10kW直流电动机不可逆调速系统设计

目录1.课程设计目的 12.课程设计要求 12.1技术数据与要求 12.2设计内容 13.设计内容 23.1调速系统方案的选择 23.2主电路计算 33.2.1整流变压器计算 33.2.2晶闸管元件的额定电压 53.2.3晶闸管爱护环节的计算 53.2.4电抗器的参数计算 83.2.5励磁电路元件的选择 83.3触发电路的选择与校验 93.4反馈电路参数的选择与计算 113.4.1测速发电机的选择 123.4.2电流截止反馈环节的选择 123.4.3调速静态精度的计算 123.4.4给定环节的选择 143.4.5限制电路的直流电源 154.设计总结 16参考文献 16附录 171.课程设计目的通过对直流电动机不行逆调速系统的设计，巩固和提高学过的基础学问和专业学问，提高运用所学的学问进行独立思索和综合分析、解决实际问题的实力，培育驾驭正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能。2.课程设计要求2.1技术数据与要求技术数据：直流电动机：型号：；额定功率；额定电压；额定电流；转速；极数；电枢电阻；电枢电感；励磁电压；励磁电流。要求：调速范围，静态率，电流脉动系统。2.2设计内容①确定调速系统方案②主电路选择与计算③限制电路选择与计算④调速系统静态精度计算3.设计内容 3.1调速系统方案的选择由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全限制整流电路供电方案。电动机额定电压为，为保证供电质量，应采纳三相减压变压器将电源电压降低。为避开三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采纳联接。因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。采纳电流截止负反馈进行限流爱护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。为使线路简洁，工作牢靠，装置体积小，宜选用KJ004组成的六脉冲集成触发电路。该系统采纳减压调速方案，故励磁应保持恒定。励磁绕组采纳三相不控桥式整流电路供电，电源可从主变压器二次侧引入。为保证先加励磁后电枢电压，主接触器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合，同时设有弱磁爱护环节。直流调速系统框图如图1所示。图1直流调速系统框图3.2主电路计算整流变压器计算⑴的计算是一个重要参数，现在过低，无法保证输出额定电压。选择过高，又会造成延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压上升，增加了装置的成本。一般可按下式计算即（3-1）式中，——志向状况下，时整流电压与二次电压之比，即；——限制角为时，输出电压与之比，即；——电网波动系数，通常取；——整流电路输出电压最大值；——主电路电流回路；——线路连接方式系数；——变压器的短路比，变压器；——变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，应取最大值。在要求不高的场合或近似估算时，用下式计算则更加便利（3-2）其中，取角考虑的裕量：，取电压比（3-3）⑵一次和二次相电流和的计算考虑变压器的励磁历次电流时，应乘以1.05左右的系数，所以（3-5）（3-6）⑶变压器的容量计算（3-7）式中：、——一次侧、二次侧绕组的相数考虑励磁功率，取，，，，。晶闸管和整流管的选择主要指合理的选择器件的额定电压和额定电流。晶闸管元件的额定电压⑴晶闸管的额定电压，取⑵晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必需使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值，即（3-8）（3-9）考虑倍的裕量，，取。故选用型号为晶闸管元件。晶闸管爱护环节的计算⑴沟通侧过电压爱护①阻容爱护在变压器二次侧并联电阻和电容进行爱护，接线方式如图2所示。电容的耐压故选用型金属化纸介电容器，电容量，耐压。因此，可选、的金属膜电阻。图2阻容爱护接线方式②压敏电阻的选择通过查询相关产品参数书目，取电压为，通流量为，由此选用的压敏电阻作沟通侧浪涌过电压爱护。⑵直流侧过电压爱护故选用压敏电阻作为直流侧过电压爱护⑶晶闸管两端的过电压爱护晶闸管过电压爱护参数估计值如表1所示。表1晶闸管过电压爱护参数书估计值元件容量（A）510205010020050010000.050.100.150.200.250.501.002.0010～20依据上面表格可以初步确定、。电容耐压。选型金属化纸介电容，电容量，耐压。取，金属膜电阻。⑷过电流爱护本系统除采纳电流截止反馈环节做限流爱护外，还设有与元件串联的快速熔断器作过载和短路爱护，用过流继电器切断故障电流。①快速熔断器的选择熔断器是同它爱护的电路串联的，当该电路中发生过载或短路故障时，假如通过熔体的电流达到或超过某肯定值，则熔体上产生的热量就会使其温度上升到熔体金属的熔点。于是，熔体自行熔断，并以此切断故障电流，对电路实行爱护，快速熔断器的断流时间短，爱护性能较好，是目前应用最普遍的爱护措施。通过晶闸管电流有效值为故选用的熔断器，容体电流为。②过电流继电器的选择依据负载电流为，可选用吸引线圈电流为的型手动复位直流过电流继电器，整定电流可取。电抗器的参数计算⑴使电流连续的临界电感量，取,则⑵限制电流脉动的电感量，取，则⑶变压器漏电感量，取，则⑷实际串入电抗器电感量已知电动机电感量为，则励磁电路元件的选择图3励磁电路接线方式励磁电压；励磁电流，电路接线方式如图3所示整流二极管耐压值与主电路晶闸管相同，故取，额定电流取查得，则可选用型，二极管。3.3触发电路的选择与校验一般晶闸管是半控型电力电子器件。为了使晶闸管由阻断状态转入导通状态，晶闸管在承受正向阳极电压的同时，还须要在门极加上适当的触发电压。限制晶闸管导通的电路称为触发电路。触发电路常以所组成的主要元件名称进行分类，包括简洁触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器和计算机限制数字触发电路等。限制、、功率、等全控型器件的通断则须要设置相应的驱动电路。