晶闸管双闭环直流调速系统课程设计要点材料详实Word文档下载推荐.docx
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(120°
)
无
较小(0.955)
应用范围广
三相全控桥式计算系数
整
流
变
压
器
二次相电流
计算系数
=0.816
换相电抗
压降系数
=0.5
一次相电流
整流电压
=2.34
视在功率
=1.05
晶
闸
管
电压
=2.45
漏抗
=1.22
电流
=0.367
折算系数
=2
电阻
2整流变压器的选择:
整流变压器一次侧接交流电网,二次侧连接整流装置。
整流变压器的选择主要内容有连接方式、额定电压、额定电流、容量等。
(1)整流变压器的作用和特点
1)整流变压器的作用:
变换整流器的输入电压等级。
由于要求整流器输出直流电压一定,若整流桥路的交流输入电压太高,则晶闸管运行时的触发延迟角需要较大;
若整流器输入电压太低,则可能在触发延迟角最小时仍不能达到负载要求的电压额定值。
所以,通常采用整流变压器变换整流器的输入电压等级,以得到合适的二次电压。
实现电网与整流装置的电气隔离,改善电源电压波形,减少整流装置的谐波对电网的干扰。
2)整流变压器的特点:
由于整流器的各桥臂在一周期内轮流导通,整流变压器二次绕组电流并非正弦波(近似方波),电流含有直流分量,而一次电流不含直流分量,使整流变压器视在功率比直流输出功率大。
当整流器短路或晶闸管击穿时,变压器中可能流过很大的短路电流。
为此要求变压器阻抗要大些,以限制短路电流。
整流变压器由于通过非正弦电流引起较大的漏抗压降,因此它的直流输出电压外特性较软。
整流变压器二次侧可能产生异常的过电压,因此要有很好的绝缘。
3)整流变压器的联结方式
(2).整流变压器二次相电压的计算
1)整流变压器的参数计算应考虑的因素。
由于整流器负载回路的电感足够大,故变压器内阻及晶闸管的通态压降可忽略不计,但在整流变压器的参数计算时,还应考虑如下因素:
a)最小触发延迟角:
对于要求直流输出电压保持恒定的整流装置,应能自动调节补偿。
一般可逆系统的取30°
~35°
,不可逆系统的取10°
~15°
。
b)电网电压波动:
根据规定,电网电压允许波动范围为+5%~-10%,考虑在电网电压最低时,仍能保证最大整流输出电压的要求,通常取电压波动系数b=0.9~1.05。
c)漏抗产生的换相压降。
d)晶闸管或整流二极管的正向导通压降。
2)二次相电压的计算
a)用于转速反馈的调速系统的整流变压器
式中——变压器二次相电压(V);
——电动机的额定电压(V);
——整流电压计算系数;
b——电压波动系数,一般取b=0.90~1.05;
——晶闸管的最小触发延迟角;
——换相电感压降计算系数;
——变压器阻抗电压比,100KVA以下取0.05,容量越大,越大(最大为0.1);
——变压器的最大工作电流,它与电动机的最大工作电流相等(A);
——电动机的额定电流(A)。
——电动机的电枢电阻()。
b)要求不高的场合,还可以采用简便计算,即
c)当调速系统采用三相桥式整流电路并带转速负反馈时,一般情况下变压器二次侧采用Y联结,也可按下式估算:
对于不可逆系统:
对于可逆系统:
(3)二次相电流的计算
式中——二次相电流计算系数;
——整流器额定直流电流(A)。
当整流器用于电枢供电时,一般取。
在有环流系统中,变压器通常设有两个独立的二次绕组,其二次相电流为
式中——平均环流,通常。
(4)一次相电流计算
式中——一次相电流计算系数;
——变压器的电压比。
考虑变压器自身的励磁电流时,应乘以1.05左右的系数。
(5)变压器的容量计算
一次容量:
二次容量:
平均总容量:
式中、——变压器一次、二次绕组相数,对于三相全控桥;
——一次相电流计算系数;
——整流器空载电压(V);
——二次相电流计算系数;
——整流电压计算系数。
3.整流器件的选择:
晶闸管选择:
晶闸管的选择主要是根据整流的运行条件,计算晶闸管电压、电流值,选出晶闸管的型号规格。
在工频整流装置中一般选择KP型普通晶闸管,其主要参数为额定电压、额定电流值。
(1)额定电压选择应考虑下列因素:
1)分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。
2)考虑实际情况,系统应留有足够的裕量。
通常可考虑2~3倍的安全裕量。
即
式中——晶闸管可能承受的最大电压值(V).
