牛头刨床自然环流可逆调速系统

1、本科学生毕业论文论文题目：牛头刨自然环流可逆调速系统设计学 院：机电工程学院年 级：2010级专 业：电气工程及其自动化姓 名：王绍楠学 号：20102253指导教师：袁明 2014年5月10日摘要牛头刨床是一种利用住复运动的刀具切割已固定在机床工作平台上的工件一般用来加工较小工件。滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。根据牛头刨床的工作特点，要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，即需要可逆的调速系统。可逆直流调速系统多采用晶闸管电动机系统。即采用两组晶闸管整流装置反向并联的方法实现系统的可逆运行。

2、但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称为环流，加重晶闸管和变压器的负担，甚至导致晶闸管损坏。需采用=控制消除环流使整流装置处于整流状态。关键词调速系统；自然环流；双闭环Abstract Shaper is a tool using the reciprocating motion of workpiece cutting has been fixed in the machine tool working platform is

3、 used to machiningworkpiece. The slippery pillow with a knife, as planer straight-line reciprocating movement, named after the turret ram front resem- bles aminotaur.According to the working characteristics of shaper, requirements for motorboth

4、forward, and can reverse, and often also need afast start and brake,which requires electric drive system has the characteristics of four quadrant operation, which requires reversible speed control system.Reversible DC speed regulating system with

5、0;thyristor - motor system.Method: using two groups of thyristor rectifier reverse parallelimplementation of reversible operation of the system. However, if therectifier voltage two devices simultaneously, there will be no flow throughthe &

6、#160;load and short circuit current flow directly between the two groups ofthyris- tor, called circulation, increase the burden of thyristor and transformer, and even lead to thyristor damage. Using  =  control to elimin

7、ate the circulation to rectifying device inthe state of the rectification.Key wordsSpeed control system; natural circulation; double closed loopII目录摘要IAbstractII前言1第一章 可逆直流调速系统11.1反并联可逆线路11.2可逆V-M系统中的环流问题11.2.1 =配合控制原理21.2.2 =配合控制的有环流可逆V-M系统41.2.3 =配合控制有环流工作原理51.2.4自然环流可逆直流调速系统的工

8、作过程6第二章 自然环流可逆调速系统主电路设计72.1主电路原理及电路图72.2主电机选择72.3环流电抗器82.4整流变压器的计算与选取82.4.1阀侧向电压计算92.4.2阀侧向电流计算92.5整流电路晶闸管的计算与选择92.6晶闸管触发电路的选取10第三章 自然环流可逆调速系统调节器设计123.1直流双闭环系统设计方法123.1.1系统动态结构分析123.1.2系统设计步骤133.1.3系统参数计算133.2电流调节器的设计153.2.1 选择电流调节器结构153.2.2校验近似条件163.2.3计算调节器的电阻电容163.3转速调节器的设计173.3.1 电流环的等效闭环传递函数173

9、.3.2 转速调节器结构的选择183.3.3 转速调节器参数的选择183.3.4 校验近似条件及转速超调量193.3.5计算调节器电阻电容20第四章 自然环流可逆调速系统保护电路设计214.1晶闸管保护电路设计214.1.1晶闸管过电压保护214.1.2晶闸管过电流保护224.2电动机保护电路设计22结论23参考文献24致谢25牛头刨自然环流可逆调速系统设计前言直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。由于各种系统往往都通过控制

10、转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。因此研究直流电机的速度控制有着非常重要的意义。第一章 可逆直流调速系统1.1反并联可逆线路在要求频繁正反转的生产机械上，采用两组晶闸管装置反并联的可逆线路。正转时由正组供电，反转时由反组供电。但一般不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路。较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管-电动机系统1。由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，如图1-1所示。图1-1 两组晶闸管装置反并联可逆线路1.2可逆V-M系统中的环流问题 采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统解决了电动机的正、反转运行和回馈

11、制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流2，如图1-2中所示的Ic。一般来说这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。图1-2 反并联可逆V-M系统中的环流在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：（1）静态环流：两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类： 直流平均环流：由晶闸管装置输出的直流平均电压差所产生的环流称作直流平均环流。 瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差虽为零，但因电压波形不同，存在瞬时的电压差，仍会产生脉动的

