直流电动机的不可逆调速系统设计.docx

1 .课程设计目的错误!未定义书签。2 .课程设计规定错误!未定义书签。2.1 技术数据与规定错误!未定义书签。2.2 设计内容错误!未定义书签。3 .设计内容错误!未定义书签。3.1 调速系统方案0选择错误!未定义书签。3.2 主电路计算错误!未定义书签。3.2.1 整流变压器计算错误!未定义书签。3.2.2 晶闸管元件的额定电压错误!未定义书签。3.2.3 晶闸管保护环节的计算错误!未定义书签。3.2.4 电抗器的参数计算错误!未定义书签。3.2.5 励磁电路元件的选择错误!未定义书签。3.3 触发电路的选择与校验错误!未定义书签。3.4 反馈电路参数的选择与计算错误!未定义书签。3.4.1 测速发电机的选择错误!未定义书签。3.4.2 电流截止反馈环节的选择错误!未定义书签。3.4.3 调速静态精度的计算错误!未定义书签。3.4.4 给定环节的选择错误!未定义书签。3.4.5 控制电路的直流电源错误!未定义书签。4.设计总结错误!未定义书签。参照文献错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。1 .课程设计目的通过对直流电动机不可逆调速系统的设计，巩固和提高学过的基础知识和专业知识，提高运用所学的知识进行独立思索和综合分析、处理实际问题时能力，培养掌握对日勺的思维措施和运用软件和硬件处理实际问题日勺基本技能。2 .课程设计规定2.1 技术数据与规定技术数据：直流电动机：型号：Z3-71；额定功率/=IOZW;额定电压Gv=220V；额定电流n=55A;转速nN=I(MX)r/min；极数2p=4；电枢电阻Ra=0.5；电枢电感LD=7mH；励磁电压UL=220V；励磁电流"=1.6A°规定：调速范围。=10,静态率s<5%,电流脉动系统S,K)%°2 .2设计内容确定调速系统方案主电路选择与计算控制电路选择与计算调速系统静态精度计算3 .设计内容3.1 调速系统方案的选择由于电机0容量较大，又规定电流的脉动小，故选用三相全控制整流电路供电方案。电动机额定电压为220V,为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压减少。为防止三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用Oy联接。因调速精度规定较高，故选用转速负反馈调速系统。采用电流截止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。为使线路简朴，工作可靠，装置体积小，宜选用KW(M构成的六脉冲集成触发电路。该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒定。励磁绕组采用三相不控桥式整流电路供电，电源可从主变压器二次侧引入。为保证先加励磁后电枢电压,主接触器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合，同步设有弱磁保护环节。直流调速系统框图如图1所示。图I直流调速系统框图3.2主电路计算整流变压器计算力是一种重要参数，目前过低，无法保证输出额定电压。选择过高，又会导致延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增长了装置的成本。一般可按下式计算即(3-1)式中，A理想状况下，a=0。C时整流电压Udo与二次电压力之比，即A=Udo/U2;B一一控制角为。时，输出电压力与力。之比，即B=Ud/力°；电网波动系数，一般取£=0.9；UdmaX整流电路输出电压最大值；nU主电路电流回路；c线路连接方式系数；Ush变压器0短路比，10100KVA变压器UM=O.050.1；I2/I2n一一变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，应取最大值。在规定不高的场所或近似估算时，用下式计算则愈加以便(3-2)%=(1L2)口2AsB其中A=2.34,取e=0.9a角考虑10。的裕量：B=COSC=0.985y2)220AB 2.34× Ix 0.985V = 106-127V,取心=UOV电压比K=S =.= 3.45U) 110(3-3)一次和二次相电流Z,和A的计算Kn=K12=0.816(3-5)(3-6)(3-7)考虑变压器日勺励磁历次电流时，人应乘以1.05左右B系数，因此1=1.05K,1=1.05×0.816×-A=13.7A171K3.45I2=Kl2Id=0.816x554=45A变压器的容量计算S1=nZ1S2=m2U2I2s=l(s1+s2)2式中：w1>m2次侧、二次侧绕组0相数S1=3UJ=(3×380×13.7)kVA=5.6kVAS2=3U2I2=(3×110×45)kVA14.S5kVA5=1(51+52)=(15.6+14.85)ZVA=15.3kVA考虑励磁功率2=(220x0.6)W=O.352W,取S=16kE4,S2=5.2kVAfS=15.6攵LA,Z1=14A,Z2=46A0晶闸管和整流管日勺选择重要指合理0¾选择器件0额定电压和额定电流。