6.1KW直流电动机不可逆调速系统_电力电子课程设计

1、题目：KW直流电动机不可逆调速系统设计方案某生产机械负载功率Pl=千瓦，最大冲击负载功率不大于10千瓦，最高转速nl=3000转/分，系统要求调速范围D=10，静差率小于等于5%，拟用直流电动机拖动，设计一套晶闸管-电动机不可逆调速系统以满足生产机械的需求。二、 电机的选择依据P1=千瓦，nl=3000转/分要求满足1、弱磁转速生产机械最高转速2、额定功率*过载能力最大冲击负载功率3、额定功率生产机械功率。由=(1.11.3)= (1.11.3)*6.1=(6.717.93) KW故取=7.5 KW通过查产品目录选择Z4-112/2-2型号电动机，额定功率为P1=7.5千瓦UN=220伏，IN

2、=安，弱磁转速nN=3100转/分，最高转速n=3600转/分，电枢电阻R=0.189欧，励磁功率为390瓦，电枢电感mH，磁场电感19H，过载能力2，效率83.2%，惯性矩GD2.直流电动机。三、 电动机供电方案与变流机组相比，晶闸管可控整流装置无噪声，无磨损，响应快，体积小，重量清，投资省；而且工作可靠，功耗小，效率高，因此采用晶闸管可控整流装置供电。由于电动机小仅3.7KW，应选用单相整流电路。又因是不可逆系统，所以可选用单相桥式半控整流电路供电。为省去续流二极管在一侧的方案。电动机的额定电压为220V，假设用电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用整流变压

3、器供电方式为宜。四、 反应方式选择 因调速指标D=10 静差率小于等于5%nN= EQ EQ nNS/D1-S=3100*0.05/10*0.95=转/分采用电压反应方案时nN=R1/CE1+KId+Ra/ CEIdCE=(uN- IN Ra)/ nN =220-(*)/3100=0.068(Ra/CE) Id =(/0.069) =转/分已经远远大于调速指标转/分因此加上电流正反应补偿，为实现高速启动还必须加上电流截止环节。五、直流调速系统框图 给定信号放大器触发器电动机电压负反应电流截止反应电流正反应直流调速反应系统六、主电路的计算晶闸管整流电路1、整流变压器的计算MU2=11.2Ua/A

4、B查表得A=0.9 B=1 ：平安裕量U2=11.2=271.605325.926伏取U2=300伏电压比 K=U1/U2=220/3003 1 一次电流I1和二次电流I2的计算I1=1.05 KI1 Id/K =1.05*1.11*3 = AI2= KI2 Id=1.11*=2变压器容量计算 S1=U1I1=220*=13861 VA S2=U2I2 =300*=13152 VAS=S1+S2/2 =13861+13152/2=13.484 KVA2晶闸管元件的选择 晶闸管的额定电压UTN=23Um =(24U2 =(23)1.414*300取UTm=1200 V2) 晶闸管的额定电流 2)

5、*I 2)* =A取=30 A应选KP30-12晶闸管元件3) 晶闸管保护环节的计算交流侧过电压保护C=6*I%S/U2=6*10*13484/300*300 = F V根据电器技术手册选 uF、耐压700V的标准电容U%，I%查?电力电子变换技术?主编：林忠岳 P266P266R=2.3*U2/S*=2.3*300*300/13484 =欧取R=15欧/Uc*10-6 =6.28*50*300*10-6 =0.84 APR=(34)Ic2R=34*0.842*15 = W根据电器技术手册选15欧、30瓦的标准电阻1直流侧过压保护UimA=(1.82)UDC =(1.82)*220=(3964

6、40)v根据电器技术手册选MY31-440/5标准压敏电阻作直流侧过电压保护 。2晶闸管及整流二极管两端的过压保护。查表可得C=0.2UF R=40欧姆莫正康?电力电子应用技术?P55U=1.11.5UM=1.11.5*1.414*300=466636、700V、CJ金属化纸介质电容器4)过流保护交流侧快速熔断器选择。由于I=I2= A=31.0 A根据技术手册选标准RLS-50的熔断器，容体电流为35A4励磁电路的选择 由于该系统采用减压调速，励磁不变，故励磁绕组采用单相桥式可控整流电路供电，与主电路共用同一电源，因为励磁功率较小390W，一般只需适当考虑主变压器留一定余量，不重新计算。 整

7、流二极管的选择，可参照晶闸管的触发角为零度的选择。耐压与主电路元件相同，取600V。求额定电流：2/1.57*P励磁/U2/1.57*390/1200=(0.240.32)A根据电器技术手册选标准二级管为实现弱磁保护，在励磁回路中串入了欠电流继电器KA，通过RP1调整动作电流。根据励磁电流=额定电流*3%5% *3%5%=75AIU2RPLRPIKA根据额定励磁电流选标准继电器 如图一励磁电路图一七触发电路 1、目前单结晶体管电路应用较多，元件参数可参照有关电路进行选用，一般不能重新计算。最后只需要根据主电路选用的晶闸管对脉冲输出级进行校验，只要输出脉冲功率能满足要求即可。选用的单结晶体管出发