12、环流，称作瞬时脉动环流。（2）动态环流：仅在可逆V-M系统处于过度过程中出现的环流。1.2.1 =配合控制原理如果让正组晶闸管VF和反组晶闸管VR都处于整流状态，正组整流电压Udof和反组整流电压Udor正负相连，将造成电源短路，此短路电流即为直流平均环流。当正组晶闸管VF处于整流状态时，其整流电压Udof=+，此时让反组处于逆变状态，输出一个逆变电压把它顶住，即让Udor=-，而且幅值与Udof相等 。即Udof=-Udor因为Udof=UdofmaxcosfUdor=Udormaxcosr且由Udormax=Udofmax=Ud0max所以cosf=-cosr得f=180°-r=

13、r 按照这样的条件来控制两组晶闸管，可以消除直流平均环流。这叫做=工作制配合控制3。当然，如果f>r，则cosf<cosr，更能消除直流平均环流。因此消除直流平均环流的条件是：fr 。图1-3 =配合控制移相特性GTF-正组触发装置 GTR-反组触发装置 AR-反号器图1-4 = 配合控制电路1.2.2 =配合控制的有环流可逆V-M系统=工作制配合控制的有环流可逆V-M系统原理框图如图1-5所示，图中主电路采用两组三相桥式晶闸管反并联的可逆电路，控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，转速调节器ASR和电流调节器ACR都设计了双向输出限幅，以限制最大制动电流和最小控制角min与最小

14、逆变角min。图中的电流互感器采用霍尔变换器可以满足这一要求。图1-5 =配合控制的可逆调速系统原理框图晶闸管装置输出的电压是脉动的，Udof和Udor的瞬时值并不相等。Udof>Udor时，产生正向瞬时值电压差，从而产生瞬时环流4。抑制瞬时脉动环流的办法是在环流中串入电抗器，叫做环流电抗器或称均衡电抗器。 =配合控制下，可以消除直流平均环流，但是一定有瞬时环流存在，所以称为有环流可逆调速系统。如果系统中不施加其他的控制，则瞬时脉动环流是自然存在的，因此又称为自然环流系统。 1.2.3 =配合控制有环流工作原理不可逆直流调速系统，电动机只能朝一个方向旋转。它适用于不要求改变电动机旋转方向

15、，且对停车的快速性也没有特殊要求的生产机械。但是在很多情况下都要求电动机能正、反转，或者要求有电气制动以缩短制动时间，如牛头刨床工作台的往返运动，此时必须采用可逆调速系统。所谓自然环流可逆调速系统，是系统中没有直流环流仅有脉动环流，按=配合控制的有环流可逆调速系统。(直流平均环流：由晶闸管装置输出的直流平均电压差所产生的环流称作直流平均环流。瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差虽为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。) =配合控制下，可以消除直流平均环流，但是一定有瞬时环流存在，所以称为有环流可逆调速系统。如果系统中不施加其他的控制，则瞬时脉动环流是自

16、然存在的，因此又称为自然环流系统。1.2.4自然环流可逆直流调速系统的工作过程在进行触发移相时，当一组晶闸管装置处于整流状态时，另一组便处于逆变状态，这是指控制角的工作状态而言的。实际上，这时逆变组除环流外并不流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。当需要制动时，只要改变控制角，同时降低Udof和Udor，一旦电动机的反电动势E>Udof=Udor时，整流组电流将被截止，逆变组才能真正投入逆变状态，使电动机产生回馈制动，将电能回馈电网。同样，当逆变组回馈电能时，另一组也是在等待着整流，可称为处于“待整流状态”5。所

17、以，在这种=配合控制下，负载电流可以很方便地按正反两个方向平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。第二章 自然环流可逆调速系统主电路设计2.1主电路原理及电路图作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。一般的变压器有整流跟变压两项功能,其中整流是把交流变直流。整流的过程中,采用三相桥式全控整流电路6。在三相桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置4个环流电抗器。主回路原理图如图2-1所示。VFVRABCabcM图2-1 主电路原理图可控整流的原理：当晶闸管的阳极和阴极之间承正向电压并且门极加触发信号晶闸管导通，并且去掉门极的

18、触发信号晶闸管依然维持导通。当晶闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信号晶闸管关断。晶闸管导通的条件：受正向阳极电压，同时受正向门极电压，一旦导通后，门极信号去掉后晶闸管仍导通。晶闸管维持导通的条件：继续受正向阳极电压，同时流过晶闸管的电流大于它的维持电流。晶闸管关断条件：必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加一反电压，或者设法使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。2.2主电机选择牛头刨床的原动件运动形式为连续回转，可以选择的原动机为内燃机、液压马达、气动马达和电动机。电动机的功率/重量比大，输出刚度硬，单向回转，噪声小，初始成本低，运转费用是各种原动机中最低的，

