配合控制有环流自动控制系统——课程设计(编辑修改稿)

配合控制有环流自动控制系统——课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

反，且电枢反电动势大于整流器输出电压，这时回路的电流由电枢电动势产生，且经反组整流器 (逆变状态 )流向交流电源，电动机进入发电回馈制动阶段。 这阶段的特点是电动机转速不断下降，电动机的惯性储能经反组整流器回输电网，产生良好的节能效果。 随着转速的下降，电枢电动势也不断下降，但由于转速调节器的输出在电动机转速没有反向超调时，始终保持着最大限幅状态，这时电流调节器发挥作用，维持电动机以最大电流回馈制动，即电流调节器的输出随转速的下降而减小，相应晶闸管的控制角不断加大，整流器输出电压随之减小，从而保持最大的制动电流，取得最快的制动效果。 控制的有环流可逆调速方式，在实际应用中由于难以准确保持的状态，一旦出现时，就有可能产生直流环流，使整流器过载或损坏，故实际上并 不采用，但研究控制的有环流可逆系统，对理解直流电动机的可逆过程有很大帮助。 14 第 3 章 主回路设计 主回路参数计算及元器件选择（一） 整流变压器的参数计算 一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，所以需要 整 流变压器，通过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，减少电网于晶闸管变流装置的互相干扰。 这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用 Y 联接。 S 为整流变压器的总容量 ， 1S为变压器一次侧的容量， 1U为一次侧电压 ,1I 为一次侧电流 , 2S 为变压器二次侧的容量 ， 2为二次侧电压 ， 2I 为二次侧的电流， 1m 、 2m 为相数。 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2U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。 3/)~(2 NU 式中 NU—— 电 动机额定电压； 带入数据得 ~)~(2 V 取 136V 因此变压器的变比近似为：  UUK 、二次侧相电流的计算 （ 1） 二次侧相电流 2I的计算 dNIVIKI 2 式中 ——IVK二次侧相电流计算系数 dNI—— 整流器额定直流电流（ A）。 AII dN  （ 2） 一次侧相电流 1I的计算 15  KIKI NIL 式中 ILK—— 一次相电流计算系数 —— 变压器的变压比 AAI  变压器二次侧容量 2IUmS。 变压器 一次侧容量 1 111 IU。 一次相电压有效值 1U 取决于电网电压，所以变流变压器的平均容量为 121 ()2S S S 对于本设计 21 mm=3 121 ()2S S S 2/)( 222111 IUmIUm   AKV V V V   )( )(2/)( )(2/) 设计时留取一定的裕量，可以取容量为AKV的整流变压器。 . 整流元件晶闸管的选型 选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压TnU 和额定电流 )(AVTI。 TnU 对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按 1至 6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压VUm 2  ， 而考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽 2～ 3 倍的安全系数，则晶闸管额定电压Tn计算结果： VUU mTM ~)3~2()3~2(  取 V1000 式中 m—— 晶闸管可能承受的电压最大值（ V）。 )(AVTI 晶闸管额定电流 )(AVTI 的 有效值大于流过元件实际电流的最大有 效值。 一般取按此原则所得计算结果的 ～ 2倍。 16 已知 AI d   m ax31 dVT II 可得晶闸管的额定电流 )(AVTI 计算结果 ：   AII VTAVT ~)2~(  取 16A 本设计选用晶闸管的型号为 KP2015A 额定电压： VDRM 1000V 额定电流： IT(AV) 16A 电抗器的设计 为了限制整流电流的脉动、保持整流电流连续，通常在变流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器，称作平波电抗器。 一个整流电路中，通常包含有电动机电枢电抗、变压器漏抗和外接电抗器的电抗三个部分。 aL（ mH) mHa  T（ mH)  H(mH) mHH  均衡电抗器的设计 在有环流的可逆系统中，为了将两组变流器中的环流值限制在规定的数值范围内，在直流测串入环流电抗 器， 又称均 衡电抗器。 限制环流所需的电感值()RL mH的计算公式为 2RRRULKI  式中 RK—— 计算系数，单相桥 ，三相半波 ，三相全波 ； I—— 环流平 均值； 2U—— 整流变压器二次侧相电压（ V)。 实际所需的均衡电感量为 RA R TL L L 式中 T—— 整流变压器折合二次侧的每相漏感。 如果均衡电流经过变压器两相绕组，计算 RAL时，应代入 2 TL. 17 查资料的环流平均值 RI为额定电流的 5%10%。 则 2 93 150 .8 ( )5% 12. 5RRRUL K m HI     主回路参数计算及元器件选择（二） 过电压保护 图 31 交流测过电压保护（阻容吸收保护） 阻容吸收保护通常在变压器二次侧并接电阻 R和电容 C串联支路进行保护。 