晶闸管元件的额定电压晶闸管的额定电压Ujn=(2-3)Um=(2-3)62=(2-3)6×1IOV=539808V,取U7N=700V晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子容许通过的J额定电流有效值/次不小于实际流过管子电流最大有效值即(3-8)(3-9)tn=L57T(Ay)>1.57It>上=上LL=K/r<AV)1.571.57Id考虑1.52倍的裕量，K=O.3677(AV)=(I52)K.=(1.52)x0.367x55A=36.348.44，取=50Ao故选用型号为KP50-7晶闸管元件。晶闸管保护环节的计算交流侧过电压保护阻容保护在变压器二次侧并联电阻R(Q)和电容C(F)进行保护，接线方式如图2所zjsOF=25F电容G日勺耐压1.5Um=1.5×2×110V=233V故选用CZ7。-2型金属化纸介电容器，电容量20"耐压250V。Rp7-9oIlO2v-77OA122.JI=JXX11L2=乙SIem5200VlO4=2叫l6=2-×50×20×110×106A=0.69APfi(34)/；R=(34)0.692X2.2W=3.1-4.2W因此，可选2.2C、5W0金属膜电阻。图2阻容保护接线方式压敏电阻RK的选择UlmA=1.32t/=1.3×2×110V=202V通过查询有关产品参数目录，取电压为220V,通流量为5必，由此选用My-220/5的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。直流侧过电压保护GnM=l32t=1.3×2×110V=202V故选用My-430/3压敏电阻作为直流侧过电压保护晶闸管两端的过电压保护晶闸管过电压保护参数估计值如表1所示。表1晶闸管过电压保护参数书估计值元件容量（八）51020501002005001000C(F)0.050.100.150.200.250.501.002.00Rg)10-20根据上面表格可以初步确定C?=0.2"、TC2=20O电容耐压.5Um=1.5×6×110V=566V。选CZ/。一2型金属化纸介电容，电容量0.22",耐压400V。Pr2=C优l(T6=5O×O.22×(3×HO)2×1O6=0.8W取&=43C,IW金属膜电阻。过电流保护本系统除采用电流截止反馈环节做限流保护外，还设有与元件串联的迅速熔断器作过载和短路保护，用过流继电器切断故障电流。迅速熔断器日勺选择熔断器是同它保护的电路串联B,当该电路中发生过载或短路故障时，假如通过熔体日勺电流到达或超过某一定值，则熔体上产生的热量就会使其温度上升到熔体金属的熔点。于是，熔体自行熔断，并以此切断故障电流，对电路实行保护，迅速熔断器的断流时间短，保护性能很好，是目前应用最普遍的保护措施。通过晶闸管电流有效值为/=考=£=32 A故选用RLS-5O0熔断器，容体电流为5OA。过电流继电器日勺选择根据负载电流为55A，可选用吸引线圈电流为IoOA日勺JLM-WZS型手动复位直流过电流继电器，整定电流可取L2555A=70A°电抗器的参数计算使电流持续的临界电感量LK=0.695,取Zjmin=0.05Zj=0.05x55A=2.75A,则1.1=K,乌-=0.695×-mH=27.SmH,2.75限制电流脉动日勺电感量C2=1.(M5,取Si=O.1,则L,=K,-=l.O5x"°mH=21mH,-2SiId0.1×55变压器漏电感量LrKt=3.9,取UM=5,则LT=Kr%XS=3.9H122m"=o.397Hsftr100Ill10055实际串入电抗器电感量Ld已知电动机电感量为4=7"”,则1.d=L1-(Ld+2L)=27.8-(7+0.78)20mH励磁电路元件的选择图3励磁电路接线方式励磁电压力=220V；励磁电流。=1.6A,电路接线方式如图3所示整流二极管耐压值与主电路晶闸管相似，故取700V,额定电流取=O查得K=O.367,则(AV)=(152)KI1=(1.52)X0.367×1.6A=0.881.24可选用ZP型3A,700V二极管。3.3触发电路的选择与校验一般晶闸管是半控型电力电子器件。为了使晶闸管由阻断状态转入导通状态，晶闸管在承受正向阳极电压的同步，还需要在门极加上合适时触发电压。控制晶闸管导通的电路称为触发电路。触发电路常以所构成的重要元件名称进行分类，包括简朴触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器和计算机控制数字触发电路等。控制G77?、GTO.功率MoSFET、/G3T等全控型器件的通断则需要设置对应的驱动电路。基极（门极、栅极）驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口。采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减少开关损耗。