基极（门极、栅极）驱动电路是电力电子主电路和限制电路之间的接口。采纳性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较志向的开关状态，缩短开关时间，削减开关损耗。另外，很多爱护环节也设在驱动电路或通过驱动电路来实现。触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。为了充分发挥电力电子器件的潜力、保证装置的正常运行，必需正确设计与选择触发电路与驱动电路。晶闸管的触发信号可以用沟通正半周的一部分，也可用直流，还可用短暂的正脉冲。为了削减门极损耗，确保触发时刻的精确性，触发信号常采纳脉冲形式。晶闸管对触发电路的基本要求有如下几条：（1）触发信号要有足够的功率为使晶闸管牢靠触发，触发电路供应的触发电压和触发电流必需大于晶闸管产品参数供应的门极触发电压与触发电流值，即必需保证具有足够的触发功率。例如，要求触发电压不小于，触发电流不小于；要求触发电压不小于4V，触发电流不小于。但触发信号不许超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流，以防损坏晶闸管的门极。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，允许触发电压或触发电流的幅值在短时间内大大超过铭牌规定值。（2）触发脉冲必需与主回路电源电压保持同步为了保证电路的品质及牢靠性，要求晶闸管在每个周期都在相同的相位上触发。因此，晶闸管的触发电压必需与其主回路的电源电压保持固定的相位关系，即实现同步。实现同步的方法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶闸管主电压之间满意肯定的相位关系。（3）触发脉冲要有肯定的宽度，前沿要陡为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流在触发脉冲消逝前必需达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具有肯定的宽度，不能过窄。特殊是当负载为电感性负载时，因其中电流不能突变，更须要较宽的触发脉冲，才可使元件牢靠导通。例如，单相整流电路，电阻性负载时脉冲宽度应大于，电感性负载时则因大于；三相全控桥中采纳单脉冲触发时脉宽应大于（通常取），而采纳双脉冲触发时，脉宽为左右即可。此外，很多晶闸管电路还要求触发脉冲具有陡的前沿，以实现精确的触发导通限制。（4）触发脉冲的移相范围应能满意主电路的要求触发脉冲的移相范围与主电路的型式、负载性质及变流装置的用途有关。例如，单相全控桥电阻负载要求触发脉冲移相范围为，而电感性负载（不接续流管时）要求移相范围为。三相半波整流电路电阻负载时要求移相范围为，而三相全控桥式整流电路电阻负载时要求移相范围为。选用集成六脉冲触发器好用电路。为了实现弱磁爱护，在磁场回路中串入欠电压继电器，动作电流通过RP1调整。已知励磁电流，可选用吸引线圈电流为的直流欠电压继电器。晶闸管的触发电流为，触发电压为，在触发电路电源电压为时，脉冲变压器匝数比，可获得约的电压，脉冲变压器一次电流只要大于，即可满意晶闸管要求，这里选用的作为脉冲功率放大管，其极限参数，,完全能足要求。该电路须要设计一个三相同步变压器，考虑各种不便因素，用三个单相变压器结成三相变压器组代替，并结成，确定单相变压器的参数为：容量，电压为三台。同步变压器的联接如图4所示。图4同步变压器的联接组3.4反馈电路参数的选择与计算转速与电流截止负反馈环节如图5所示。图5转速和电流截止反馈环节测速发电机的选择由电机产品样本查得，选用型永磁直流测速发电机。其参数为：，，负载电阻是，的电位器，测速发电机与主电机同轴联结。由于主电机额定转速为，因此测速发电机发出的最高电压为，若给定电源取，则只要适当取反馈系数，即可满意系统要求。电流截止反馈环节的选择为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采纳闭环限制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采纳单闭环系统，而对调速指标较高的则采纳多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在电流单闭环中，将反映电流变更的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调整器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相限制电压，限制整流桥的“触发电路”，变更“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调整器的输出限幅所确定。同样，电流调整器若采纳P（比例）调整，对阶跃输入有稳态误差，要消退该误差将调整器换成PI(比例积分)调整。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变更起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在肯定的范围内变更。选用模块电流传感器作为电流检测元件，其参数为：额定电流，匝数比为，额定输出电流为，测量电阻，取为、的绕线电位器。负载电流为时，让电流截止反馈环节起作用，此时LA的输出电流为，输出电压为，考虑肯定的调整裕量，选稳压管作为比较电压，。调速静态精度的计算⑴电动机和测速发电机电动势常数计算电动机电动势常数：测速发电机电动势常数：⑵整流装置的内阻取1.2，则⑶要求调速系统的静态速降⑷求闭环系统的开环放大倍数⑸触发器与整流装置的放大倍数的估算在触发器选用电源状况下，锯齿波同步电压最大值应小于15V，这里按最大移相电压为计算。⑹计算转速反馈系数由于取，约左右，而，故。所以转速反馈系数⑺计算放大器的放大倍数由于，故因为较大，故选用放大倍数可调的放大器，如图6所示。图6放大倍数可调的放大器由于点是虚地，故。式中——分压电阻的分压系数。所以。为了避开放大器开环，不能调到零，可在电位器接地端串一个不行调的小电阻。若该电路电位器取、，固定小电阻取、，则，故最多能把放大倍数从提高到11倍。采纳运算放大器，其输入电阻,为了不影响，应使。,,取，实取。、均取。给定环节的选择由于放大器输入电压和输出电压极性相反，而触发器的移相限制电