19、且维护要求较少，功率范围非常广。所以，综合各方面条件，确定选择电动机为原动件。 电动机又有各种类型，如交流异步电动机、直流电动机、交流变频变速电动机、伺服电动机、步进电动机和力矩电动机等。直流电机具有较好的调速性能直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。而且具有较大的起动力矩。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。根据牛头刨床的工作特点选用ZT2系列广调速直流电动机，该电机拥有广泛调速的特点，其主要参数：输出功率：7.5KW 额定电压：220V额定电流：

20、50A 功率因数：0.85电枢电阻：0.1 电枢回路电感：100mH过载系数：1.5 飞轮力矩：5.9kg·m2额定转速：1500nmin2.3环流电抗器为了抑制瞬脉动缓流，可在换流回路中串入电抗器，叫做环路电抗器。环流电抗器的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的5%10%来设计。三相零式反并联可逆线路必须在正反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载而饱和，失去限流作用7。再三向桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置四个环流电抗器。L=0.693U210%In=30mH2.4整流变压器的计算与选取整流变压器是

21、直流调速系统中一种关键设备，其阀侧向电压选择的又是一个影响系统性能的重要因素。电压选得过高，将会使变压器的容量不必要的加大而造成浪费。还会增加运行中的无功功率。选得过低，将影响系统的工作性能或使电动机的最高转速达不到设计要求。通常在计算时要考虑以下三个因素：(1)电网电压波动。一般要按规定容许的最低电网电压来考虑。(2)电流变化时产生的压降。一般按最大工作电流考虑。(3)最小延迟角min。2.4.1阀侧相电压计算当采用三相桥式整流电路并带有转速反馈调速系统时，一般可按下面的公式来计算：不可逆系统：U2=0.951.0UN3可逆系统：U2=1.051.1UN3式中，UN为电动机额定电压U2=1.

22、1UN3=139.7V取U2=150V。2.4.2阀侧相电流计算整流变压器阀侧相电流可按下式计算：I2=KIVIN其中KIV=0.816（三相桥式）则I2=0.816×50=40.8A综上变压器容量S为：S=3U2I2=17.099KVA取S=20KVA。2.5整流电路晶闸管的计算与选择（1）额定断态重复峰值电压和反向重复峰值电压由于采用三相桥式整流电路，所以晶闸管承受的最大反向电压：URM=6U2=539V其晶闸管与阴极间的最大正向电压：UFM=1.5×2U2=466.62V考虑安全余量，电压为：23URM=10781617V取URM=1700V。（2）电流额定由于晶闸管

23、是一种具有较少热惯性的元件，在使用中要保证在任何条件下晶闸管的最高工作温度都不得超过其允许的额定结温。所选用的晶闸管应留有一定的功率余量，其额定电流应高于受控电路的最大工作电流1.52.0倍。当整流电路的电感足够大，整流电流连续时，对于三相桥式整流电路，晶闸管的额定电流为：IVTAV=1.52×IN=100A根据计算所得参数及实际工作情况选取型号为KP200A的晶闸管。2.6晶闸管触发电路的选取对三相桥式全控整流电路，六个晶闸管需要依次轮流触发。为了确保实现每个晶闸管的准确导通，可采用两种方法实现：一是提供宽度大于60°小于120°的宽脉冲，二是提供间隔60

24、76;的双窄脉冲。前者需要触发电路输出较大的功率，进而使脉冲变压器功率也相应增大，所以很少采用，一般都采用双窄脉冲8。由分立元件组成的晶闸管电路的触发电路种类很多，有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路及同步信号为正弦波以及同步信号为锯齿波的触发电路等，这些电路都有自己的特点和适用范围。相比较而言，同步信号为锯齿波的触发电路由于不受电网波动和波形畸变的影响，同时具有较宽的调节范围和较强的抗干扰能力，因而得到了广泛应用。此电路的输出为双窄脉冲(也可为单窄脉冲)，适用于必须有两相的晶闸管同时导通才能形成通路的电路，例如本例中的晶闸管三相桥式全控电路。下图所示为同步信号为锯齿波的触发电路。它由5个

25、基本环节组成：锯齿波形成与脉冲移相控制环节；同步检测环节；脉冲形成、放大和输出环节；双窄脉冲形成环节和强触发环节。VT5、VT6两个晶体管构成一个“或”门电路，当两个晶体管都导通时，VT7、VT8截止，不会输出触发脉冲。但不论哪个管子截止，都会使晶体管VT5集电极电压uc5变为正电压，使得VT7、VT8管导通，从而输出触发脉冲。所以只要用适当的信号来控制使VT5或VT6截止(前后间隔60°)，就可以产生符合要求的双窄脉冲。1号触发器内由晶体管VT4向VT5的基极送出的负脉冲信号使VT5截止，VT7、VT8导通一次，对元件1 输出第一个触发窄脉冲。经过60°后，2号触发器同样

