v-m不可逆双闭环直流调速系统课程设计(编辑修改稿)

v-m不可逆双闭环直流调速系统课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。 二者之间实行嵌套（串联）联接。 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 整流电路 单相全波 三相半波 三相全波 六相半波 U m 22 U * 22 U 26 U 22 U m 2 3 6 6 U d0 c o 2U c o 2U c o 2U c o 2U 12 第四章 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算 整流变压器容量计算 次级电压 U2 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 U2 只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压 U2。 影响 U2 值的因素有： （ 1） U2 值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流值 Ud （ 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 UT表示 （ 3）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 （ 4）电枢电阻的压降 综合以上因素得到的 U2 精确表达式为： A= Ud0/U2，表示当控制角 α=0176。 时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比。 B=Udα/Ud0，表示控制角为 α时和 α=00 时整流电压平均值之比。 UK%— 变压器的短路电压百分比， 100 千伏安以下的变压器取 UK%=5， 100~1000 千伏安的变压器取 UK%=5~8 ε 为电网电压波动系数。 根据规定，允许波动 +5%~10%，即 ε=~ C 是与整流主电路形式有关的系数 NNa URIr  ，表示电动机电枢电路总电阻 R 的标么值，对容量为 15~150KW 的电动机，通常 ar =~ nUT— 表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降 对于本设计：为了保证电动机负载能在额定转速下运转 ,计算所得的 U2 应有 一定的裕量 ,根据经验所知 ,公式中的控制角  应取 300 为宜。 ε=,A=,B= cos 30cos 0= 23 ， C=， UK%=5 2 2 0 0 .7 1 0 .7 1220ar  13 =  2 2 0 0 . 7 1 1 . 5 1 1 2 1352 . 3 4 0 . 9 0 . 5 1 . 52 1 0 0         =366V 取 U2=370V 次级电流 I2和变压器容量 I2=KI2 Id , KI2 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 KI2 取 , 且忽略变 压器一 二次侧 之间的 能量损 耗，故：2 0. 81 6 13 6 11 0. 98I   A 1 2 1 1 1 2 2 21 / 2( ) 3 37 0 11 0. 98 12 3. 19S S S m U I m U I KV A        晶闸管的电流、电压定额计算 题目中要求 晶闸管 整流装置 recR = , 35 40sK  , nI =136A ， 220nUV 晶闸管参数计算如下： 0dU = nU = 220=242V rmU = nU = 220=330V vtI =2 nI =2 136=272A 从《电气工程师手册》中查得满足晶闸管型号选择的晶闸管型号为： KP500 表 2 KP500 型号 通态平均电流 IT（ AV） A 正向电流有效值IF(AV)A 重复峰值电压 VRRM V 触发电流 IGT mA 推荐散热 器 KP500 500 550 200~20xx ≥ 500 SZ13 平波电抗器电感量计算 由于电动机电枢和变压器存在漏感，因而计算直流回路附加电抗器的电感量时，要从根据等效电路折算后求所需电感量中，扣除上述两种电感量。 电枢电感量 LM按下式计算 )(2 10 3 mHIPnUKL NNNDM  P— 电动机磁极对数， KD— 计算系数，对一般无补偿电机： KD=8~12 对于本设计， P=2， KD=10 14 则331 0 1 0 2 2 0 1 0 2 . 7 7( )2 2 2 1 4 6 0 1 3 6DNM NNKUL m HP n I       整流 变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感 LB按下式计算 )(100% 2 mHIUUKL dKBB  U2— 变压器次级相电压有效值 Id— 晶闸管装置直流侧的额定负载电流 KB— 与整流主电路形式有关的系数 对于本设计， KB=， %KU =5 则 2% 5 3 7 03 . 