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1、、八冃U言电动机作为一种有利工具,在日常生活中得到了广泛的应用.而直流电动机 具有很好的启动,制动性能,所以在一些可控电力拖动场所大局部都采用直流电 动机.而在直流电动机中,带电压截止负反应直流调速系统应用也最为广泛,其广 泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动限制.他通常采 用三相全桥整流电路对电机进行供电,从而限制电动机的转速,传统的限制系统 采用模拟元件,比方：晶闸管、各种线性运算电路的等.虽在一定程度上满足了 生产要求,但是元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响,并且线路复杂,通 用性差,限制效果受到器件性能、温度等因素的影响,从而致使系统的运行特征 也随着变化,所以
2、系统的可靠性及准确性得不到保证,甚至出现事故.直流调速 系统是由功率晶闸管、移相限制电路、转速电路、双闭环调速系统电路、积分电 路、电流反应电路、以及缺相和过流保护电路.通常指人为的或自动的改变电动 机的转速,以满足工作机械的要求.机械特性上通过改变电动机的参数或外加电 压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机的机械特性和工作特性的机 械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化由于本人和水平有限,错误或不当之处再所难免,期望批评和指正第1章 主电路选型和闭环系统的组成1.1 V M系统简介晶闸管一电动机调速系统简称 V M系统,其简单原理图如图1.图中 VT是晶闸管的可控整流器,它可以
3、是单相、三相或更多相数,半波、全波、半 控、全控等类型.优点：通过调节触发装置 GT的限制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变 整流电压从而实现平滑调速.缺点：1 由于晶闸管的单向导电性,它不允许电流反向,给系统的可逆运行造成 困难.2元件对过电压、过电流以及过高的 du/dt和di/dt都十分敏感,其中任一 指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件.因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件,而且在选择元件时还应 有足够的余量.1.2主电路确实定虽然三相半波可控整流电路使用的晶闸管个数只是三相全控桥整流电路的一半,但它的性能不及三相全控桥整流电路. 三相全控桥整流电路是目前应用最 广泛的整流
4、电路,其输出电压波动小,适合直流电动机的负载,并且该电路组成 的调速装置调节范围广将近50.把该电路应用于本设计,能实现电动机连续、 平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求 .三相全控桥整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极组和共阳极组串联电路,如图六所示.三相全控桥整流电路可实现对共阴极组和共 阳极组同时进行限制,限制角都是 .在一个周期内6个晶闸管都要被触发一次, 触发顺序依次为：VT vt2 vt3 vt4 vt5 vt6 ,6个触发脉冲相位依次相差60.为了构成一个完整的电流回路,要求有两个晶闸管同时导通,其中一 个在共阳极组,另外一个在共阴极组.为此,晶闸管必须严格
5、按编号轮流导通. 晶闸管VTi与VT4按A相,晶闸管VT3与VT6按B相,晶闸管VT5与VT?按C相, 晶闸管VTi、VT3、VT5接成共阳极组,晶闸管VT4、VTe、VT2接成共阴极组.在 电路限制下,只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸 管,以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管,同时导通时,才构成完整的整流电路.由于电网电压与工作电压U2常常不一致,故在主电路前端需配置一个 整流变压器,以得到与负载匹配的电压,同时把晶闸管装置和电网隔离, 可起到 降低或减少晶闸管变流装置对电网和其他用电设备的干扰.考虑到限制角a增大,会使负载电流断续,并且负载为直流
6、电动机时,由 于电流断续和直流的脉动,会使晶闸管导通角B减少,整流器等效内阻增大,电 动机的机械特性变软,换向条件恶化,并且增加电动机的损耗,故在直流侧串接 一个平波电抗器,以限制电流的波动分量,维持电流连续.为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害,电路中加 入了过电压、过电流保护装置.AO-EOC第二章闭环调速系统的组成开环直流调速系统调节限制电压 UC就可改变电动机的转速.如果负载的生 产工艺对运行时的静差率要求不高,这样的开环调速系统都能实现一定范围内的 无级调速,但是,对静差率有较高要求时,开环调速系统往往不能满足要求.这 时就要米用闭环调速系统.采用PI调节的单个转速
7、闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现 转速无静差.第3章调速系统主电路元部件确实定及其参数计算3.1整流变压器容量计算3.1.1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) 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
8、的压降综合以上因素得到的U2精确表达式为：Uxl -taOitaa-/ IlIDO LA= Udo/U2,表示当限制角a =0时,整流电压平均值与变压器次级相电压有效值 之比.B=Uda /Udo,表示限制角为a时和a =0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, 1001000 千伏安的变压器取Uk%=580&为电网电压波动系数.根据规定,允许波动 +5%-10%,即卩 =1.050.9C是与整流主电路形式有关的系数ra|NRUN,表示电动机电枢电路总电阻 R 的标么值,对容量为15150KW的电动机,通常ra=0.080.04n Ut 表
9、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,公式中的限制角 应取30为宜.3 =0.9,A2.34,B= coscos300=,C=0.5, Uk%=52220 0.124400.06U气1-r品taA,I= 1)Wwo L262.35V2.34O.9 舟.5 佥54400.061.5 112 1取 U2=270V3.1.2次级电流I2和变压器容量：|2=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0.816且忽略变压器一二次侧之间的能量损耗,故
10、|2=0.816X 220=179.52AS=1/2 (S1+S2 =mUI 1=mU2l 2=3X 270X 179.52=145.41KVA3.2晶闸管的电流、电压定额计算3.2.1晶闸管额定电压Utn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 Um,考虑到电 网电压的波动和操作过电压等因素, 还要放宽23倍的平安系数,即按下式选取 Utn= (23) Um,式中系数23的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要 求程度而定.对于本设计,Um=、6U2,故计算的晶闸管额定电压为 Utn= (23)、6 U2= (23) 6 X 270=13231984V, 取 1800V3.2.
