直流电动机不可逆调速系统设计报告

直流电动机不可逆调速系统设计报告电力电子技术》课程设计报告题目：10kw直流电动机不可逆调速系统院（系）：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：2013年6月8日至2013年6月21日华中科技大学武昌分校制电力电子技术》课程设计任务书一、设计题目10kw直流电动机不可逆调速系统二、设计主要内容完成10kw直流电动机不可逆调速系统的设计，电机的具体技术数据为:直流电动机：型号：Z3—71额定功率PN=10KW额定电压UN=220V转速nN=1000r/min电枢电阻RN=0.50励磁电压UL=220V额定电流IN=55A极数2P=4电枢电感LD=7mH励磁电流IL=1.6A主要设计内容：确定总体调速方案；选择主电路并进行参数计算励磁电路确定及参数计算；触发电路选择与分析；绘制系统电路图；编写设计说明书。三、原始资料主电路选择与参数计算（1）主电路选择原则（2）参数计算包括：＞整流变压器的参数计算＞整流晶闸管的型号选择＞保护电路元件参数计算＞平波电抗器电感量计算励磁电路设计重点说明（1）励磁电路选择原则.（2）励磁电路设计时要遵循先加励磁后加电枢电压的原则，同时要设有弱磁保护。（3）参数计算包括：＞整流二极管的参数计算＞弱磁保护元件选择触发电路设计重点说明（1）为使线路简单，工作可靠，装置体积小，要求选用KJ004组成的六脉冲集成触发电路。（2）设计说明包括：＞芯片关键引脚的作用＞KJ041输入输出脉冲关系图＞触发电路输出端与主电路晶闸管联接图系统总体设计框架系统电路图四、要求的设计成果1、根据控制要求，设计主电路及控制电路，实现电路及设备的保护，选定所需的电气元件，并对系统（或类似系统）进行仿真得到正确的仿真结果；2、提交设计说明书和一份控制系统原理图。五、进程安排课程设计内容学时分配下达设计任务；查阅资料；与指导老师讨论拟定设计方案1天计算、设计，将编制好的电路图交给指导老师检查，并按照老师要求进行修改。5天撰写课程设计说明书、提交说明书2天答辩1天合计9天六、主要参考资料黄俊•电力电子技术•北京：机械工业出版社，2010.郝用兴•机电传动控制•武汉：华中科技大学出版社，2010・⑶陈伯时•电力拖动自动控制系统•北京：机械工业出版社，2010.王忠礼.Matlab应用技术一在电气工程与自动化专业中的应用•北京：清华出版社,2008.陈定明•电机与控制•北京：高等教育出版社，2009.指导教师（签名）:20年月日目录TOC\o"1-5"\h\z1•课程设计目的1课程设计要求1技术数据与要求………………1设计内容………………………1设计内容2调速系统方案的选择…………2主电路计算……………………3整流变压器计算………3晶闸管元件的额定电压………………4晶闸管保护环节的计算………………5电抗器的参数计算……………………7励磁电路元件的选择…………………8触发电路的选择与校正………8设计总结9参考文献10附录……………………11#课程设计目的通过对直流电动机不可逆调速系统的设计，巩固和提高学过的电力电子技术、电机学的基础知识和专业知识，提高运用所学的知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力，培养掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能。课程设计要求2.1技术数据与要求卜A_rv时/卜口技术数据：直流电动机：型号：Z-71；额定功率P二10kW；3N额定电压U二220V;额定电流I二55A;NN转速n=1000rmin;极数2p=4；N'电枢电阻R二0.50;电枢电感L二7mH；aD励磁电压U=220V;励磁电流I=1.6A。LL要求：调速范围D=10，静态率s<5%，电流脉动系统S<10%。i设计内容（1）确定总体调速方案；（2）选择主电路并进行参数计算；（3）励磁电路确定及参数计算；（4）触发电路选择与分析；（5）绘制系统电路图；（6）编写设计说明书。设计内容3.1调速系统方案的选择由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小，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降低。为避免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DY联接。因调速精度要求较高，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。为使线路简单，工作可靠，装置体积小，宜选用KJ004组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，同时设有弱磁保护环节。直流调速系统框图如图1所示。图1直流调速系统框图主电路计算3.2.1整流变压器计算⑴U的计算2U2是一个重要参数，现在过低，无法保证输出额定电压。选择过高，又会造成延迟角a加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算即U+nUTOC\o"1-5"\h\zdmaxTAeCosa-CUminshI\'丿2N3-1)式中，A——理想情况下，a=0OC时整流电压U与二次电压U之比，即A二UU；d02d02B——控制角为a时，输出电压U与U之比，即B=UU；dd0d'd0C——线路连接方式系数；e——电网波动系数，通常取e=0.9；U——整流电路输出电压最大值；dmaxnUt—主电路电流回路n个晶闸管正向压降；U——变压器的短路比，10〜100KVA变压器U二0.05~0.1；shshI/I——变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，应取最大值。22N在要求不高的场合或近似估算时，用下式计算则更加方便U=(1〜1.2)d(3-2)2AeB其中A=2.34，取e=0.9a角考虑10的裕量：B=COSa=0.985