此外，许多保护环节也设在驱动电路或通过驱动电路来实现。触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要构成部分。为了充足发挥电力电子器件日勺潜力、保证装置时正常运行，必须对的设计与选择触发电路与驱动电路。晶闸管卧J触发信号可以用交流正半周的一部分，也可用直流，还可用短暂的正脉冲。为了减少门极损耗，保证触发时刻的精确性，触发信号常采用脉冲形式。晶闸管对触发电路日勺基本规定有如下几条：（1）触发信号要有足够的功率为使晶闸管可靠触发，触发电路提供时触发电压和触发电流必须不小于晶闸管产品参数提供B¾门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率。例如，KP50规定触发电压不不不小于3.5V,触发电流不不不小于1OOzzzA；KP200规定触发电压不不不小于4V,触发电流不不不小于200mA。但触发信号不许超过规定的门极最大容许峰值电压与峰值电流，以防损坏晶闸管的门极。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，容许触发电压或触发电流09幅值在短时间内大大超过铭牌规定值。（2）触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步为了保证电路日勺品质及可靠性，规定晶闸管在每个周期都在相似的相位上触发。因此，晶闸管的触发电压必须与其主回路日勺电源电压保持固定的相位关系，即实现同步。实现同步0¾措施一般是选择触发电路日勺同步电压，使其与晶闸管主电压之间满足一定的相位关系。（3）触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡为使被触发的J晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流在触发脉冲消失前必须到达擎住电流，因此，规定触发脉冲应具有一定的宽度，不能过窄。尤其是当负载为电感性负载时，因其中电流不能突变，更需要较宽B触发脉冲,才可使元件可靠导通。例如，单相整流电路，电阻性负载时脉冲宽度应不小于10那，电感性负载时则因不小于100分；三相全控桥中采用单脉冲触发时脉宽应不小于60。（一般取90。），而采用双脉冲触发时，脉宽为10'左右即可。此外，诸多晶闸管电路还规定触发脉冲具有陡的前沿，以实现精确的触发导通控制。(4)触发脉冲日勺移相范围应能满足主电路日勺规定触发脉冲日勺移相范围与主电路日勺型式、负载性质及变流装置的用途有关。例如，单相全控桥电阻负载规定触发脉冲移相范围为180。，而电感性负载(不接续流管时)规定移相范围为9(y。三相半波整流电路电阻负载时规定移相范围为150",而三相全控桥式整流电路电阻负载时规定移相范围为120。选用集成六脉冲触发器实用电路。为了实现弱磁保护，在磁场回路中串入欠电压继电器K42,动作电流通过RPI调整。已知励磁电流L6A,可选用吸引线圈电流为2.54的14-1无。直流欠电压继电器。KP50晶闸管日勺触发电流为815O7iA,触发电压为Uc3.5V,在触发电路电源电压为15V时，脉冲变压器匝数比2:1,US可获得约6VI向电压，脉冲变压器一次电流只要不小于75A,即可满足晶闸管规定，这里选用由J3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数=45V,/cm=300核，完全能足规定。该电路需要设计一种三相似步变压器，考虑多种不便原因，用三个单相变压器结成三相变压器组替代，并结成。%,确定单相变压器日勺参数为：容量3VA,电压为380V/30V/三台。同步变压器的联接如图4所示。图4同步变压器B联接组3.4反馈电路参数日勺选择与计算转速与电流截止负反馈环节如图5所示。图5转速和电流截止反馈环节测速发电机的选择由电机产品样本查得，选用55CY61型永磁直流测速发电机。其参数为：E7n=HOV,to=2（XX）rmin,负载电阻Rm是2KC,2W0电位器，测速发电机与主电机同轴联结。由于主电机额定转速为"N=I（XX）rmin，因此测速发电机发出的最高电压为55V,若给定电源取15V,则只要合适取反馈系数,即可满足系统规定。电流截止反馈环节的选择为了提高直流调速系统B动静态性能指标，一般采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标规定不高的场所，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不一样可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在电流单闭环中，将反应电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调整器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U0,控制整流桥的“触发电路”，变化“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调整器B输出限幅所决定。