交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　十機(jī)架連軋機(jī)分布傳動(dòng)直流調(diào)速（機(jī)架序號(hào)7）</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性

2、集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主電路采用晶閘管三相全控

3、橋整流電路供電方案，控制電路由集成電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中有速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等。</p><p>　　本文所論述的是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主電路設(shè)計(jì)是依據(jù)晶閘管-電動(dòng)機(jī)（V—M）系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)由整流變壓器TR、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器L和電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。整流變壓器TR和晶閘管整流調(diào)速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電；平波電抗器L的功能是使輸出

4、的直流電流更平滑；電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組提供三相交流電源。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的5</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)的要求5</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)（十機(jī)架

5、連軋分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）6</p><p>　　（一）、連軋機(jī)原理6</p><p>　?。ǘ⒒緟?shù)6</p><p>　　(1)、電動(dòng)機(jī)參數(shù)6</p><p>　　（三）、設(shè)計(jì)指標(biāo)7</p><p><b>　?。ㄋ模┰O(shè)計(jì)要求7</b></p><p

6、>　　四、系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　?。ㄒ唬⒄{(diào)速方案的選擇8</p><p>　　(1)、電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇8</p><p>　　(2)、調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇9</p><p>　?。ǘ?、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　五、主電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算11</p>

7、;<p>　?。ㄒ唬┱髯儔浩鞯脑O(shè)計(jì)11</p><p>　?。?）、變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算12</p><p>　?。?）、一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算12</p><p>　?。?）、變壓器容量的計(jì)算12</p><p>　?。ǘ?、晶閘管元件的選擇13</p><p>　?。?）、

8、晶閘管的額定電流13</p><p>　?。?）、晶閘管的額定電壓13</p><p>　?。ㄈ?、晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算14</p><p>　　（1）、過(guò)電壓保護(hù)14</p><p>　?。?）、過(guò)電流保護(hù)15</p><p>　?。ㄋ模?、平波電抗器的計(jì)算15</p><p>　　

9、（五）、勵(lì)磁電路元件的選擇16</p><p>　　（六）、繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　六、觸發(fā)電路選擇18</p><p>　　七、晶閘管雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇18</p><p>　?。ㄒ唬㈦娏髡{(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)19</p><p>　?。ǘ⑥D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)2

10、1</p><p>　　八、控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算23</p><p>　　（一）、給定環(huán)節(jié)的選擇23</p><p>　?。ǘ⒖刂齐娐返闹绷麟娫?3</p><p>　　（三）、反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算24</p><p>　　（1）、測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇24</p><p>　　（2

11、）、電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇24</p><p>　　九、直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖25</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它不但起著提高本課程教學(xué)質(zhì)量、水平和檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容掌握程度的作用，而且還將起到從理論過(guò)渡到實(shí)踐的 橋梁作用。因此，必須認(rèn)真組織，

12、周密布置，積極實(shí)施，以期達(dá)到下述教學(xué)目的。</p><p>　?、?通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)充在交直流調(diào)速及相關(guān)課程方面的基本只是、基本理論和基本技能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　?、?通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和實(shí)事求是的工作作風(fēng)，達(dá)到提高學(xué)生基本素質(zhì)之目的。</p><p>　?、?/p>

13、 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生獨(dú)立完成一項(xiàng)直流或交流調(diào)速系統(tǒng)課題的基本設(shè)計(jì)工作，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)際查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料能力的目的。</p><p>　?、?通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程，了解設(shè)計(jì)步驟，掌握設(shè)計(jì)內(nèi)容，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程繪圖和編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書能力的目的，為學(xué)生今后從事相關(guān)方面的實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)的要求</b&g

14、t;</p><p>　?、?根據(jù)設(shè)計(jì)課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，在教師指導(dǎo)下，能夠獨(dú)立而正確地進(jìn)行方案論證和設(shè)計(jì)計(jì)算，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整。</p><p>　?、?要求掌握交直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法和步驟。</p><p>　?、?要求會(huì)查閱有關(guān)參考資料和手冊(cè)等。</p><p>　?、?要求學(xué)會(huì)選擇有關(guān)元件和參數(shù)

