造纸机直流电机调速系统设计(编辑修改稿)

造纸机直流电机调速系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

环控制方案 利用集成运算放大器很容易组成 PI 调节器，选用集成运放为调节器的系统都设计成无静差系统。 速度外环采用 PI 调节器，消除了静态速降，解决了动、静态矛盾，运行中系统表现为线性的串级调节系统，如果扰动作用在电流内环，例如 电网电压的扰动，则电流环能够及时调节。 这是串级调速的主要优点，如果扰动在电流环以外，例如负载扰动，则仍需转速环进行调节，电流环采用 PI 调节器表现为电流的随动系统，电流反馈加快了跟随作用。 此方案可使系统调整方案，调速性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，装有定积分器，可以直接启动，完全可以满足系统对控制方案的要求，因此，控制方案选定为无静差转速，电流双闭环控制。 启动方案 1）启动要求 启动时必须满足两项要求、启动电流不能过大；启动过程中，启动转矩应足够大。 2）启动方法 启动方法有三种 ：直接启动；减压启动；电枢回路串电阻启动 ① 直接启动 直接启动时的机械特性如图 16 所示 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 11 图 16 他励直流电动机直接启动时的机械特性 只有额定功率在几百瓦以下的直流电动机才能在额定电压下直接启动，容量较大的电动机启动时必须采取措施限制启动电流。 ② 减压启动 电动机的电枢回路由专用可调电压的直流电源供电。 启动前先调好励磁电流，然后将电枢电压由低向高调节，减压 启动的机械特性如图 17 所示，最低电压所对应的人为特性上的启动转矩 Lst TT （负载转矩），随着转速上升，提高电压以获得需要的加速转矩，随着电压升高，电动机的转速不断地提高，最后稳定运行在 A 点。 图 17 他励直流电动机减压启动的机械特性 减压启动过程平滑，能量损耗小，但要求有单独的可调电压的有电流电源，启动设备负载，初投资大。 ③ 电枢回路串电阻启动 一般启动 电阻是多级电阻，在启动过程中将电阻逐级切除。 调速电机 922Z ，虽属于小型直流电动机，但工艺要求需要平滑启动，因此采用给定环节后加一个积分环节的减压启动，使电动机可以平稳启动 制动方案 1）能耗制动 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 12 ① 实现方法 如图 18 所示。 图 18 能耗制动实现方法 ② 机械特性 能耗制动时 ，电枢电压 U=0，因此 00n ， 有emTe ada TCC RRn 2 制动电阻 adR 的选择： adR 值越小，机械特性越平滑，起始制动转矩越大，制动就越迅速，但 adR 不能太小，否则制动电流和转矩将超过电动机允许值。 一般直流电动机的最大电流应限制在 NI 以内。 若选定最大制动电流为 maxI ，则电枢回路需串入的制动电阻值为 aaad RIER  )/( m a x ③ 特点：线路简单 可靠，反抗性负载的拖动系统可实现，准确停车，但由于制动转矩随转速下降而降低，故制动时间较长，能量消耗在电阻上，效率较低 2）反接制动 ① 实现方法 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 13 图 19 电源电压反接制动的接线 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 14 图 110 倒拉反接制动的接线 a） 电动状态 b）倒拉反接制动状态 ② 机械特性 机械特性方程ememNTe adaNe TnTCC RRC Un  02 )( ③ 特点 电动机从电网输入的功率和电动机轴上输入的机械功率（动能或位能）都消耗在电枢的电阻上，损耗大，经济性差。 3） 回馈制动 ① 实现方法 调速过程中的回馈制动：当电动机工作在电动状态，突然降低电枢电压，感应电动势来不及变化，会使 UEa ，实现回馈制动。 ② 机 械特性 )(2 emNTe adaNe TCC RRC Un  ③ 特点 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 15  在 |n|| 0n |时出现，不需改变电路接线，实现容易  回馈制动时，电动机变成发电机向电网回馈电能 ，节约能源，经济性好。 造纸机不要求反转不会经常制动，单用回馈制动的经济意义不大，而且使系统设计复杂化。 其要求减速平稳，准确停车，我们采用能耗制动为系统的制动方案。 图 111 双闭环调速系统的原理框图 第二章 主电路设计 主电路是在控制电路的控制下，向传动电动机提供电能的重要环节，它由三相 交流电源，整流装置，传动电机以及保护环节，附属元件构成，下面，将对主电路 参数作以计算，并对个别环节做简单的结构设计。 2． 1 整流变压器的设计 在晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压相 差不多的情况下，采自耦 变压器或由晶闸管装置经过进线电抗器与电网直接连接，但为了满足系统的技术性 能指标，已经选择了三相全控桥式整流，并且电机的额定电压选为 220V，这就要求交流供电电压为 100V左右 .  2UU d  ，与电网电压相差较大，为了使电机 正常工作，尽可能减小电网与晶闸管装置的相互干扰，为此采用整流变压器供电方 案。 1．变压器的接法 为了保证供电质量，应尽可能减少整流装置，供电电流中的三次谐波 (其它态 次谐波所占比重 很小 )。 0/Y 接法的三相变压器，因原绕组为三角形连接， 三次谐 波电流可以在原绕组中流通，于是励磁电流有三次谐波分量存在。 主磁通波形与原 付绕组中感应电势的波形都接近正弦波，系统整流变压器采用厶，吖” — ll 接法，以减 小高次谐波对系统的影响 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 16 2。 