牛头刨床自然环流可逆调速系统设计本科论文

牛头刨床自然环流可逆调速系统设计本科论文内容摘要：

统设计 5 图 15 𝛼 = 𝛽配合控制的可逆调速系统原理框图 晶闸管装置输出的电压是脉动的， 𝑈𝑑𝑜𝑓和 𝑈𝑑𝑜𝑟的瞬时值并不相等。 𝑈𝑑𝑜𝑓 𝑈𝑑𝑜𝑟时，产生正向瞬时值电压差，从而产生瞬时环流 [4]。 抑制瞬时脉动环流的办法是在环流中串入电抗器，叫做环流电抗器或称均衡电抗器。 𝛼 = 𝛽配合控制下，可以消除直流平均环流，但是一定有瞬时环流存在，所以称为有环流可逆调速系统。 如果系统中不施加其他的控制，则瞬时脉动环流是自然存在的，因此又称为自然环流系统。 𝛼 = 𝛽配合控制有环流工作原理 不可逆直流调速系统，电动机只能朝一个方向旋转。 它适用于不要求改变电动机旋转方向，且对停车的快速性也没有特殊要求的生产机械。 但是在很多情况下都要求电动机能正、反转 ，或者要求有电气制动以缩短制动时间，如牛头刨床工作台的往返运动 ，此时必须采用可逆调速系统。 所谓自然环流可逆调速系统，是系统中没有直流环流仅有脉动环流，按 α = β配合控 制的有 环流可逆调速系统。 (直流平均环流：由晶闸管装置输出的直流平均电压差所产生的环流称作直流平均环流。 瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差虽为牛头刨自然环流可逆调速系统设计 6 零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。 ) α = β配合控制下，可以消除直流平均环流，但是一定有瞬时环流存在，所以称为有环流可逆调速系统。 如果系统中不施加其他的控制，则 瞬时脉动环流是自然存在的，因此又称为自然环流系统。 自然环流可逆 直流 调速系统的工作过程 在进行触发移相时，当一组晶闸管装置处于整流状态时，另一组便处于逆变状态，这是指控制角的工作状态而言的。 实际上，这时逆变组除环流外并不流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它是处于 “ 待逆变状态 ” ，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。 当需要制动时，只要改变控制角，同时降低 𝑈𝑑𝑜𝑓和 𝑈𝑑𝑜𝑟，一旦电动机的反电动势 𝐸 |𝑈𝑑𝑜𝑓| = |𝑈𝑑𝑜𝑟|时，整流组电流将被截止，逆变组才能 真正投入逆变状态，使电动机产生回馈制动，将电能回馈电网。 同样，当逆变组回馈电能时，另一组也是在等待着整流，可称为处于 “待整流状态 ”[5]。 所以，在这种 α = β配合控制下，负载电流可以很方便地按正反两个方向平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。 牛头刨自然环流可逆调速系统设计 7 第二章 自然 环流可逆调速系统－主电路设计 主电路原理及电路图 作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。 一般的变压器有整流跟变压两项功能 ,其中整流是把交流变直流。 整流的过程中 ,采用 三相 桥式 全控 整流电路 [6]。 在三相桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置 4 个环流电抗器。 主回路原理图如 图 21 所示。 图 21 主电路原理图 可控整流的原理：当晶闸管的阳极和阴极之间承正向电压并且门极加触发信号晶闸管导通，并且去掉门极的触发信号晶闸管依然维持导通。 当晶闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信号晶闸管关断。 晶闸管导通的条件：受正向阳极电压，同时受正向门极电压，一旦导通后，门极信号去掉后晶闸管仍导通。 晶闸管维持导通的条件：继续受正向阳极电压，同时流过晶闸管的电流大于它的维持电流。 晶闸管关断条件：必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加一反电压，或者设法使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 主电机选择 牛头刨床的原动件运动形式为连续回转，可以选择的原动机为内燃机、液压马达、气动马达和电动机。 电动机的功率 /重量比大，输出刚度硬，单向回转，噪声小，初始~ VF VR A B C a b c M 牛头刨自然环流可逆调速系统设计 8 成本低，运转费用是各种原动机中最低的，且维护 要求较少，功率范围非常广。 所以，综合各方面条件，确定选择电动机为原动件。 电动机又有各种类型，如交流异步电动机、直流电动机、交流变频变速电动机、伺服电动机、步进电动机和力矩电动机等。 