26、对元件2送出第一个窄脉冲，同时由该触发器中VT4管的集电极经的X 端送到与之相连的1号触发器的Y端，使1号触发器电路中电容C4微分，产生负脉冲送至VT6基极，使VT6截止，VT7、VT8又导通一次，从而由1号触发器输出第二个窄脉冲，且第二个脉冲比第一个脉冲滞后60°。以下重复这样的过程，循环反复，就会使得六个晶闸管都得到相隔60°的触发脉冲。VD4、R17的作用是防止双脉冲信号互相干扰。图2-2 同步信号为锯齿波的触发电路第三章 自然环流可逆调速系统调节器设计电流环和速度环是双闭环直流调速控制系统的核心，这两个环的品质直接关系到调速系统的性能指标。设计环的方法很多，在此选择

27、常用的工程设计方法，这是因为在现代的电力拖动控制系统中，除电机外，都是由惯性很小的电力电子器件、集成电路等组成，经过合理的简化处理，整个系统一般都可以近似为低阶系统9。3.1直流双闭环系统设计方法3.1.1系统动态结构分析双闭环调速系统的实际动态结构图如图3-1所示，它增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。 图3-1 环直流调速系统动态结构图Toi 电流反馈滤波时间常数Ton 转速反馈滤波时间常数 在直流双闭环调速系统中速度调节器和电流调节器的作用可归结如下几点。速度调节器作用：(1) 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小

28、转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差；(2) 对负载变化起抗扰作用；(3) 其输出限幅值决定电机允许的最大电流。电流调节器的作用：(1) 作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随给定电压（即外环调节器的输出量）变化。(2) 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。(3) 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。3.1.2系统设计步骤系统设计的一般原则：“先内环后外环”。 从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。(1) 选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精

29、度。电流调节器结构选择：从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用典型I型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。转速调节器结构选择：为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，而且在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型II型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。 (2) 设计调节器的参数，

30、以满足动态性能指标的要求。(3) 调节器的工程实现。3.1.3系统参数计算已知电动机主要参数：输出功率：7.5KW 额定电压：220V额定电流：50A 功率因数：0.85电枢电阻：0.1 电枢回路电感：100mH过载系数：1.5 飞轮力矩：5.9kg·m2额定转速：1500nmin电动机的电动势系数：Ce=（Un-In·Ra）/n=0.1433V·min/r电动机转矩常量：Cm=（30/）·Ce=1.362V·min/r电力拖动系统机电时间常数：Tm=（GD2R）/375CmCe=0.24s电枢回路电磁时间常数：Tl=L/R=0.03s电流反馈

31、系数：=101.5In=0.133速度反馈系数：=10n=0.007变流装置采用三相桥式整流电路，晶闸管触发整流装置放大倍数：Ks=40 整流装置滞后时间常数。按附录表一中各种整流电路形式的失控时间，三相桥式电路的平均失控时间：Ts=0.0017s电流滤波时间常数Toi。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有12Toi=3.33ms，因此取：Toi=2ms=0.02s转速滤波时间常数Ton。根据所用测速发电机纹波情况，取：Ton=0.01s电流环小时间常数之和Ti。按小时间常数近似处理，取：Ti=Ts+Toi=0.0037s3.2电流调节器的设计3.2.1 选择电流调节

32、器结构忽略反电动势的影响，并把Tc和Toi当作小惯性群近似处理，电流内环可化简为如图3-2。图3-2 电流环结构图简化从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由上图可以看出，采用 I型系统就够了10。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。则电流环的动态结构图便成为如图3-3所示的典型形式。图3-3 流环的动态结构图电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成：WAC

33、Rs=Kiis+1isKi 电流调节器的比例系数；i 电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择：i=Tl=0.03s电流开环增益：要求电流超调量i5%，取KITi=0.5，因此KI=0.5Ti=135.1s-1ACR比例系数为：Ki=KIiRKs=0.763.2.2校验近似条件电流环截止频率：ci=KI=135.1s-1(1) 晶闸管整流装置传递函数的近似条件：13Ts=13×0.0017s=196.1s-1>ci 满足近似条件。(2)忽略反电动势变化对电流环动态影响：31Tm·Tl=35.3s-1<ci满足近似条件。(3)

