VM双闭环不可逆直流调速系统设计报告含电气原理图.docx
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VM双闭环不可逆直流调速系统设计报告含电气原理图
双闭环直流调速系统课程设计报告
摘要：
本设计是一个双闭环不可逆直流调速系统，采用了晶闸管---直流调速装置来调节直流电动机的转速。
采用晶闸管的好处是能使该直流电动机进展连续平滑的调速，且具有较宽地转速调速围〔D≥10〕。
此装置有可靠的过电压过电流保护措施，该调速装置在5%负载以上变化的运行围工作时，晶闸管的输出电流连续，并且具有良好的静特性与动态性能。
关键词：
双闭环晶闸管转速调节器电流调节器
第1章主电路各器件的选择和计算
1．1变流变压器容量的计算和选择
在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y联接。
为整流变压器的总容量，为变压器一次侧的容量，为一次侧电压,为一次侧电流,为变压器二次侧的容量，为二次侧电压，为二次侧的电流，、为相数，以下就是各量的推导和计算过程。
为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压只能在一个较小的围变化，为此必须准确计算整流变压器次级电压。
影响值的因素有：
（1）值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的。
（2）晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用表示。
（3）变压器漏抗的存在会产生换相压降。
（4）平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。
（5）电枢电阻的压降。
综合以上因素得到的准确表达式为：
〔4-1〕
式中表示当控制角时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比；
表示控制角为时和时整流电压平均值之比；
C是与整流主电路形式有关的系数；
为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取，100～1000千伏安的变压器取；
为电网电压波动系数。
通常取,供电质量较差，电压波动较大的情况应取较小值；
表示电动机电枢电路总电阻的标么值，对容量为的电动机，通常。
表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降。
--负载电流最大值；所以,表示允许过载倍数。
对于本设计：
为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得应有一定的裕量,根据经历所知,公式中的控制角应取300为宜。
，，，,，〔其中A、B、C可以查表4.1中三相全控桥〕
表4.1变流变压器的计算系数
整流电路
单相双半波
单相半控桥
单相全控桥
三相半波
三相半控桥
三相全控桥
带平衡电抗器的双反星形
0.9
0.9
0.9
1.17
2.34
2.34
1.17
C
0.707
0.707
0.707
0.866
0.5
0.5
0.5
0.707
1
1
0.578
0.816
0.816
0.289
〔4-2〕
以下为计算过程和结果：
〔4-3〕
这里可以取。
实际选取为标准变压器时可以通过改变线圈匝数来实现。
根据主电路的不同的接线方式，由表4.1查得即得出二次侧电流的有效值,从而求的、出变压器二次侧容量。
而一次相电流有效值，所以一次侧容量。
一次相电压有效值取决于电网电压。
所以变流变压器的平均容量为。
为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之比。
对于本设计取0.816,且忽略变压器一二次侧之间的能量损耗，故
〔4-4〕
根据整流变压器的特性，即
取3，所以，所以整流变压器的容量为：
〔4-5〕
〔4-6〕
设计时留取一定的裕量，可以取容量为整流变压器。
1．2整流元件晶闸管的选型
正确选择晶闸管能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低本钱。
选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压和额定电流
首先确定晶闸管额定电压，晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽2～3倍的平安系数，那么计算公式：
〔4-7〕
对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压，
故计算的晶闸管额定电压为
〔4-8〕
取。
再确定晶闸管额定电流，额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。
一般取按此原那么所得计算结果的1.5～2倍。
〔4-9〕
〔4-10〕
由此可求出晶闸管的额定电流，其公式为：
〔4-11〕
可以取额定电流为50A。
本设计选用晶闸管的型号为KP〔3CT〕-50A
额定电压：
VDRM800V额定电流：
IT（AV）50A
门极触发电压：
VGT3.5V门极触发电流：
IGT300mA
1．3电抗器设计
直流侧电抗器的选择
直流侧串接一个只有空气隙的铁心平波电抗器，以限制电流的波动分量，维持电流连续,提高整流装置对负载供电的性能及运行的平安可靠性。
直流侧电抗器的主要作用为了限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流可逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。
〔1〕用于限制输出电流的脉动的临界电感〔单位为mH〕
〔4-12〕
式中-----电流脉动系数，取；
-----电压脉动系数，三相全控桥；
-----输出电流的基波频率，单位为，对于三相全控桥。
即〔4-13〕
〔2〕用于保证输出电流连续的临界电感〔单位为mH〕
〔4-14〕
式中，-----为要求的最小负载电流平均值，单位为，本设计中；
-----为计算系数，三相全控桥。
即〔4-15〕
〔3〕直流电动机的漏电感〔单位为mH〕
〔4-16〕
式中，K---计算系数，对于一般无补偿绕组电动机K=8～12，对于快速无补偿绕组电动机K=6～8，对于有补偿绕组电动机K=5～6，其余系数均为电动机额定值。