同样，电流调整器若采用P（比例）调整，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调整器换成PM比例积分）调整。当“给定”恒定期，闭环系统对电枢电流变化起到了克制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。选用LEM模块LAIoO-N尸电流传感器作为电流检测元件，其参数为：额定电流IooA,匝数比为1/1000,额定输出电流为1006打，测量电阻Rm=3050,取为47。、IW0绕线电位器。负载电流为1.2”时，让电流截止反馈环节起作用，此时LaA时输出电流为1.2zvIOoO=(1.2X55/1000)加4=66加4,输出电压为3.1V,考虑一定的调整裕量，选2CW9稳压管作为比较电压，Uvc=2Vo调速静态精度的计算电动机和测速发电机电动势常数计算电动机电动势常数：C,=UNTNRa=22055x0.5=0193nN1000测速发电机电动势常数：G7uR=纭=d=002而G2000整流装置的J内阻RjK取L2,贝Rl以4J.2x2.34xU0-22()c-i6CIN55规定调速系统日勺静态速降Q(IT)1000x0.0510(1-0.05)r/min = 5.26rmin求闭环系统gJ开环放大倍数KK=InR_1=55x(1.6+0,5)_i=ii3C加?N0.193×5.26触发器与整流装置的J放大倍数aJ估算在触发器选用±15V电源状况下，锯齿波同步电压最大值应不不小于15K,这里按最大移相电压为15V计算。maxmax1515计算转速反馈系数由于U如取15V,U0约12V左右，而=20V,故%u=0.60因此转速反馈系数=a7.Cerc7u=0.6×0.02=0.012计算放大器的放大倍数由于K=等,故3卷=/器=由于KP较大，故选用放大倍数可调的放大器，如图6所示。UgdhL>产Uc+R2图6放大倍数可调的放大器由于点是虚地，故=必。式中夕=/_一分压电阻的分压系数。%+凡因此KP=2=&UgdPRo为了防止放大器开环，P不能调到零，可在电位器接地端串一种不可调的小电阻。若该电路电位器取4.7AQ、IW,固定小电阻取470Q、0.25W,则Avn=047/(4.7+0.47)=1/11，故最多能把放大倍数从«/%提高到11倍。采用尸007运算放大器,其输入电阻j>0.5MO,为了不影响力应使7?OV号算0。故取R0=20kQ,Rl=PKKRo,取2=0.136,K=(0.136×121×20×103)=329k,实取330A°Ro、Rl均取025°给定环节的选择由于放大器输入电压和输出电压极性相反，而触发器的移相控制电压UC又为正电压，故给定电压U"就得取负电压，而一切反馈均取正电压。为此给定电压与触发器共用一种-IW电源，用一种22AIW电位器引出给定电压。控制电路的直流电源选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，如图7所示。图7±15V直流稳压电源原理图表2直流稳压电源元件明细表序号代号名称规格数量1%B2桥堆2A,200V22C1,C2电解电容2200F,63V23,C4电容OF247815三端集成稳压器+15V1.5A157915三端集成稳压器-15V1.5416g,。6电容0.334F27VDlfVD2二极管2CP1224.设计总结在本次设计过程中，我查阅了大量0¾书籍，设计电力电子技术、电机原理及拖动、电力拖动自动控制系统等几门学科，不仅巩固和加深了所学的专业基础课知识，还将所学B知识融会贯穿，并且将书本与实际相结合，真正实现了学有所用。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要日勺，只有理论知识是远远不够日勺，只有把所学0¾理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思索的能力。在设计的过程中碰到问题，可以通过查阅有关书籍得以处理同步在设计的过程中发现了自己B局限性之处，对此前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计之后，一定把此前所学过日勺知识重新温故。参照文献1阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，2023.2唐介等.电机与拖动.北京：高等教育出版社，2023.3彭鸿才.电机原理及拖动.北京：机械工业出版社，2023.4王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2023.5黄家善.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2023.6刘松.电力拖动自动控制系统.北京：清华大学出版社，2023.