15、。</p><p>　?、?要求學(xué)會(huì)繪制有關(guān)電氣系統(tǒng)圖和編制元件細(xì)節(jié)。</p><p>　?、?要求學(xué)會(huì)編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)（十機(jī)架連軋分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）</p><p><b>　?。ㄒ唬?、連軋機(jī)原理</b></p><p>　　在冶金工業(yè)中，軋制過(guò)

16、程是金屬壓力加工的一個(gè)主要工藝過(guò)程，而連軋則是一種可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的先進(jìn)方法。其主要特點(diǎn)是被軋金屬同時(shí)處于若干機(jī)架之中，并沿著同一方向進(jìn)行軋制最終形成一定的斷面形狀。其軋制原理和過(guò)程如圖3-1所示。</p><p>　　連續(xù)軋制的基本條件是物質(zhì)流量的不變性，即S1v1=S2v2…=Snvn=常數(shù)，這里S1…Sn和v1…vn分別為被軋金屬的橫斷面積和線速度。而連軋機(jī)的電氣傳動(dòng)則應(yīng)在保證物質(zhì)流量恒定的前提

17、下承受咬鋼和軋制時(shí)的沖擊性負(fù)載，實(shí)現(xiàn)機(jī)架的各部分控制和協(xié)調(diào)控制。每個(gè)機(jī)架的上下軋錕公用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)實(shí)行集中拖動(dòng)，不同機(jī)架采用不同電動(dòng)機(jī)實(shí)行部分傳動(dòng)，各機(jī)架軋錕之間的速度則按物質(zhì)流量恒定原理用速度鏈實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制</p><p>　　物質(zhì)流量不變的要求應(yīng)在穩(wěn)態(tài)和過(guò)渡過(guò)程中都得到滿足，因此，必須對(duì)過(guò)渡過(guò)程實(shí)踐和超調(diào)量都提出相應(yīng)的限制。</p><p>　　連軋機(jī)的完整控制包括許多方面，本課題只考慮

18、軋錕拖動(dòng)的基本控制即調(diào)速問(wèn)題，并以十機(jī)架軋機(jī)為例，至于張力卷取問(wèn)題等將不涉及。</p><p><b>　?。ǘ?、基本參數(shù)</b></p><p>　　考慮到課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐有限，本課題直接給出各部分電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)作為設(shè)計(jì)條件，不再提及諸如軋制力、軋制轉(zhuǎn)矩、軋錕直徑等概念和參數(shù)，以便簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　(1)

19、、電動(dòng)機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　以十機(jī)架為準(zhǔn)，每個(gè)機(jī)架對(duì)應(yīng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，由此形成10個(gè)部分，各部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)集中列表3-1中，其中Pn(kW)為額定功率、Un(V)為額定電壓、In（A）為額定電流、nn[(r/min)]為額定轉(zhuǎn)速、Ra(Ω)為電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻、GD²a(N·m²)為電動(dòng)機(jī)飛輪力矩、P為極對(duì)數(shù)。Ifn(A)為額定勵(lì)磁電流。</p><

20、p><b>　?。ㄈ?、設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　① 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差。</p><p>　?、?動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量﹠i≤5%；啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量﹠n≤5%（按退飽和式計(jì)算）</p><p><b>　?。ㄋ模┰O(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?、?要求以轉(zhuǎn)速、電流雙

21、閉環(huán)形式作為系統(tǒng)的控制方案。</p><p>　?、?要求主電路采用三相全橋整流形式。</p><p>　　③ 要求系統(tǒng)具有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載和缺相保護(hù)。</p><p>　?、?要求觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。</p><p>　　⑤ 要求對(duì)1號(hào)機(jī)架拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置給定積分器，其他機(jī)架拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置給定速度鏈，以實(shí)現(xiàn)速度協(xié)調(diào)控制。</p>

22、<p>　　四 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬?、調(diào)速方案的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z2-62型，其具體參數(shù)如下表2-1所示</p><p>　　表2-1 Z2-62型電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇</p><p>　　變壓器

