10kv直流调速系统设计(定稿)(编辑修改稿)

10kv直流调速系统设计(定稿)(编辑修改稿)内容摘要：

m in 2 r2 .3 4 c o sd s T d a dU U n U U U U        （ 34） 将有关各量代入整理可得 2 cum i n 2%2 . 3 4 c o s 2 . 3 4 c o s100d s Tkg x gU n U UU upK K K S      （ 35） 本设计取负载系数  ，  ，短路电压百分比 %5ku  ，初次设计铜耗可略去不计， sn 取 2， 0min 25  ，r 2 . 50 . 2 5 % 2 2 0 0 . 5 5 V1000dNUU     ，取管压降 T  V。 将上述数据代入式（ 35）可得 2cum in20%2 . 3 4 c o s 2 . 3 4 c o s1002 2 0 2 0 . 8 0 . 5 552 . 3 4 0 . 9 5 c o s 2 5 1 . 5 1 . 1 71001 1 6 . 1 3 Vd s Tkg x gU n U UUupK K KS           可取 2 110VU 。 变压器变比 1221380 3 .4 5110UIK     （ 36） （ 2）变压器一次侧和二次测相电流 1I 和 2I 的计算。 变压器二次测电流有效值 2I 与整流 电流平均值 dI （ dNII ）关系 【 2】 2 2 ddI I I （ 37） 所以 2 0. 81 6 0. 81 6 0. 81 6 55 45dNI I I A A      由式（ 36）得 20 21 451 . 0 5 1 . 0 5 1 3 . 73 . 4 5IIAK     （ 3）变压器容量 S 的计算。 由变压 器容量计算公式，得 1 1 13 3 38 0 13 .7 15 .6 kV AS U I     2 2 23 3 11 0 45 14 .8 5k V AS U I        1211 1 5 . 6 1 4 . 8 5 1 5 . 3 k V A22S S S     考虑励磁功率  2 2 0 1 .6 W 0 .3 5 2 k WLP   ，取变压器容量 S=，1 14I  A， 2 46I  A。 变压器参数归纳如下： 初级绕组三角 形接法， U1=380V， I1=14A；次级绕组星形接法， U2=110V，I2=46A；等值容量 ST= 晶闸管的选择 （ 1）晶闸管的电压定额 TNU。 晶闸管正、反向重复峰值电压为 26U ，即 26 2 6 9 . 4 4 VmUU   取  2 3 5 3 8 . 8 V 8 0 8 . 3 VT N mUU  （ 2）晶闸管通态平均电流 TaI。 晶闸管通过电流有效值为 VT 55 31 .8A333dNIII  晶闸管通态平均电流 TaI 应取为 【 3】    VTTa 3 1 . 81 . 5 2 1 . 5 2 3 0 . 4 4 0 . 5 A1 . 5 7 1 . 5 7II    根据上 TNU eU 、 TaI 的值，选 KP50－ 7 晶闸管元 件。 平波电抗器参数计算 21 为了限制输出电流脉动和保证最小负载电流时电流连续，整流器主电路中常要串联平波电抗器。 这两方面的技术要求就是设计平波电抗器电感量的依据。 （ 1）限制负载电流脉动的电感量 mL。 整流器输出电压为脉动波形，因此由整流电源供电的负载中电流也是脉动的，该电流可以分解成直流分量和各次谐波交流分量。 直流电动机负载需要的只是直流分量，交流分量不但不能产生有用的能量转换，而且对负载运行十分不利。 串联平波电抗器可以减小电流中的交流分量，使 负载获得较为平稳的直流电流。 输出脉动电流中最低频率的交流分量幅值 Iam 与输出脉动电流平均值 Id 之比，称为电流脉动系数 m ，即 m am dII 。 根据允许电流脉动系数 m ，可以计算出限制输出电流脉动的电感量 mL。 一般，三相整流电路取 m 为 5%～ 10%,单相电路 取 m 小于 20%。 由表 31 可查得常见整流电路最大的 2amUU。 设电感量为 mL 时，交流电流分量中最低次谐波频率的幅值为 2 amam dmUI fL （ 38） 于是，将 m am dII  代入（ 38）得 33221 0 1 022amammd a m d m dUU UULf I f I      （ 39） 式中， df 为输出电压或电流交流成分中最低次谐波频率值，常见电路 df 值见表31。 根据 式 （ 39）有 3322 0 . 4 6 1 1 01 0 1 0 6 . 9 8 m H2 2 3 0 0 7 % 5 5ammd m dUUULfI        （ 310） 22 表 31 计算有关电感量的计算系数 电路名称 LK df mU 2amUU 单相全控桥 100 22U 三相半波 150 26U 三相全控桥 300 26U 带平衡电抗器 的双反星型 300 26U （ 2）使输出电流连续的临界电感量 L。 当可控整流器负载电流低于一定程度时，会出现输出电流不连续的现象，对电动机等负载的工作将产生不利的影响。 