先考虑阻容式吸收电路。1.8.1.1 采用阻容式吸收过电压保护装置电容的容量选择计算；C,6
10、n%-=66.5x4F=2AF,选2/。U220.电容耐压值:(lmc1.5l=L5220=330V.选取而寸压为300vo吸收电阻的计算；R2f售=2.3黑感,取r=32./,=2tCUx1(6=27x50x2x220x1(6A=0.138APR(34)*1=(34)X0.138232W=1,8-2.4W取Pr=2W.因此，根据计算得知本设计中选取电阻320/2w一只，电容275Q/44W一只。1.8.2变压器副边的保护1.7.2.1仍然采用的是阻容式吸收电路电容的容量选择计算;6/%-=66.5/F=5.57LiF,选5尸。U100电容耐压值:UhnC2L5U2=L5x100=150V.选
11、取耐压为150V。吸收电阻的计算；1.=h=7.46,=12.86,取12Q1.=211CU,/XioF=2x3.14x50x5x110x10%产=(M72Apfi(34)%R2=(34)x.172?X12W=11.4WPr=IW.因此，根据计算得知本设计中副边保护电阻选取12Q1W一只，电容5F150V一只。1.8.1.2 压敏电阻Rw的选择(0.8-0.9)=1.4141(X)LjV=194172V(0.809)取190Vo1.8.1.3 直流侧过电压保护1.8.1.3.1采用阻容式吸收电路保护C3 = KjidS/。=25xIiF=32.5F14306.5取C3=47uF.电容的耐压值的
12、计算uc315Ud=1.5110V=165V250V0电阻阻值的计算R、=KRlU2d_25xIloXllOQ=32.5C取32Q。八3A&S/o%1430x6.5根据计算结果选取47nF250Y的电容一只,32的电阻一只。1.7.1.3.2采用压敏电阻电路保护电路中电感元件积累的能量骤然释放或外电路高电压的侵入电路大量电荷的积累产生过电压，对系统的安全运行造成危害，所以过电压的基本保护方法，是在电路中设置吸收能量的保护元件是能量得以释放，以保证晶闸管的可靠工作。本设计中除了，采用阻容式保护，还加入了压敏电阻保护，将其并联在电路中，当电压高于一定值后，压敏电阻击穿短路，将电压限制在击穿电压下瞬
13、间的浪涌是不会烧掉压敏电阻的，由于上级电路有保护元件，因此压敏电阻的击穿会引起上级保护电路动作。r27r7&=1.4141IOLLlV=213-189V,取(0.8-0.9)(080.9)200v.因此选取一只耐压值为200V,电流裕量12A的压敏电阻。18L4晶闸管关断过电压保护主要采用阻容式吸收过电压，参数计算如下：乙=GyrN=746C4=(2.55)r103=(2.5-5)7.46103V=0.0180.036尸取为O.O3uF.及4=(24)-=(24)J-=2958C,取50。11p4=fCD1=5047l10,W=0.23W根据计算结果选取500/0.23W电阻,和0.03/72
14、5OV的电容。1.9电抗器保护在晶闸管变流装置中，供电的直流调速系统，常在直流侧串有带铁芯的电抗器，使得的输出电流连续、限制电流脉动并抑制环流，以提高装置对负载供电的性能和提高运行的可靠性。191平波电抗器的计算平波电抗器的电感量一般按低速轻载负载时保证电流的连续的条件来选择，通常给定最小电流在利用它计算所需的总电感量，对于单相桥式全控整流电路：1.=2.87卫Z=2.87-mH=485一一242mH,取480mH1.n(5%-10%)2.0过电流保护计算晶闸管的热时间常数小，过电流能力差所以应该采取有效措施晶闸管及由它组成的可控整流电路进行保护保护措施中的最后一道防线必须采用快速熔断器.快速熔断器的熔体值为7AVO=IlA.根据计算结果选取熔断器的型号为RS2,额定电压为300V,额定电流为IlA五只。需要说明的是：第一，采用单向可控整流电路供电系统，在变压器原边可不用阻容式保护吸收电路；第二，因直流侧采用阻容式吸收保护电路会影响系统的快速性使其达不到预期的指标，故可采用压敏电阻保护而不采用阻容式吸收保护。参考文献：1莫正康.半导体变流技术【M】.机械工业出版社，1992