23、調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。靜止可控整流器又稱V-M系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM受

24、器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選V-M系統(tǒng)。</p><p>　　在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓Ud。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路。考慮使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約

25、一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。</p><p>　?。?）調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇</p><p>　　由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。</p>

26、<p>　　電動(dòng)機(jī)額定電壓為230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器應(yīng)采用D/Y聯(lián)結(jié)。</p><p>　　因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由過(guò)流繼電器切斷主電路電源。</p><p>　　為使線路簡(jiǎn)單，工作可靠，裝置體積小，宜選用K

27、J004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。</p><p>　　該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定。勵(lì)磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵(lì)磁后加電樞電壓，主接觸器主觸點(diǎn)應(yīng)在勵(lì)磁繞組通電后方可閉合，同時(shí)設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1所示。</p><p>　　（二）、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>

28、<p>　　采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二

29、者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升

30、速過(guò)程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)的框圖如圖4-1所示： </p><p>　　圖4-1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　五、主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　?。ㄒ唬┱髯儔浩鞯脑O(shè)計(jì)</p><p>　　

31、（1）、變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算</p><p>　　是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過(guò)低就會(huì)無(wú)法保證輸出額定電壓。選擇過(guò)大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即：</p><p><b>　　（3-1） </b></p><p>　　式中 --整流電路輸出電壓最大值；</p>

32、<p>　　--主電路電流回路n個(gè)晶閘管正向壓降；</p><p>　　C -- 線路接線方式系數(shù)；</p><p>　　--變壓器的短路比，對(duì)10～100KVA， =0.05～0.1；</p><p>　　/--變壓器二次實(shí)際工作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。</p><p>　　在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即：<

33、;/p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中A--理想情況下，α=0°時(shí)整流電壓與二次電壓之比，即A=/；</p><p>　　B--延遲角為α?xí)r輸出電壓Ud與之比，即B=/；</p><p>　　ε——電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；</p><p>　　1~1.2——考慮各種因

34、數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　由表查得 A=2.34；取ε=0.9；α角考慮10°裕量，則 B=cosα=0.985</p><p><b>　　取=122V。</b></p><p>　　電壓比K=/=380/

35、122=3.11。</p><p>　?。?）、 一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算</p><p>　　由表查得 =0.816, =0.816</p><p>　　考慮變壓器勵(lì)磁電流得：</p><p>　　=A=13.17A </p><p><b>　　=A=39.00A</b></

36、p><p>　?。?）、變壓器容量的計(jì)算</p><p>　??； （3-4）</p><p>　??； （3-5）</p><p>　??； （3-6）</p><p>　　式中m1、m2 --一次

37、側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；</p><p>　　由表查得m1=3，m2=3</p><p>　　=3×380×13.17=15.01 KVA</p><p>　　=3×122×39.00=14.27KVA </p><p>　　=1/2（15.01+14.27）=

38、14.64 KVA </p><p>　?。ǘ?、晶閘管元件的選擇</p><p>　　正確選擇晶閘管和整流管，能夠使晶閘管裝置在保護(hù)可靠運(yùn)行的前提下降低成本。選擇整流元件主要是合理選擇它的額定電壓Ukn和額定電流（通過(guò)平均電流）IT,它們與整流電路形式、負(fù)載性質(zhì)、整流電壓及整流電流平均值、控制角α的大小等因素有關(guān)。一般按α=0計(jì)算，且同一裝置中的晶閘管和整流管的額定參數(shù)算法相同。<

39、/p><p>　?。?）、 晶閘管的額定電流</p><p>　　選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過(guò)的額定電流有效值大于實(shí)際流過(guò)管子電流最大有效值[8]，即</p><p>　　或 ==K （3-8）</p><p>　　考慮（1.5～2）倍的裕量</p><p><b>　?。?-9）<

40、;/b></p><p>　　式中K=/（1.57）--電流計(jì)算系數(shù)。</p><p>　　此外，還需注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過(guò)+40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。</p><p>　?、诋?dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。</p><p>　?、坳P(guān)鍵、重大設(shè)備