9 0 . 3 3 ( )1 0 0 1 0 0 2 2 0KBB dUUL K m HI      变流器在最小输出电流 Idmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量 L 下式计算 min2dI UKL  K 是与整流主电路形式有关的系数 ，三相全控桥 K 取 则： 2m i n0 . 6 9 3 3 7 0 2 3 . 3 1 ( )2 2 0 5 %dKUL m HI    使输出电流连续的临界电感量 L 平 L 平 =LLM2LB= =(mH ) 电抗器电感量应大于 15 mH 保护电路的设计计算 过电压保护 ① 交流侧过电压的保护如图 31 图 41 交流侧过电压保护电路 采用 RC 过电压抑制电路如图一所示，在变压器次级并联 RC 电路，以吸收变压器铁心的磁场释放的能量，并把它转换为电容器的电场能而存储起来，串联电阻是为了在能量转换过程中可以消耗一部分能量并且抑制 LC 回路可能产生的震荡。 本设计采用三相全控桥整流电路，变压器的绕组为△ — Y 联结，阻容保护装置采用三角形接法，故可按下式计算阻容保 15 护元件的参数 )(%631 220 FUSiC T  电容 C 的耐压 ： )( 2 VUU C  )(%% 02 2  iUSUR KT 电阻 R 的功率： )()4~3( 2 WRIP CR  )(102 6 AfC UI CC   式中 ST— 变压器每相平均计算容量（ VA） U2— 变压器次级相电压有效值（ V） %0i — 励磁电流百分比，当 ST≤几百伏安时 %0i =10，当 ST≥ 1000 伏安时%0i =3~5 UK%— 变压器的短路 电压百分比 IC,UC— 当 R 正常工作时电流电压的有效值（ A， V） 对于本设计， UK%=5， %0i =5， ST=（ 1）电容器的计算 230221 106 % 2 5 ( )3 370TSC i FU      ,取 4 F 21 . 5 3 2 1 . 5 6 3 7 0 1 3 5 9 ( )CU U V      ,取 1200V 选择 C =4μ F，耐压 1200V 的金属化纸介电容 (2) 电阻值的计算 2 2230 % 3 7 0 53 2 . 3 6 . 9 1 9 . 4 9 ( )% 4 8 . 4 7 1 0 5KTUUR Si     取 R=20 RC 支路电流 IC近似为 662 10 2 3. 14 50 4 37 0 10 0. 46 ( )CCI fCU A          电阻 R 的功率为 2 2( 3 ~ 4 ) ( 3 ~ 4 ) 0 .4 6 2 0 1 2 .6 9 6 ~ 1 6 .9 2 8 ( )RCP I R W     16 ② 直流侧的过电压保护如图： 图 32 直流侧过电压保护电路 图 42 直流侧过电压保护 整流器直流侧开断时，如直流侧快速开关断开或 桥臂快熔熔断等情况，也在 A、 B之间产生 过电压，如图 32 所示本设计用非线性元气件抑制过电压，在 A、 B 之间接入的是压敏电阻。 压敏电阻的额定电压 U1mA 的选取可按下式计算  101 .8 ~ 2 .2 ( )m A dU U V Ud0为晶闸管控制角  =00 时直流输出电压 对于本设计：    101 . 8 ~ 2 . 2 1 . 8 ~ 2 . 2 2 4 2 4 3 5 . 6 ~ 5 3 2 . 4 ( )m A dU U V    用于中小功率整流器操作过电压保护，压敏电阻通流容量可选择（ 3~5） KA ③ 晶闸管换相过电压保护 如图： 图 43 换相过电压保护电路 如上图，在晶闸管元件两端并联 RC 电路，起到晶闸管换相过电压的保护。 串联电阻 R 的作用一是阻尼 LTC 回路的震荡，二是限制晶闸管开通瞬间的损耗且可减小电流上升率 di/dt。 R、 C 值可按经验数据选取，对于本设计晶闸管额定电流为 220A，故C 可取 F ,R 可取 20 . 过电流保护 如图 ： 图 44 过 电流保护电路 17 第五章 驱动控制电路的选型设计 集成触发电路 集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。 随着集成电路制作技术的提高。 晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及。 目前国内常用 KJ 和 KC 系列，两者生产厂家不同，但很相似。 采用 KJ004 集成触发电路的同步电压应滞后于主电路电压 180 度的触发触发脉冲。 其工作原理可参照锯齿波同步的触发电路进行分析，或查阅有关的产品手册。 集成电路只需用 3 个 KJ004 集成块和隔离电路组成，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥触发电 路，如图 51 所示： 图 51 采用集成化六脉冲触发电路的三相全控桥整流电路。