8、电路如图下二该系统采用的晶体管元件为30A，因此需要两只30A的晶闸管元件。触发电压小于3.5V。最大触发电流小于150MA，故每个二次绕组输出脉冲只要大于3.5V，电流大于150MA即可RIVD1R2R3R5V2V3VD2VD360V单结晶管触发电路图二2、同步变压器的选择也不用详细计算，因出发电路最大取用电流不会超过50mA，而同步变压器电压可选60v，这样只要同步变压器的容量大于60*0.05vA即可。再考虑两只XD0-6.36.3V，1W指示灯和给定电源取2V，应选一台容量为8VA，电压为220/60V、17.7V、6.3V，6.3V即可满足要求。选用的同步变压器如下图220V17.7

9、V，113mA60V，65mA6.3V，160mA6.3V,160mA八反应电路参数的选择与计算1取给定电压为15V，即Ugdmax=15V=Ugdmax/UN=15/220所以取0.09取=R=/-*=0.09/欧2、确定内阻Ri =( )/IN =(1.2*0.9*300-220)/ 欧Uct=4V6V所以Uct=6V那么Ks=Ud/Uct =0.9*300/6 =45Kp一般取10-30这里取20所以 KpKs=900 因为 KpKs= /*K 所以K=90反应电阻功率 PR=IN2R =* = W因为小于3%PN=165W满足要求 确定参数如下电流反应系数=1电压反应系数=0.09电流

10、反应信号电阻R=0.03欧放大器与晶闸管装置放大倍数KpKs=900电压反应环节系统开环放大倍数 903、电流截止反应环节 故可以用一只小于1的稳压管来代替比拟电压，电流截止负反应信号可通过PR3进行调整。电容C2一般取几十到几百微法。这里取C2=470UF，10V。3电压负反应的选择现在取2000欧姆，1.2W与一个10欧姆，2W电位器串联。固定电阻是为了防止输出电压过高而设置的。4给定环节计算给定电压取15V，故可选用CW7815集成稳压器因23V，1.2-1.4U，又因负载不大，可取U= V 给定电位器RP1取5.6千欧姆，1W与RP2取1.5KW 1W串联。这里RP2用来整定最低给定电

11、压，防止失控。5放大器输入电路为了防止过强的输入信号损坏晶体管，常采用双向限幅保护，使正向输入电压不超,故正向用两个二极管串联，反向仅用一个二极管并接在放大器输入端。 如图：MMMMMMMMMMV2V4CRP3R4、给定环节 如图78150.12200uF15V九、继电器-接触器控制电路设计1、用经验分析法进行设计因负载功率小，故电源由单相开关引入，为实现迅速平稳停车，应采用能耗制动。2、控制电路图3、能耗制动电阻计算Rof=UN/2IN-Ra)欧取欧因为制动时间短，通过制动电阻的电流可按额定电流的20%估算。制动电阻所消耗功率为Pof=n2Rof = =161 W取170 W4、控制电路的选

12、择1刀开关根据变压器一次电流为A，电压为220V选择标准刀闸和熔丝按钮由于按钮装在面板上，选用开启式LA20按钮，起动按钮用绿色，停止用红色，起动按钮内部装有6.3伏工作指示灯。4接触器 由于直流调速系统一般均为减压起动，对接触器而言轻任务工作，再考虑变压器二次电流为A可选择标准的接触器。十、电气原理总图十一、实习心得 一周的时间转瞬既逝,在这五天里我们进行了电力电子实习。这次实习对于即将走出校门要跨入社会工作的我们来说具有现实意义。通过这次实习，我学到了很多在大学书本上学不到的东西，同时我也感觉到自己知识的匮乏，从而使我对知识的渴望也越来越深。本次电力电子实习，我还意识到了我们在大学里所学理论知识的重要性，而且用理论来指导实践的现实性，如果我们理论掌握好的话，在实践中我们一定能够融会贯穿的。 虽然在实习的第一天，有很多东西以前就是懵懵懂懂的，不是很明白。但在贾老师的讲解下逐渐明白了。例如很多有关整流，供电方面的知识。知道了一个发电机要启动需要很多供电设备。这次实习，我体验到了理论知识的重要性，同时我也意识到了实践的重要性。本次实习，我想院里面想让我们增加实践时机，也就是增加我们的动 会，培养我们的动手能力。但本人觉得这次实习留给我们动手的时间不是很多。我觉得这也是本次生产