41、，電流裕量可適當(dāng)選大些。</p><p>　　由表查得 K=0.368，考慮1.5～2倍的裕量</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　=A</b></p><p><b>　　=A</b></p><p>　　取=

42、30A。故選晶閘管的型號(hào)為KP30-7。</p><p>　?。?）、晶閘管的額定電壓</p><p>　　晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即</p><p>　　整流電路形式為三相全控橋，查表得，則</p><p>　　==V=V （3-7）</p>&l

43、t;p><b>　　取=800V。</b></p><p>　?。ㄈ?、晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。</p><p>　?。?）、過(guò)電壓保護(hù)

44、 </p><p>　　以過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)和器件兩端的過(guò)電壓保護(hù)三種。</p><p>　　【1】交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　阻容保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=14.64kvA, U2=122V<

45、/p><p>　　Iem取值：當(dāng) S≥10KVA時(shí)，取Iem=4KVA。</p><p>　　=µF=23.61µF</p><p>　　耐壓≥1.5Um =1.5×122×=258.8V</p><p>　　選取30µF,耐壓258.8V的CZDJ-2型金屬化紙介電容器。取=5KV，</p

46、><p>　　=Ω=2.6Ω，取3Ω</p><p><b>　　==1.15A</b></p><p><b>　　=W=W</b></p><p>　　選取3、14W的金屬膜電阻。</p><p><b>　　壓敏電阻的計(jì)算</b></p>

47、<p>　　=V=224.29V</p><p>　　流通量取5KA。選MY31-240/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（264V）。</p><p>　　【2】直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而

48、只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。</p><p>　　=(1.8～2.2) ×230V=414～460V </p><p>　　選MY31-440/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（484V）。</p><p>　　【3】晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù) </p><p><b>　　查下表：<

49、;/b></p><p>　　表3-1 阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定</p><p>　　抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.1～1.15倍。</p><p>　　由上表得C=0.5µF，R=10Ω，</p><p>　　電容耐壓≥1.5==1.5

50、5;×122=448.26V</p><p>　　（2）、 過(guò)電流保護(hù)</p><p>　　直流側(cè)快速熔斷器:容體額定電流IkRZ<1.5In=1.5*47.8=71.7A</p><p>　　交流側(cè)快速熔斷器:容體額定電流IKRJ<1.5I2=1.5*39=58.5A</p><p>　　晶閘管元件串聯(lián)快速熔斷器:容體

51、額定電流Ik<IKR<1.57IT=1.57*30=47.1A</p><p>　　總電源快速熔斷器:容體額定電流IKRD<1.5I1=1.5*13.17=19.7A</p><p>　?。ㄋ模?、平波電抗器的計(jì)算</p><p>　　為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過(guò)電抗器

52、的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。</p><p>　　【1】算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計(jì)算，單位mH。</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　式中為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；</p><p>　　為最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5％～10％計(jì)

53、算。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查得=0.693所以</p><p>　　=0.05=0.05×47.8A=2.39A</p><p>　　=mH=35.37mH </p><p>　　【2】限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量</p><p>　　由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此

54、輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量（單位為mＨ）可用下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中－系數(shù)，與

55、整流電路形式有關(guān)，－電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路≤（5～10）％。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查得=1.045, 所以</p><p>　　==26.67mH </p><p>　　【3】電動(dòng)機(jī)電感量和變壓器漏電感量</p><p>　　電動(dòng)機(jī)電感量（單位為mH）可按下式計(jì)算</p><p><

56、;b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中 、、n－直流電動(dòng)機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；</p><p>　　p－電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；－計(jì)算系數(shù)。一般無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8～12，快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取6～8，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取5～6。本設(shè)計(jì)中取=8、=230V、=47.8A、n=1450r/min、p=1</p><p>　　= mH =1

57、3.27mH </p><p>　　變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中－計(jì)算系數(shù)，查表可得</p><p>　?。儔浩鞯亩搪繁?，一般取5%～10%。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中取=3.9、=0.05</p&