220U广(1〜1刀為=2.34二0.985V=说〜127V'取U二110V2220U广(1〜1刀為=2.34二0.985V=说〜127V'取U二110V2电压比U380K=—二二3.45U11023-3)⑵一次和二次相电流I和I的计算12K二K二0.816I1I2考虑变压器的励磁历次电流时，I应乘以1.05左右的系数，所以1I=1.05K-d=1.05x0.816x1I1K壽A=137A3-5)⑶变压器的容量计算式中：m、m12I=KI=0.816x55A=45A2I2dS二mUI1111123-6)3-7)次侧、二次侧绕组的相数S二3UI=(3x380x13.7)kVA二15.6kVA111S=3UI=(3x110x45)kVA=14.85kVA222S=丄(S+S)=丄(15.6+14.85)kVA=15.3kVA2122S二16kVA,1二15.2kVA,考虑励磁功率P=(220S二16kVA,1二15.2kVA,LS=15.6kVA,I二14A,I二46A。12晶闸管元件的额定电压晶闸管和整流管的选择主要指合理的选择器件的额定电压和额定电流。⑴晶闸管的额定电压U=(2~3)U=(2〜3)j6u=(2~3\/6x110V=539~808V，取U二700VTNm2TN⑵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允许通过的额定电流有效值I卩“大于实际流过管子电流最大有效值IT，即I=1.571>I(3-8)TNT(AV)T或I>It二It=KI(3-9)T(AV)1.571.57Idd考虑1.5~2倍的裕量，K=0.367I=(1.5~2)KI=(1.5〜2)x0.367x1.2x55A=36.3~48.4A，取I=50A。T(AV)dT(AV)故选用型号为KP50-7晶闸管元件。晶闸管保护环节的计算⑴交流侧过电压保护①阻容保护即在变压器二次侧并联电阻R(0)和电容C(卩F)进行保护，接线方式如图2所示。TOC\o"1-5"\h\zS5200C>61——二6x10xpF二25pF1emU211022电容C的耐压>1.5U=1.5x迈x110V=233V1m故选用CZJD-2型金属化纸介电容器，电容量20pF，耐压250V。U2J厂1102MR>2.3-2sh=2.3xx—0=2.201SI520010、emI=2兀fCUx10-6=2kx50x20x110x10-6A=0.69AccP>(3〜4)I2R=(3〜4)0.692x2.2W=3.1〜4.2WRc因此，可选2.20、5W的金属膜电阻。TTT图2阻容保护接线方式②压敏电阻RV的选择U二13迂U=1.3X迈X110V二202VImA通过查询相关产品参数目录，取电压为220V，通流量为5KA，由此选用MY-220/5的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。⑵直流侧过电压保护Uq(1.8〜2LDC=(1.8〜2)x220V=396〜440VImADC故选用MY-430/3压敏电阻作为直流侧过电压保护⑶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晶闸管额定电流/(A)1020501002005001000电容C(RF)0.10.150.20.250.512电阻P^R(0)100840201052依据上面表格可以初步确定C2=0.2卩F、R=400。22电容耐压>1.5U=1.5x、6x110V=566V。m

选CZJD-2型金属化纸介电容，电容量0.22卩F，耐压400V。P=fCU2x10-6=50x0.22x(、.3x110)2x10-6W=0.8WR2C取R2二430，1W金属膜电阻。⑷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快速熔断器作过载和短路保护，用过流继电器切断故障电流。①快速熔断器的选择熔断器是同它保护的电路串联的，当该电路中发生过载或短路故障时，如果通过熔体的电流达到或超过某一定值，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，快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管电流有效值为丫台二甞二32A故选用RLS-50的熔断器，容体电流为50A。②过电流继电器的选择根据负载电流为55A，可选用吸引线圈电流为100A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器，整定电流可取1.25x55A=70A。电抗器的参数计算⑴使电流连续的临界电感量L1K二0.695，取I二0.051二0.05x55A二2.75A，则1dmindU110L二K—二0.695xmH二27.8mH11I2.75dmin⑵限制电流脉动的电感量L2K二1.045K二1.045，取S二0.1，则L2i2二K£=1.045x恵mH二21mH2SIid⑶变压器漏电感量LtK二3.9，取U二5，贝0L二KTK二3.9，取U二5，贝0L二KTshTT100I10055d

⑷实际串入电抗器电感量L“d已知电动机电感量为L二7mH，则DL=L-(L+2L)=27.8-(7+0.78)mH〜20mHd1DTRPL励磁电路元件的选择RPL/4RPI¥KA图3励磁电路接线方式励磁电压U二220V;励磁电流I二1.6A，电路接线方式如图3所示LL整流二极管耐压值与主电路晶闸管相同，故取700V，额定电流取«=0査得K=0.367，贝0I=(1.5~2)KI=(1.5~2)x0.367x1.6A二0.88〜1.2AD(AV)L可选用ZP型3A,700V二极管。RPex为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流。为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器KA2，动作电流通过RPI调整。根据额定励磁电流Iex二1.6A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器。3.3触发电路的选择与校验三相半波整流电路电阻负载时要求移相范围为150。，而三相全控桥式整流电路电阻负载时要求移相范围为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KA2，动作电流通过RP1调整。已知励磁电流1.6A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电压继电器。KP50晶闸管的触发电流为8〜150mA，触发电压为U<3.5V，在触发电路电源电C压为15V时，脉冲变压器匝数比2:1,U可获得约6V的电压，脉冲变压器一次电流只s要大于75A，即可满足晶闸管要求，这里选用的3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数BV=45V，I二300mA,完全能足要求。该电路需要设计一个三相同步变压器，CEOCM考虑各种不便因素，用三个单相变压器结成三相变压器组代替，并结成DY0，确定单相变压器的参数为：容量3VA，电压为380V/30V三台。三相全控桥整流电路的集成触发电路如图4。Ol3KJOJI巨rQ；門广nA—Ol3KJOJI巨rQ；門广nA—I—I■+!5Vu图4三相全控桥整流电路的集成触发电路设计总结在本次设计过程中，我查阅了大量的书籍，电力电子技术、电机学等几门学科，不但巩固和加深了所学的专业基础课知识，还将所学的知识融会贯通，并且将课本与实际相结合，真正实现了学有所用。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在课程设计过程中遇到各种问题是常有的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的。课