11、2晶闸管额定电流It(av)为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值. 即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值.可按下式计算：It(av)=(1.52)Kfb| MAX式中计算系数Kfb=Kf/1.57Kb由整流电路型式而定,Kf为波形系数,Kb为 共阴极或共阳极电路的支路数.当a=00时,三相全控桥电路Kfb=0.368故计算的晶闸管额定电流为 It(av)=(1.52)Kfb|MAX =(1.52) X 0.368 X (220 X 1.5)=182.16 242.88A,取 200A3.3平波电抗器电感量计算对于三相桥式整流电路L=0.69
12、3U2/ldmi n平波电抗器 L2=L-La3.3保护电路的设计计算3.4.1过电压保护：交流侧过电压的保护a图一采用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局部能量并且抑制 LC回路可能产生的 震荡.本设计采用三相全控桥整流电路,变压器的绕组丫联结,阻容保护装 置采用三角形接法,故可按下式计算阻容保护元件的参数1StC - 6io%-2 F3 U 2电容C的耐压 UC 1.5、3、2U2V3 2.3U22 .Uk%(St N i.电阻R的功率为2PR (3
13、4)|cR(W)6IC 2 fCUc 10 A式中S-变压器每相平均计算容量VAU2变压器次级相电压有效值Vio% 励磁电流百分比,当S-w几百伏安时io%=1O,当S- 1000伏安时i 0% =35Uk%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, i0%=5, St=145.41/3=48.47KVA1电容器的计算-6i 0% -ST23 U2348.47 1027026.6( F),取 7 FUc 1.5,3 Z2U2电阻值的计算6.9270 248.4710310.38(|C2 fCUc 103.14 50 6. 6 270 101.
14、246( A)1.5,6 270992(V),取 1200V选择C=7卩F,耐压1200V的金属化纸介电容)取 R=20RC支路电流lc近似为电阻R的功率为PR2 2(34)|cR (3 4) 1.2462 22103 136(W)直流侧的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,也会在 A、B之间产生 过电 压,如图二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,这是由氧化锌、 氧化铋等烧结制成的非线性电阻元件,它具有正反 向相同的很陡的伏安特性,击穿前漏电流为微安数量级,损耗很小,过电压时击穿后那么能通过达数千图安的浪涌电流, 所以抑制电
15、流水平很强压敏电阻的额定电压U1mA的选取可按下式计算U1mA 1.82.2 Ud0(V)Ud0为晶闸管限制角=0时直流输出电压对于本设计：U1mA1.82.2Ud01.82.2 2.34 270 11381390(V)通常用于中小功率整流器操作过电压保护时,压敏电阻通流容量可选择35KA晶闸管换相过电压保护如右图,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0.3 F ,R可取20.3.4.2过电流保护
16、在电路中串接的器件是快速熔断器,这是一种最简单有效而应用最普遍的过 电流保护元件,其断流时间一般小于 10ms,按图四接法熔断器与每一个晶闸管 元件相串联,可靠的保护每一个晶闸管元件.熔断器的额定电压、电流可按下式计算额定电压Urn :不小于线路正常工作电压的方均根值额疋电流：Irn KiKaI r(A)Ki 电流裕度系数,取Ki=1.11.5Ka 环境温度系数,取Ka=11.2I R 实际流过快熔的电流有效值对于本设计：因U2=270V,取Urn=550V ;119(A),1 ld 1220127.17A ,.3.3取 Irn =120A.因而可选取RS3型第4章驱动限制电路的选型设计KJ0
17、04可控硅移相电路可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发.器件输岀两路相差 180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路.电路具有输岀 负载水平大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输出端等功能与特点.一、电路工作原理：电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比拟放大电路和功率放大电路四局部组成.电原理见下列图：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1,流岀的充电电流和积分电容C1的数值.对不同的移相限制电压VY,只有改变权电阻 R1、R2的比例,调节相应的偏移电压VP.
18、同时调整锯齿波斜率电位器RW1,可以使不同的移相限制电压获得整个移相范围.触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大.R7和C2形成微分电路,改变R7和C2的值,可获得不同的脉宽输岀.的同步电压为任意值.II 12kJXk4内部凉那么妁二、封装形式电路采用双列直插 C 16白瓷和黑瓷两种外壳封装,外形尺寸按电子工业部部颁标准.?半导体 集成电路外形尺寸?SJIIOO 76IG 15 14 13 12 1110 912345678功能输岀空锯齿波形成-Vee(lkQ)空地同步输入综合比拟空微分阻容封锁调制输出+Vcc引线脚号12345678910111213141516三、典型接线图及各点波形同步串联电阻 R4的选择按右式计算：R4=同步电压123X103 (Q)各点波形式如右图所示