直流电机具有较好的调速性能直流电动机 可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 而且具有较大的起动力矩。 可以均匀而经济地实现转速调节。 因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。 根据牛头刨床的工作特点选用 ZT2 系列广调速直流电动机， 该电机拥有广泛调速的特点，其主要参数： 输出功率： 𝐾𝑊 额定电压： 220𝑉 额定电流： 50𝐴 功率因数： 电枢电阻： 𝛺 电枢回路电感： 100𝑚𝐻 过载系数： 飞轮力矩： 𝑘𝑔𝑚2 额定转速 ： 1500𝑛∕ 𝑚𝑖𝑛 环流电抗器 为了抑制瞬脉动缓流，可在换流回路中串入电抗器，叫做环路电抗器。 环流电抗器的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的 5%~10%来设计。 三相零式反并联可逆线路必须在正反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载而饱和，失去限流作用 [7]。 再三向桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置四个环流电抗器。 𝐿 = 𝑈210%𝐼𝑛= 30𝑚𝐻 整流变压器的 计算与 选 取 整 流变压器是直流调速系统中一种关键设备，其阀侧向电压选择的又是一个影响系统性能的重要因素。 电压选得过高，将会使变压器的容量不必要的加大而造成浪费。 还会增加运行中的无功功率。 选得过低，将影响系统的工作性能 或使电动机的最高转速达不到设计要求。 通常在计算时要考虑以下三个因素： 牛头刨自然环流可逆调速系统设计 9 (1)电网电压波动。 一般要按规定容许的最低电网电压来考虑。 (2)电流变化时产生的压降。 一般按最大工作电流考虑。 (3)最小延迟角 𝛼𝑚𝑖𝑛。 阀侧 相 电压计算 当采用三相桥式整流电路并带有转速反馈调速系统时，一般可按下面的公式来计算： 不可逆系统： 𝑈2 = (~𝑈𝑁)∕ √3 可逆系统： 𝑈2 = (~𝑈𝑁)∕ √3 式中， 𝑈𝑁为电动机额定电压 𝑈2 = 𝑈𝑁 ∕ √3 = 𝑉 取 𝑈2 = 150𝑉。 阀侧 相 电流计算 整 流变压器阀侧 相 电流可按下式计算： 𝐼2 = 𝐾𝐼𝑉𝐼𝑁 其中 𝐾𝐼𝑉 = （三相桥式） 则 𝐼2 = 50 = 𝐴 综上变压器容量 S 为： 𝑆 = 3𝑈2𝐼2 = 𝐾𝑉𝐴 取 𝑆 = 20𝐾𝑉𝐴。 整流电路晶闸管的 计算与 选择 （ 1） 额定断态重复峰值电压和反向重复峰值电压 由于采用三相桥式整流电路，所以晶闸管承受的最大反向电压： 牛头刨自然环流可逆调速系统设计 10 𝑈𝑅𝑀 = √6𝑈2 = 539𝑉 其晶闸管与阴极间的最大正向电压： 𝑈𝐹𝑀 = √2𝑈2 = 𝑉 考虑安全余量，电压为： (2~3)𝑈RM = 1078~1617𝑉 取 𝑈RM = 1700𝑉。 （ 2） 电流额定 由于晶闸管是一种具有较少热惯性的元件，在使用中要保证在任何条件下晶闸管的最高工作温度都不得超过其允许的额定结温。 所选用的晶闸管应留有一定的功率余量，其额定电流应高于受控电路的最大工作电流 ~。 当整流电路的电感足够大，整流电流连续时，对于三相桥式整流电路，晶闸管的额定电流为： 𝐼𝑉𝑇(𝐴𝑉) = (~2)𝐼𝑁 = 100𝐴 根据计算所得参数及实际工作情况选取型号为 KP200A 的晶闸管。 晶闸管 触发电路 的选取 对三相桥式全控整流电路，六个晶闸管需要依次轮流触发。 为了确保实现每个晶闸管的准确导通，可采用两种方法实现：一是提供宽度大于 60176。 小于 120176。 的宽脉冲，二是提供间隔 60176。 的双窄脉冲。 前者需要触发电路输出较大的功率，进而使脉冲变压器功率也相应增大，所以很少采用，一般都采用双窄脉冲 [8]。 由分立元件组成的晶闸管电路的触发电路种类很多，有阻容移相 桥触发电路、单结晶体管触发电路及同步信号为正弦波以及同步信号为锯齿波的触发电路等，这些电路都有自己的特点和适用范围。 相比较而言，同步信号为锯齿波的触发电路由于不受电网波动和波形畸变的影响，同时具有较宽的调节范围和较强的抗干扰能力，因而得到了广泛应用。 此电路的输出为双窄脉冲 (也可为单窄脉冲 )，适用于必须有两相的晶闸管同时导通才能形成通路的电路，例如本例中的晶闸管三相桥式全控电路。 下图所示为同步信号为锯齿波的触发电路。 它由 5 个基本环节组成：锯齿波形成与脉冲移相控制环节；同步检测环节；脉冲形成、放大和输出环节； 双窄脉冲形成环节和牛头刨自然环流可逆调速系统设计 11 强触发环节。 VT VT6 两个晶体管构成一个“或”门电路，当两个晶体管都导通时， VT VT8截止，不会输出触发脉冲。 但不论哪个管子截止，都会使晶体管 VT5 集电极电压 uc5变为正电压，使得 VT VT8 管导通，从而输。