58、gt;<p>　　所以= mH =0.005mH </p><p>　　【4】實(shí)際串入平波電抗器的電感量</p><p>　　考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電感量：</p><p>　　mH （3-15）</p><p>　　【5】 電樞回路總電感:</p><p>　　=22.09＋13.27

59、＋2×0.005 mH =35.37mH</p><p>　?。ㄎ澹?、勵(lì)磁電路元件的選擇</p><p>　　整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取700V。額定電流（取 =0）可查得K=0.367，</p><p>　　==(1.5～2)×0.367×0.956A=0.88～1.2A </p><p&

60、gt;　　可選用ZP型3A、700V的二極管。</p><p>　　R 為與電動(dòng)機(jī)配套的磁場(chǎng)變阻器，用來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場(chǎng)回路中串入了欠電流繼電器KA ，動(dòng)作電流通過(guò)R 調(diào)整。根據(jù)額定勵(lì)磁電流 =0.956A，可選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。</p><p>　　（六） 繼電器-接觸器控制電

61、路設(shè)計(jì)</p><p>　　為使電路工作更可靠，總電路由自動(dòng)開關(guān)引入，由于變壓器一次側(cè)電流，故可選CM1-100H型斷路器，其脫扣額定電流為85A。</p><p>　　用交流接觸器來(lái)控制主電路通斷，由于=39.00A ,故可選.</p><p>　　在勵(lì)磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器，吸引電流可在3/10～65/100范圍

62、內(nèi)調(diào)節(jié)，釋放電流在1/10～2/10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。</p><p>　　選用AL18-22Y型按扭，啟動(dòng)按扭用綠色，并帶有工作指示燈，停止按扭用紅色。選用XDX2型紅色指示燈。</p><p>　　圖3—1主電路圖電路</p><p><b>　　六、觸發(fā)電路選擇</b></p><p>　　選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，

63、其電路如電氣原理總圖所示。</p><p>　　從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為＜250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計(jì)算出 </p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　V=5.75V。</b></p&

64、gt;<p>　　因?yàn)?5.75V，3V，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為</p><p>　　取3:1。設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù).</p><p>　　觸發(fā)電路需要三個(gè)互差120°，且與主電路三個(gè)電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設(shè)計(jì)一個(gè)三相同步變壓器

65、。這里用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓器組來(lái)代替，并聯(lián)成DY型。同步電壓二次側(cè)取30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。</p><p>　　觸發(fā)器的電路圖如下圖4—1所示：</p><p>　　圖6—1集成六脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　七、 雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)</p><p>　?。ㄒ唬?、電流調(diào)節(jié)

66、器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)</p><p><b>　　【1】確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　已知s，s，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)</p><p>　　=0.0017+0.002=0.0037S。</p><p>　　【2】選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，

67、可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器。</p><p>　　電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù)</p><p>　　【3】電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)==0.0133s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以==，電樞回路總

68、電阻R=2=1.9Ω所以ACR的比例系數(shù) </p><p><b>　　=。</b></p><p><b>　　【4】校驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截止頻率==135.1。</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><b

69、>　　> ，滿足條件。</b></p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p

70、>　　【5】 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p><p>　　取運(yùn)算放大器的=40，有=1.70740=68.28，取70，</p><p>　　，取0.2，，取0.2。故=，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p><b>　　圖7—1電流調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　（二）、 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)</p&g

71、t;<p>　　【1】 確定時(shí)間常數(shù)：</p><p>　　有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　【2】選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：</p><p>　　按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 </p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的

72、超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　　【3】計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：</p><p>　　按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 。</b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為。</p><p><b>　　【4】檢驗(yàn)近

73、似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為，滿足條件。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。</p><p>　　【5】計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：</p><p>　　取=40，則，取1100。</p>&

74、lt;p><b>　　，取0.08</b></p><p><b>　　，取1。</b></p><p><b>　　故。其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖7—2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4，查得，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASR 退飽