34、 电流环小时间常数近似处理条件：131TsToi=1310.0017×0.002s-1=180.8s-1>ci满足近似条件。3.2.3计算调节器的电阻电容取R0=40k，求得Ri=KiR0=30.4k取30k； Ci=i/Ri1F取1F；Coi=4Toi/R0=0.3F取0.3F。3.3转速调节器的设计3.3.1 电流环的等效闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，为此，须求出它的闭环传递函数：Wclis=IdsUi*s=KIsTis+11+KIsTis+1=1TiKIs2+1KIs+1忽略高次项，上式可降阶近似为：Wcli(s)11KIs+1电流环等效时间常数为1

35、/KI。和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成 Un*(s)/a，再把时间常数为 1/KI 和Ton 的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为Tn的惯性环节，其中：Tn=1KI+Ton等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理，如图3-4所示。图3-4 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理3.3.2 转速调节器结构的选择为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型II型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能

36、好的要求11。 由此可见，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为：WASRs=Knns+1nsKn 转速调节器的比例系数；n 转速调节器的超前时间常数。 这样，调速系统的开环传递环数为：Wns=Knns+1nsRCeTms(Tns+1)=KnRns+1nCeTms2(Tns+1校正后的系统结构如图3-5所示。图3-5 校正后的典型II型系统3.3.3 转速调节器参数的选择 已知KITi=0.5，则1KI=2Ti2×0.0037s0.0074s转速滤波时间常数Ton，取Ton=0.01s转速环小时间常数Tn,取Tn=1/KI+Ton=0.0174s转速调节器的参数包括Kn和n。n=h

37、Tn按跟随和抗扰性能都较好原则，取h=5得 n=0.087s开环增益：KN=h+12h2Tn2=396.4s-2ASR比例系数：Kn=h+1CeTm2hRTn=7.513.3.4 校验近似条件及转速超调量转速环截止频率为：cn=KN1=KNn=34.5s-1电流环传递函数简化条件为：13KITi=13135.10.0037s-1=63.7s-1>cn满足近似条件。转速环小时间常数近似处理条件为：13KITon=13135.10.01s-1=38.7s-1>cn满足近似条件。3.3.5计算调节器电阻电容取R0=40k，则Rn=KnR0=300k取Rn=300k；Cn=nRn=0.3F

38、取Cn=0.3F；Con=4TonR0=1F取Con=1F。超调量n=2CmaxCbnbn*=4.11%<10%第四章 自然环流可逆调速系统保护电路设计4.1晶闸管保护电路设计4.1.1晶闸管过电压保护（1）过电压产生的原因：操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器电磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静电感应耦合过来。换相过电压：由于晶闸管或者与全控器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，而当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或

39、与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。关断过电压：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出过电压。（2）过电压保护电路：压敏电阻保护：采用压敏元件作为过电压保护，其主要优点在于：压敏电阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作时只有很微弱的电流通过元件，而一旦出现过电压时，压敏电阻可通过高达数千伏的放电电流，将电压抑制在允许的范围内，并具有损耗低、体积小，对电压反应快等优点。因此，是一种较好的过电压保护元件，在各种变流装置中被普遍采用。压敏电阻的缺点在于：持续平均功率太小，如果选择不当，在正常工作时将引起电压超过其额定值而损坏，且损坏

40、时所产生的电弧往往波及邻近的电器设备，造成故障扩大化，如图4-1所示。图4-1 压敏电阻保护电路4.1.2晶闸管过电流保护（1）流产生的原因：晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类：一类是由于整流电路内部原因，如整流晶闸管损坏，触发电路或控制系统有故障等；其中整流桥晶闸管损坏类较为严重，一般是由于晶闸管因过电压而击穿，造成无正、反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永久性短路，使在另外两桥臂晶闸管导通时，无法正常换流，因而产生线间短路引起过电流。另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，这类情况时有发生，因为整流桥的负载实质是逆变桥，逆变电路换流失败，就相当于整流桥负载短路。另外，如整流变压器中性点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。（2）流保护电路：对于整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，最常见的保护方式就是接入快速熔短器，如图4-2所示。图4-2 晶闸管过电流保护4.2电动机保护电路设计（1）短路保护：短路保护要求具有瞬动特性，即要求在很短时间内切断电源。当电动机正常起、制动时，短路保护装置不应误动作。常用的方法：熔断器（串接于被保护的电路中）或者使用低压断路器（2）过载保护：电动机工作电流超过其额定电流而使绕组发热。常用的方法:热继