n----极对数，取n=2。
即〔4-17〕
〔4〕折合到交流侧的漏电抗L〔单位为mH〕
L=〔4-18〕
式中，%-----变压器短路比，一般取为；
------为计算系数，三相全控桥。
即〔4-19〕
〔5〕实际要接入的平波电抗器电感
〔4-20〕
可取
〔6〕电枢回路总电感〔4-21〕
1．4主电路保护电路设计
电力半导体元件虽有许多突出的优点，但承受过电流和过电压的性能都比一般电气设备脆弱的多，短时间的过电流和过电压都会使元件损坏，从而导致变流装置的故障。
因此除了在选择元件的容量外，还必须有完善的保护装置。
1．4．1过电压保护设计
过电压保护可分为交流侧和直流侧过电压保护，前常采用的保护措施有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻。
这里采用金属氧化物压敏电阻的过电压保护。
1．交流侧过电压保护
压敏电阻采用由金属氧化物〔如氧化锌、氧化铋〕烧结制成的非线性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一样的陡峭的伏安特性，在正常工作时只有很微弱的电流〔1mA以下〕通过元件，而一旦出现过电压时电压，压敏电阻可通过高达数千安的放电电流，将电压抑制在允许的围，并具有损耗低，体积小，对过电压反映快等优点。
因此，是一种较好的过电压保护元件。
本设计采用三相全控桥整流电路，变压器的绕组为△—Y联结，在变压器交流侧，采用压敏电阻的保护回路，如以下图4.1所示。
图4.1二次侧过电压压敏电阻保护
〔1〕压敏电阻的额定电压选择可按下式：
〔4-22〕
式中，------压敏电阻的额定电压，VYJ型压敏电阻的额定电压有：
100V、200V、440、760V、1000V等；
------变压器二次侧的线电压有效值，对于星形接法的线电压等于相电压，。
〔4-23〕
〔2〕计算压敏电阻泄放电流初值，即三相变压器时：
〔4-24〕
式中，------能量转换系数，；
------三相变压器空载线电流有效值，。
〔4-25〕
〔3〕计算压敏电阻的最大电压的公式为
〔4-26〕
式中，------压敏元件特性系数；
------压敏元件非线性系数。
一般在20～25之间，在取时，。
〔4-27〕
因此，压敏电阻额定电压取760V型压敏电阻。
2．直流侧过电压保护
整流器直流侧在快速开关断开或桥臂快速熔断等情况，也会在A、B之间产生过电压，可以用非线性元气件抑制过电压，本设计压敏电阻设计来解决过电压时（击穿后），正常工作时漏电流小、损耗低，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强，除此之外，它对冲击电压反响快，体积又比拟小，故应用广泛。
其电路图如右图4.2所示。
压敏电阻的额定电压的选取可按下式计算：
压敏电阻承受的额定电压峰值
图4.2压敏电阻保护电路
式中为压敏电阻的额定电压；为电网电压升高系数，一般取1.05～1.10。
压敏电阻承受的额定电压峰值就是晶闸管控制角=300时输出电压。
〔4-28〕
对于本设计：
〔4-29〕
因此，压敏电阻额定电压取350V型压敏电阻。
3．晶闸管的过电压保护
晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，就会误导通，引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压一定值时，晶闸管将会立即损坏。
因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压的方法。
过电压产生的原因主要是供应的电压功率或系统的储能发生了剧烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。
本设计采用如右图4.3阻容吸收回路来抑制过电压。
通过经历公式
图4.3阻容吸收回路
得：
〔4-30〕
〔4-31〕
由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此
〔4-32〕
〔4-33
功率选择留5～6倍裕量〔4-34〕
因此，电阻R选择阻值为,功率选择1W的电阻。
电容C选择容量为的电容。
1．4．2过电流保护设计
过电流保护措施有下面几种，可以根据需要选择其中一种或数种。
〔1〕在交流进线中串接电抗器或采用漏抗较大的变压器，这些措施可以限制短路短路电流。
〔2〕在交流侧设置电流检测装置，利用过电压信号去控制触发器，使脉冲快速后移或对脉冲进展封锁。
〔3〕交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，可以在发生过电流时动作，断开主电路。
〔4〕对于大容量和中等容量的设备以及经常逆变的情况，可以用直流快速开关进展过载或短路保护。
直流开关的应根据以下条件选择：
①快速开关的额定电流额定整流电流。
②快速开关的额定电压≥额定整流电压。
③快速开关的分断能力直流侧外部短路时稳态短路电流平均电流平均值。
快速开关的动作电流按电动机最大过载电流整定
式中，K为电动机最大过载倍数，一般不大于2.7；为直流电动机的额定电流。
〔5〕快速熔断器
它可以安装在交流侧或直流侧，在直流侧与元件直接串联。
在选择时应注意以下问题：
①快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。
②熔断器的额定电流应大于溶体的额定电流。
③溶体的额定电流可按下式计算
1．三相交流电路的一次侧过电流保护
在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进展三相交流电路的一次侧过电流保护，保护原理图4.4如下：
图4.4一次侧过电流保护电路
〔1〕熔断器额定电压选择：
其额定电压应大于或等于线路的工作电压。
本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V，熔断器额定电压可选择400V。
〔2〕熔断器额定电流选择：
其额定电流应大于或等于电路的工作电流。
本课题设计中变压器的一次侧的电流
〔4-35〕
熔断器额定电流〔4-36〕
因此，如图4.4在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本课题的设计要求熔断器的额定电压可选
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