电力拖动V-M双闭环不可逆直流调速系统课程设计

变流装置对电网和其他用电设备的干扰。

考虑到控制角α增大，会使负载电流断续，并且负载为直流电动机时，由于电流断续和直流的脉动，会使晶闸管导通角θ减少，整流器等效阻增大，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。

图2-1
2．2 闭环调速系统的组成
开环直流调速系统调节控制电压U c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围的无级调速，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。

这时就要采用闭环调速系统。

采用PI调节的单个转速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。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，单环系统就难以满足需要。

这是就要考虑采用转速、电流双环控制的直流调速系统。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。

二者之间实行嵌套（串联）联接。

把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器
UPE。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作环；转速环在外边，称作外环。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。

两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压U im*决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压U cm限制了电力电子电换器的最大输出电压U dm。

系统组成的原理框图如下：
ASR—转速调节器，ACR—电流调节器，TG—测速发电机，TA—电流互感器，
UPE—电力电子变换器，U n*—转速给定电压，U n—转速反馈电压，
U i*—电流给定电压，U i—电流反馈电压
图2-2 双闭环调速系统的原理框
综合以上因素得到的U2精确表达式为：
②A= Ud0/U2，表示当控制角α=0°时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比。

B=Udα/Ud0，表示控制角为α时和α=00时整流电压平均值之比。

U K%—变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取U K%=5，100~1000千伏安的变压器取U K%=5~8
ε为电网电压波动系数。

根据规定，允许波动+5%~-10%，即ε=1.05~0.9
C是与整流主电路形式有关的系数
N
N
a
U
R
I
r∑
=
，表示电动机电枢电路总电阻∑R的标么值，对容量为15~150KW的电动机，通常ra=0.08~0.04
nU T—表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,公式中的控制角α应取300为宜。

ε=0.9,A=2.34,B==
α
cos30
cos0=2
3
，C=0.5，U K%=5
2200.12
0.06
440
a
r
⨯
==Ω
()
4400.06 1.51121
262.35
35
2.340.90.5 1.5
2100
V
⨯⨯-++⨯
⎡⎤
⎣⎦
==
⎡⎤
⨯⨯-⨯⨯
⎢⎥
⎣⎦
取U2=270V
3.4 保护电路的设计计算
3.4.1 过电压保护： ①交流侧过电压的保护
图3-1
采用RC 过电压抑制电路如图3-1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部分能量并且抑制LC 回路可能产生的震荡。

本设计采用三相全控桥整流电路，变压器的绕组为△—Y 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
)
(%631220F U S i C T
μ⨯≥
电容C 的耐压 )(235.12V U U C ⨯⨯≥
)(%%
3
.23022
Ω⨯≥i U S U R K T
电阻R 的功率为
)()4~3(2W R I P C R ≥ )(1026A fCU I C C -⨯=π
式中 S T —变压器每相平均计算容量（VA ）
U 2—变压器次级相电压有效值（V ）
22
%3270U ≥⨯⨯326U ⨯⨯⨯⨯2
2
23
0%2705
2.3
%48.47105
K T
U U S i ≥⨯=⨯6⨯⨯
图3-2
压敏电阻的额定电压U 1mA 的选取可按下式计算
()101.8~2.2()
mA d U U V ≥
U d0为晶闸管控制角α=00时直流输出电压 对于本设计：
()()101.8~2.2 1.8~2.2 2.342701138~1390()
mA d U U 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（3~5）KA ③晶闸管换相过电压保护
如图3-3，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0.3F μ,R 可取20Ω。

图3-3
3.4.2 过电流保护 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3-4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U RN ：不小于线路正常工作电压的方均根值 额定电流：
()
RN i a R I K K I A ≥
i
K —电流裕度系数，取
i
K =1.1~1.5
a
K —环境温度系数，取a
K =1~1.2
R
I —实际流过快熔的电流有效值
对于本设计：因U 2=270V ，取U RN =550V ；
11220127.1733R d I I A
=
=⨯= ， 1.5 1.2127.17119()RN i a R I K K I A ≥=⨯⨯=， 取RN I =120A 。

因而可选取RS3型550V/120A 的快熔。

图3-4
第4章驱动控制电路的选型设计
由于集成触发电路不仅成本低、体积小，而且还有调式容易、使用方便等优点，故本设计采用KJ041集成触发电路。

KJ041为6路双脉冲形成器，它是三相全空桥式电路的触发器，它具有双脉冲形成和电子开关封锁等功能。

KJ041实用电路如图4-1所示，移相触发器输出脉冲加到该器件的1~6端，器件的输入二极管完成“或”功能，形成补脉冲，该脉冲经放大后分6路输出。

当控制端7接逻辑“0”电平时，器件的电子开关断开，各路输出触发脉冲。

采用KJ041集成触发电路的同步电压应滞后于主电路电压180度。

本设计主电路整流变压器采用D，y-11联结，同步变压器采用D，y-11，5联结。

这时，同步电压选取的结果见表4-1。

i—电流调节器的超前时间常数。

=0.142/0.0037=38.31
R
135.1
=
i
β
0.39
0.8
1.5%。