参数计算 电动机的额定参数 WPN 31040 VUN 220 AIN 210 mrnN /1000 aR AIJN  ]%[])(1[m a x0m a xaTDePDNaIIdWCUBAnUrIIdrrUDU 其中  NanD URIr 总电阻的标幺值 (中枢电路 )  UUA do 00m i n0   C o sC o sUUB doda 窄脉冲取值。 C=O． 5 (A， B， C 查表 7— 1)  电网电压波形系数 0/  ePNP CRI 对电机额定电流和额定电压的穴厂的标幺值 0PR 除 aR 外，其他电阻很小，忽略不计 Nd II 过载倍数 (负载较均匀 ) 5%KU 变压器短路比， 100kVA 以下的变压器取 5 n=2 三相全控桥 L 流过两只可控硅 VUr 1 则每个可控硅上的正向压降是 2． 5U， 因为品闸管的导通角为 0120 ][)(2])(1[2202 U = V 取 122V 2)次级相电流 2I 和初级相电流 1I 12 238 021  UUk 取 k=3 因整流变压器供电的主电路采用三相全控桥式整流，其负载是调速电机，属于 大电感负载，所以初级和次级电流波形为矩肜波，二次电流 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 17 AK IKIAIIIdnldd 12 3）次级容量，初级容量和平均计算容量 321 mm 变压 器初，次级相数 k V ASSSk V AIUmSk V AIUmS)(21)(21655738032122221111 考虑到变压器的过载，要留有一定裕量，取 100kVA。 2． 2 整流元件的选择 合理地选择元件的额定电压和额定电流能够使晶闸管装置在保证可靠运行的 前提下降低成本，整流元件的选择与负载的性质，整流电压平均值，整流电流平均 值，整流电路形式，晶闸管控制角的大小有关，为简化计算，这里取 00 选择 晶闸管电流额定。 元件的额定电压 kedU VUU VUU mkesm )~()3~2( 2   取 VUked 1000 2．整流元件的额定电流 TI 负载的额定电流为 210A，过载倍数取 A IkkIkI dfbfbdfT )231~() 210()2~()2~()2~(   取 200A 选六只晶闸管 (型号 GKP 10200  ，组成三相全控桥） 可控硅保护元件的选择 晶闸管虽然有很多优点，但它承受过电压和过电流的能力较差，因此，要针对 过电流和过电压的产生原因采取相应的保护措施。 l，过电压保护 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 18 图 21 通常采用的过电压保护措施 过电压是指超过正常工作时晶闸管应该承受的最大电压。 当正向电压超过晶闸管的正向转 折电压 0BU 时，会使晶闸管硬开通，不仅会使电路工作失常，且多次硬开通会使晶闸管的正向转折电压降低甚至损坏；当反向电压超过晶闸管的反向击穿电压时，晶闸管会因反向击穿而损坏。 所以采取相应的抑制过电压的保护措施是必要的。 保护电路形式如图 2— 1 所示。 (一 )关断过电压及保护 由了晶闸管关断过程引起的过电压，称为关断过电压。 1)交流侧阻容保护 装置在正常工作时，三相整流桥把电容 71C 的电压充到三相线电压的峰值，过 电压时 ， 电容 71C 的电压被进一步提高 (储能 )，过电压过去之后， 电容 71C 通过电 阻 71C 放电 (耗能 )，再回到线压的峰值。 耐压 VU 2  取 FC 601 7  ，耐压 400V SCRc 5 因此， CR 的范围应是 674 105111031  CRC 即： ) 3 3 31( 7  R 由于工艺对传动系统快速性要求不高， 71C 取 2k  并应使电阻的功率721 )2()4~3(CLRU 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 19 ( LU2 是变压器次级电压有效值 )= W)~134(2020 12232)4~3(  取 200W fC 601  400V选三只 CD1G200F400V并联 kRc 21 200W 选一只 nZG ， 200A 1R=1 50W 选一只 RXY 型线绕电阻 2)压敏电阻保护 (非线性电阻保护 ) 对于三相电路有 Y、  两种压敏电阻的接法 该系统电压较低，采用  接 当过电压过来后，电压被抑制到残压 VU ，由于通过较大的放电电流 I ，所以能 将浪涌的能量消耗掉，浪涌以后，一切又恢复正常，压敏电阻受到低于额定电压、mAU1 的电压 压敏电阻的计算方法还不成熟，通常可以按下式计算压敏电阻的额定电压 LmA UU 21 2)~(  VUU LmA 21  取 400A 故选三只 31MY 一 440／ 的压敏电阻 3)直流侧 (压敏电阻保护 )同上 VUUUUUUmAddNmA 3 8 8 51 2 1221 取 800V 选一只 31MY 一 830／ 0． 5 的压敏电阻 为防止压敏电阻长期过流烧坏，在压敏电阻支路串联一只 RS500/50 快速熔断器 2．换相过电压保护 电容 C 也可按经验公式得出 FFIC T  )~(10)4~2( 3   取 F 耐压 VU mA 9 81 2 26 1  取 500V  )30~10(R 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 20 取 选六只 % 0 012 JJC 六只 RXY7． 520 一177。 5% 组 成阻容保护 3．过电流保护 (保护晶闸管和压敏电阻 ) 产生过电流的原因 1)． 由于电网电压波动太大，拖动的负载超过允许值，使得流过晶闸管的电流随之增加而超过额定值。 2)．由于电路中晶闸管误导通或器件故障 (反向击穿或正向阻断能力丧少），使得相邻桥臂的晶闸管导通引起两相电源短路，形成过电流。 3)．整流电路直流输出端短路：逆变电路发生换流失败引起逆变颠覆都会产生较大的短路电流。 元件选择 1)每个晶闸管支路均串联一只快速熔断器 额定电压 VUU rNrN :  取 500V 额定电流 rNI ： AI rN   取 300A 选。