此种接法电容电阻的计算： )(6 22 FU SIC em  电容的耐压 emdlIUSUR  电阻功率 RIP RR 2)4~3( 通过电阻的电流 62 102  cR fCUI  式中 S—— 变压器容量（AKV)； 2U—— 变压器二次相电压有效值（ V）； emI—— 变压器励磁电流百分比，对于 10~100AKV的变压器，一般为 10~4； dl—— 变压器的短路比，对于 10~100的变压器，一般为 18 5~10； cU—— 阻容元件两端正常工作时交流电压峰值（ V）。 本系统 S= AKV 2U=136V emI=3A dlU=3V FC  2  取 5F  2R 取 11 +~WUV 图 32 直流侧过于保护 直流侧过电 压保护可以用阻容或压敏电阻，但采用阻容保护容易影响系统的快速性，并造成dtdi/加大。 因此，一般只用压敏电阻作过电压保护。 压敏电阻标称电压mAU1按下式选择，即 DCmA U)2~(1  式中 DC—— 正常工作时加压敏电阻两端的直流电压（ V）。 则 VVU DCmA 440~396220)2~()2~(1  所以压敏电阻选取额定电压 440V 的。 为了抑制晶闸管的关断过电压，采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，如图所示。 祖同保护的元件参数可以根据表 221 列出经验数据选定。 电容耐压值，通常按加在晶闸管两端工作电压峰值mU的 ~ 倍计算。 电阻功率 RP（ W）为 19 62 10  mR fCUP 式中 f—— 电源频率（ Hz） C—— 电容值（F） mU—— 晶闸管工作电压峰值（ V）。 表 221 阻容保护的元件参数 晶闸管额定电流 /A 10 20 50 100 200 500 1000 电容 /F 1 2 电阻 / 100 80 40 20 10 5 2 RC~ 图 33 晶闸管过压保护 晶闸管的额定电流  AI AVT 16 则由表可得保护电容FC ，80R。 电容的耐压值 VU ~)~(  过电流保护 ~+UV 图 34 交流二次过电流保护 额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，即 20 VVUKU UTFN 2   额定电流：AII AVTFN 16)(  则选型为 RS3/20200. 注：交流一次侧过电流保护可通过断路器实现 ~WUVF U 图 35 直流侧过电流保护 额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，即 VVUK UTFN 2  取 390V 额定电流：AII AVTFN 16)(  则选型为 RS3/20— 500。 过电流是晶闸管电路经常发生的故障，是造成器件损坏的主要原因之一，因此，过电流保护应首先考虑。 造成晶闸管过电流的主要因素有： 电网电压波动太大，电动机轴上负载超过允许值，电路中管子误导通以及管子击穿短路简单游等。 快速熔断器保护是最简单有效的过流保护器件，与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在通常的发生短路后，熔断时间小于 20ms，能保证在晶闸管损坏之前熔断自身 而断开故障点，避免过电流烧坏管子。 21 +~WUV 图 36 晶闸管过电流保护 快速熔断器的选择主要考虑以下两个方面： （ 1） 快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，即 VVUKU UTFN 2   取 240V。 （ 2） 快速熔断器的额定电流应大于等于被保护晶闸管额定电流。 AII AVTFN 16)(  则选型为 RS3/20200. 触发 回路设计 晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在必要的时刻由阻断转为导通。 晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的放大和输出环节。 触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求： （ 1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于 60176。 或采用相隔 60176。 的双窄脉冲。 （ 2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流 3～ 5 倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达 1～2A∕ us。 （ 3）所提供 的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安特性的可靠触发区域之内。 （ 4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。 本设计 用到两组 三相全控桥整流电路中有六个晶闸管 ，触发顺序依次为： VT1— VT2— VT3— VT4— VT5— VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通， 6个触发脉冲相位依次相差 60O， 可以选用 3 个 KJ004 集成块和一个 KJ041 集 22 成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路。 电路如图 37。 (1~ 3脚为 6路 单脉冲输入)(15 ~10 脚为6 路双脉冲输出)至V T 1至V T 2至V T 3至V T 4至V T 5至V T 6。