当整流器的输入电压和整流器的连接方式已确定后,整流器的输入电压和晶闸管可能承受的最大电压有固定关系,常采用查计算系数表来选择计算,即
式中——晶闸管的电压计算系数;
——整流变压器二次相电压(V)。
3)按计算值换算出晶闸管的标准电压等级值。
(2)额定电流选择:
晶闸管是一种过载能力较小的元件,选择额定电流时,应留有足够的裕量,通常考虑选择1.5~2倍的安全裕量。
1)通用计算式:
式中——流过晶闸管的最大电流有效值(A)。
2)实际计算中,常常是负载的平均电流已知,整流器连接及运行方式已经确定,即流过晶闸管的最大电流有效值和负载平均电流有固定系数关系。
这样通过查对应系数使计算过程简化。
当整流电路电抗足够大且整流电流连续时,可用下述经验公式近似地估算晶闸管额定通态平均电流。
式中——晶闸管电流计算系数;
——整流器输出最大平均电流(A);
当采用晶闸管作为电枢供电时,取为电动机工作电流的最大值。
整流二极管计算与选择和晶闸管方法相同。
4.平波电抗器的选择:
平波和均衡电抗器在主回路中的作用及布置
晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的,为了限制整流电流的脉动、保持电流连续,常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器,称作平波电抗器。
在有环流可逆系统中,环流不通过负载,仅在正反向两组变流器之间流通,可能造成晶闸管过流损坏。
为此,通常在环流通路中串入环流电抗器(称均衡电抗器),将环流电流限制在一定的数值内。
电抗器在回路中位置不同,其作用不同。
对于不可逆系统,在电动机电枢端串联一个平波电抗器,使得电动机负载得到平滑的直流电流,取合适的电感量,能使电动机在正常工作范围内不出现电流断续,还能抑制短路电流上升率。
(1)平波电抗器选择
电抗器的主要参数有额定电抗、额定电流、额定电压降及结构形式等。
计算各种整流电路中平波电抗器和均衡电抗器电感值时,应根据电抗器在电路中的作用进行选择计算。
a)从减少电流脉动出发选择电抗器。
b)从电流连续出发选择电抗器。
c)从限制环流出发选择电抗器。
此外,还应考虑限制短路电流上升率等。
由于一个整流电路中,通常包含有电动机电枢电抗、变压器漏抗和外接电抗器的电抗三个部分,因此,首先应求出电动机电枢(或励磁绕组)电感及整流变压器漏感,再求出需要外接电抗器的电感值。
1)直流电动机电枢电感:
mH
式中——直流电动机的额定电压(V);
——直流电动机的额定电流(A);
——直流电动机的额定转速(rpm/min);
P——直流电动机的磁极对数;
——计算系数。
一般无补偿电动机取8~12,快速无补偿电动机取6~8,有补偿电动机取5~6。
2)整流变压器的漏感。
整流变压器折合二次侧的每相漏感:
(mH)
式中——计算系数,三相全桥取3.9,三相半波取6.75;
——整流变压器短路电压百分比,一般取0.05~0.1;
——整流变压器二次相电压(V);
——直流电动机额定电流(A)。
3)保证电流连续所需电抗器的电感值。
当电动机负载电流小到一定程度时,会出现电流断续的现象,将使直流电动机的机械特性变软。
为了使输出电流在最小负载电流时仍能连续,所需的临界电感值可用下式计算:
(mH)
式中——临界计算系数,单相全控桥取2.87,三相半波1.46,三相全控桥0.693;
——电动机最小工作电流(A),一般取电动机额定电流的5%~10%。
实际串联的电抗器的电感值
式中N——系数,三相桥取2,其余取1。
4)限制电流脉动所需电抗器的电感值。
由于晶闸管整流装置
的输出电压是脉动的,该脉动电流可以看成是一个恒定直流分量和一个交流分量组成的。
通常负载需要的是直流分量,而过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加。
因此,应在直流侧串联平波电抗器以限制输出电流的脉动量。
将输出电流的脉动量限制在要求的范围内所需要的最小电感量:
式中——临界计算系数,单相全控桥4.5,三相半波2.25,三相全控桥1.045;
——电流最大允许脉动系数,通常单相电路取20%,三相电路取5%~10%;
——整流变压器二次侧相电压(V);
——电动机最小工作电流(A),取电动机额定电流的5%~10%。
实际串接的电抗器的电感值:
(2)均衡电抗器选择:
限制环流所需的电抗器的电感值:
式中——计算系数,单相全控桥2.87,三相半波1.46,三相全控桥0.693;
——环流平均值(A);
——整流变压器二次侧相电压(V)。
实际串接的均衡电抗器的电感值:
5.触发电路的选择;
二.系统各主要参数的估计与计算
系统的许多参数,要靠现场实验测定。
具备测试条件,当然很好。
这里介绍的则是不具备测试条件时,如何进行估算的方法。
1.最低限度须掌握的原始数据:
实际上大体为电动机铭牌数据:
2.派生参数:
式中:
——每周期换流次数;
——整流变压器短路电压比,在铭牌数据标有,也可由电工手册查,一般约为0.05;
——整流变压器二次绕组相电压(V);
——整流变压器二次绕组相电流(A)。
——电枢回路总电感量(H);
——电枢回路总电阻值()。
3.系统参数
——晶闸管整流器放大系数;
——晶闸管整流器失控时间(s),可查表2-2;
——转速滤波时间常数(s);
——电流滤波时间常数(s);
——系统最大运行速度(r/min);
——电动机允许最大电流(A);
——电动机允许最大过载系数;
——转速给定信号最大值(V);
——电流给定信号最大值(V);
——速度反馈系数(Vs/min);
——电流反馈系数(V/A);
三电流调节器和转速调节器的工程设计思路
转速、电流负反馈双闭环调速系统的组成
图3-2转速、电流双闭环直流调速系统结构
ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器
为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器,这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。
两个调节器的输出都是带限幅作用的。
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值;
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电