75、和重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=5時(shí)，查得=81.2%，所以=2（）（）=，滿足設(shè)計(jì)要求.</p><p>　　八 控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　?。ㄒ唬?、 給定環(huán)節(jié)的選擇</p><p>　　已知觸發(fā)器的移相控制電壓為正值，給定電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)放大器它的輸入輸出電壓極性不變，也應(yīng)是正值。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)15V的直流電源，用一個(gè)2.2、1W的電位器

76、引出給定電壓。</p><p>　　（二） 控制電路的直流電源</p><p>　　這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，如下圖所示</p><p>　　圖6—1直流穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　（三）、 反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的反饋電路有轉(zhuǎn)速反饋和電流

77、截止負(fù)反饋兩個(gè)環(huán)節(jié)，電路圖見主電路。</p><p>　?。?）、測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇</p><p>　　因?yàn)閂，故這里可選用ZYS-14A型永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。它的主要參數(shù)見下表。</p><p>　　表6—2ZYS-14A型永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)</p><p>　　取負(fù)載電阻=2,P=2W的電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電動(dòng)機(jī)同軸連接。</p&

78、gt;<p>　?。?）、 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇</p><p>　　選用LEM模塊LA100-S電流傳感器作為檢測(cè)元件，其參數(shù)為：額定電流100A，匝數(shù)比1：1000，額定輸出電流為0.1A。選測(cè)量電阻=47,，P=1W的繞線電位器。</p><p>　　負(fù)載電流為1.2時(shí)。讓電流截止環(huán)節(jié)起作用，此時(shí)LA100-S的輸出電流為1.2/1000=1.2×152/

79、1000=0.184A，輸出電壓為47×0.25=11.75V，再考慮一定的余量，可選用1N4240A型的穩(wěn)壓管作為比較電壓，其額定值為10V。</p><p>　　九、直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　歷時(shí)一星期的交直流課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，剛開始看到“十機(jī)架連軋機(jī)分布傳動(dòng)直流調(diào)速（機(jī)

80、架序號(hào)7）”這個(gè)課程題目時(shí)，我感到毫無(wú)頭緒，無(wú)從下手。不過(guò)，通過(guò)幾天的查閱資料，對(duì)照課本，終于找到入手點(diǎn)。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)交直流的知識(shí)有了更深入的了解，對(duì)公示的應(yīng)用掌握的更加熟練。</p><p>　　最后，再此感謝老師的指導(dǎo)，沒(méi)有老師的悉心教導(dǎo)，我根本不會(huì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，完成我的課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&l

81、t;p>　　1、陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，第３版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2、石玉等.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　3、王兆安.電力電子技術(shù). 第4版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200０</p><p>　　4、王離九等. 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng). 武漢：華中科技大學(xué)出版社，1991

82、</p><p>　　5、胡壽松.自動(dòng)控制原理：第4版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社</p><p>　　6、洪乃剛等 電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真。機(jī)械工業(yè)出版社，2007。</p><p>　　7、李華德主編。交流調(diào)速控制系統(tǒng)。電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　8、胡崇岳等?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)。機(jī)械工業(yè)出版社，2001&

83、lt;/p><p>　　9、黃忠霖等。控制系統(tǒng)MATLAB設(shè)計(jì)及仿真。機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p><b>　　10、電工手冊(cè)</b></p><p>　　11史國(guó)生主編.交直流調(diào)速系統(tǒng).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002</p><p>　　12陳伯時(shí)主編.電機(jī)拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199

84、7</p><p>　　13栗書賢、石玉、晶閘管交流技術(shù)題例及電路設(shè)計(jì)</p><p>　　14唐永哲編著.電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).西安;西安電子科技大學(xué)出版社,1998</p><p>　　15張明達(dá)主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京:冶金工業(yè)出版社,1983</p><p>　　16童福堯編著.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題例題集.北京:機(jī)械工業(yè)出

85、版社,1996</p><p>　　17周淵深.邏輯無(wú)環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真.淮海工學(xué)院學(xué)報(bào),2003</p><p>　　18周德澤編著.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985</p><p>　　19易繼鍇等編著.電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制原理與設(shè)計(jì).北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,1997</p><p>　　20黃忠霖