当负载最小连续电流为 mindI 时，为保证电流连续所需的回路总电感量 L 为 2minLLdULKI （ 311） 式中， L 为回路总电感量， mH； LK 为临界电感计算系数，各种整流电路的 LK 值见表 31。 根据公式（ 310）有 2m i n1100 . 6 9 3 2 7 . 7 2 m H5 5 5 %LLdULK I    （ 312） 式中， mindI 取 5%Id。 （ 2）主回路平波电抗器总电感量 zL 计算。 在工程设计中，为满足限制电流波动和保证电流连续这两方面的要求，主电路中总电感量 zL 应取式（ 310）和式（ 312）计算结果中的最大者。 ，即  m a x , 2 7 . 7 m Hz m LL L L （ 313） 由式（ 313）得出的电感量是电路中的总电感量，其中包括平波电抗器电感量 PL 、电 动机电枢电感量 DL 、整流变压器折算到次级的电感量 TL。 23 整流变压器折算到次级的电感量为 332dN1 1 0 81 0 1 . 2 2 1 0 0 . 6 2 m H1 0 0 2 5 0 5 5 1 0 0kT T L uULK I       （ 314） 式中， TL 为整流变压器折算到次级的电感量， mH； TLK 为整流变压器漏抗计算系数，三相全控整流桥取 【 4】 ； dNI 为整流器输出额定电流， A；  为电源频率， 2 sf ， rad/s。 满足设计要求的平波电抗器 PL 的电感量为 P z D 2 2 7 . 7 7 2 0 . 6 2 1 9 . 4 6 m HTL L L L        （ 315） 式中， DL 为电动机电枢回路电感量，已知为 7mH；对于三相桥式整流电路，整流回路中变压器为两相串联，因此计算时取 2TL 代入。 最终，取平波电抗器 P 20mHL 。 整流设备保护电路计算 电力电子器件承受过电压和过电流的能力较低，一旦电压电流超过额定值，器件极易损坏造成损失，需要采取保护措施。 电力电子装置的过电压和过电流，是由于外部或内部的状态突变造成的，例如雷击，线路开关（断路器）的分合，电力电子器件的通断都引起 了电路状态的变化，电路状态的变化将引起电磁能量的变化，从而激发产生很高的过电压。 电力电子装置负载过大（过载），电动机堵转，以及短路等故障会引起装置的过电流。 因此，晶闸管的保护成为调速系统主电路的重要组成部分。 这里主要 说明 过电压和过电流保护的方法 及计算。 过电压保护 过电压保护的设置 按 过电压保护的部位来分，有交流保护、直流保护和器件保护。 过电压保护设置如图 图 32 所示。 24 图 32 过电压保护方法及配置位置 A－避雷器； B－接地电容； C、 G－阻容保护； D－整流式阻容保护； E、 H－压敏电阻； F－换相过电压保护； 阻容保护及参数计算 （ 1）交流侧阻容保护及参数计算。 为吸收变压器释放出来的磁场能量，可在变压器二次测并联电阻和电容吸收电，由于电容两端的电压不能突变，可以快速吸收造成过电压的磁场能量；电阻可以起阻尼作用，并可在电磁过程中消耗造成过电压的能量。 如 图 32 中 C 处。 交流侧阻容保护元件参数的计算与整流器的容量有关。 阻容吸收装置中， 1C （ μF ）的计算公式为 【 3】 21121 1 0 . 0 2 4 51 7 3 2 0 0 . 5 5 μ F33 5 0 1 1 0 3gslICK fU      （ 316） 1R 的阻值 （  ）计算公式为【 3】 ， 212 2 1 1 0 33 3 0 . 1 7 1 0 7 . 9 70 . 0 2 4 5lg URK I      （ 317） 1R 的功率 （ W ）计算公式为【 3】    2 21 3 2 1 0 . 2 5 0 . 0 2 4 5 1 0 7 . 9 7 5 . 4 6 WgP K I R      （ 318） 以上各式中， 2lU 为变压器次级空载线电压， V； 2I 为变压器次级线电流， A： sf为电源频率， Hz； 1gK 、 2gK 、 3gK 为计算系数，对三相桥 式电路，分别为 173 【 3】 ；  为变压器励磁电流对额度电流的标么值，一般取 ～。 阻容吸收电路采用三角形接法，电容值 1 2 3 0 .5 5μFC C C  ，电阻值 25 1 2 3 120R R R   ，电阻 功率 1 2 3 WP P P  。 （ 2）直流侧阻容保护及参数计算。 直流侧也有可能发生过电压。 当快速熔断器熔断或直流快速开关切断时，因直流侧电抗器释放储能，会 在整流器直流输出端造成过电压。 另外，由于直流侧快速开关（或熔断器）切断负载电流时，变压器释放的储能也产生过电压，尽管交流侧保护装置能适时地保护这种过电压，仍会通过导体的晶闸管反应到直流侧，为此，直流侧也应装设过电压保护，用于抑制过电压。 如 图 32 中 G 处。 阻容吸收装置中， dC （ μF ）的计算公式为 【 3】 0 . 0 2 3 . 8 51 2 1 2 4 4 1 2 1 2 4 4 0 . 6 2 μ F6 5 0 5 0 . 6amd d a mIC fU     （ 319） dR 的 阻值 （  ）计算公式为【 3】 5 0 . 60 . 0 5 8 0 . 0 5 8 3 5 . 1 10 . 0 2 3 . 8 5amd amUR I     （ 320）。