单相可控晶闸管直流电动机不可逆调速系统主电路设计.doc

1. 设计任务设计一个单向可控晶闸管直流电动机不可逆调速系统的主电路直流电机：额定功率：P=3KW，额定电压：U220V，额定电流：17.5A，额定转速：1500，励磁电流：1.11V，电枢回路电阻：1.2，启动电流：30A 负载电流为30A时电流仍连续2. 设计内容1) 确定调速系统控制方案2) 主电路选择与计算3) 调速系统方案的选择4) 绘制电气系统原理图3.调速系统方案的选择3.1直流电动机的选择根据负载功率和额定转速的要求，查产品目录，依据原则及过载要求，选取：型号：额定功率：3KW额定电压：220V额定电流：17.5A额定/弱磁转速：1500r/min励磁电流：1.11A电枢回路电阻：1.23.2电动机供电方案的选择与交流机组（主控制电路主要是通过接触器来控制的）相比，晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省；而且工作可靠、功耗小、效率高，因此采用晶闸管可控整流装置供电。本设计选用的是中小型直流电动机，功率低，故可选用单相整流电路。又因本系统设计是不可逆系统，所以可选用单相半控桥整流电路，这样不仅使控制电路大大简化，而且若控制电路安排合理可以减少电子元件的个数，即应用桥式电路中整流二极管代替续流二极管。这就要求将整流二极管和晶闸管分别放在一侧，当电路没有触发的时候整流二极管做续流作用。直流电动机的额定电压为440V，直接用电网供电是很难达到要求，同时为了防止电动机启动与制动对电网的干扰，需要将电压升高并且能够和电网隔离提高功率因数，因此选用本设计采用整流变压器供电方式。对于小功率的直流电动机直流调速系统一般采用减压调整方案，保持磁通不变，因此励磁绕组可采用单相不控整流电路供电。为保证直流电动机正常工作采用先加励磁电源，后加电枢电压的原则。为了防止电动机在运行过程中因励磁过小而造成转速过高或电流过大的现象，常在励磁回路中设有弱磁保护环节，即增加欠电流继电器。1.1 触发电路的选择本设计所选用的直流电动机容量较小，通过晶闸管的电流不会超过50A，故可采用电路简单，成本低的单结晶体管触发电路。为实现自动控制，且要同时触发两只阴极不接在一起的晶闸管，可采用由晶体管代替可变电阻的单结晶体管触发电路，用具有两个二次绕组的脉冲变压器输出的脉冲。1.2 反馈方式的选择反馈方式选择原则应是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的反馈方案。负载要求D30，S1，则系统应满足的转速降电动系数该直流电动机固有转速降故采用电压闭环控制系统控制系统电压放大倍数1.3 直流调速系统框架图系统框架图如图1所示：2 主电路计算晶闸管整流电路如图2所示：2.1 整流变压器计算2.1.1 U2的计算其中：A为理想情况下，控制角时整流电压与二次侧电压之比，即，这里A取0.9；B为控制角为时输出电压与之比，即,这里B取1；为电网波动系数，取=0.9取 电压比2.1.2 一次电流I1和二次电流I2的计算已知全波整流电路中2.1.3 变压器容量的计算2.2 晶闸管元件的选择2.2.1 晶闸管的额定电压取2.2.2 晶闸管的额定电流串入电抗器的电动机负载性质介于电阻与电感负荷之间，为了晶闸管正常工作，可采用如下公式：取 故选晶闸管元件尽管整流二极管导通时间长，既有整流作用又有续流作用，但考虑到晶闸管电流裕量大，故而整流二极管电流也选30A，所选型号初步定为或是2.3 晶闸管保护环节的计算2.3.1 交流侧过电压保护阻容保护因变压器容量为，因此保护电容可用0.47，查询相关电容器分类等级以及标称容量获得如下信息：瓷片电容采用钛酸钡、钛酸锶等高介电常数的陶瓷材料作为电介质，在介质表面印刷电极浆料，经低温烧结制成，陶瓷电容器的外形以片式居多，也有管形、圆形等等形状。瓷片电容的损耗因子很小，谐振频率很高，其特性接近理想电容，体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高。故而可以选用、耐压500V瓷片电容器。因所选保护电容较小，因此保护电阻可直接选用的金属膜电阻。取R=可选、35W金属膜大功率电阻压敏电阻的选择通过查询相关产品参数目录，取电压为1200V，通流量为5kA,由此选用的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。2.3.2 直流侧过电压保护选用的压敏电阻作直流侧过电压保护。2.3.3 晶闸管及整流二极管两端的过电压保护由参考文献上获得晶闸管过电压保护参数估计值如下：元件容量（A）5102050100200500C（）0.050.100.150.200.250.501.00R（）1020依据上面表格可以初步确定、由此可以确定电容器选用、1000V的纸介电容器。电阻选用、10W的金属膜电阻。2.3.4 过电流保护2.3.4.1 交流侧快速熔断器的选择由于,考虑到电动机启动瞬间电流较大，熔断器的选取依据原则可以选用额定电压为600V，额定电流为32A型号为RM10无填充密闭管式熔断器。2.3.4.2 元件端快速熔断器的选择由于,为了减少元件的多样性便于设计和安装，本设计将元件端快速熔断器的规格定为额定电压为600V，额定电流为25A型号为RM10无填充密闭管式熔断器。4.4电抗器参数的计算 为了使交流负载得到平滑的直流电流，在整流输出电路中串入带有气息的铁心电抗器。4.4.1使输出电流连续的临界电感量 对于电动机负载的晶闸管可控整流电路，当负载电流小到一定程度，会出现输出电流断续的现象，这将使直流电动机机械特性变软。为了使输出电流在最小负载电流时仍能连续，所需的临界电感量为：4.4.2限制输出电流脉动的电感L2由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波