交、直流调速课程设计
2004级电气工程专业电力拖动自动控制系统课程设计第五组课程设计
题目：10KW直流电动机不可逆调速系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化指导老师：华*
组员：郑** 李** 张** 江*
日期：2007年12月24日星期一
课题：10KW直流电动机不可逆调速系统
一、技术数据: 直流电动机：
型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、U N=220V、额定电流I N =55A
A N =1000r/min、极数2P=4、电枢电阻 R N =O.5Q、电枢电感 L D =7mH
励磁电压U L=220V、励磁电流I L=1.6A。
、要求
调速范围D=1O、S<=15%、电流脉动系数S < 10%、设计中几个重点说明
、主电路选择与参数计算
1、主电路选择原则：一般整流器功率在4KW以下采用单向整流电路，4KW 以上米用三相整流。
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、保护电路的说明，参数计算与元件选择，平波电抗器电感量计算。
1.1直流电动机
型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、额定电压U N=220V、额定电流I N =55A
转速n N=1000r/min、极数2P=4 电枢电阻R N=O.5Q、电枢电感L D =7mH
励磁电压U L=220V、S<=15%、励磁电流I L=1.6A。
1.2电动机供电方案
据题意采用晶闸管可控整流装置供电。
本设计选用的是中直流电动机，可选用三相整流电路。
又因本系统设计是不可逆系统，所以可选用三相半控桥整流电路。
电动机的额定电压为220V，若用
电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用整流变压器供电方式为宜。
题中对电流的脉动提出要求，故使用增加电抗器。
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。
1.3反馈方式的选择
负载要求D = 10, S < 15%，贝U 系统应满足的转速降
1000 0.15
r/m in 17.647r/m in (1 0.15)
图1直流调速系统框架图
1.5主电路计算 1.5.1 U2的计算
U
2
其中: A :电路参数 0.4 1.17 2341 B :
电网电压波动系数 0.9-1.05 E ：安全裕量I
n N
S
n N D(1 s)
10
电动系数：
C
U N
I N
R a
n
N
220 55
O.5
0.1925
1000
该直流电动机固有转速降
I N
R a
55 0.5
nN
'
N
z ------------- r/min 142.857r/min ? 17.647r /min
nN
C
故采用电压闭环控制系统，控制系统电压放大倍数
4 1 空7
5 1 7.096
KU
n N 17.647
1.4直流调速系统框架图
A 0.9,B
1,取 = 0.9 贝9
系统框架图如图1所示:
220
--7 271.6 ~ 325.925V ，取 U 2
= 300V
竺 0.733
300
已知全波整流电路中
K |1
K
f
1
.11，K i
1
.11
I 1
1.05K I I d/K 1.05 1.11 55/ 0.733A 87.45A I 2
K I I d
1.11 55A 60.05A
1.5.3变压器容量的计算
图2晶闸管电路
1.6晶闸管元件的选择 1.6.1晶闸管的额定电压
U
TN
(2 ~ 3)U m (2 〜3)72 30CV 848.528~1272.79V ，取U TN
1.6.2晶闸管的额定电流
I T
(AV )讣 2)4 讣 2)%
(1.5〜2)殓 A 37.156~49.542A
I T (AV )
1.57
1.57 1.57
取
I
T(AV)
50A
U 2 (1~1.2)
0.9 1 0.9
电压比：
1.5.2 —次电流11和二次电流 12的计算
S U 1
I 1
220 87.45VA 19239VA ,
S 2
U 2
I 2
300 60.05VA 18015VA 1 1
S 2(S 1
S 2
)-(
19239 18015
)VA
晶闸管整流电路如图2所示：
18.627kVA
〜20 ____ T ~300V
nVAq —a
^
L AM 一
铝S £R
卒
不
FU
FU
土2鉢$ 丁 []FU
T
C R
HI —o-
RV
C R Hh-O-
RV
C R
Hh-o-
RV
2咎
[]FU
T R Z&ZS H R Z\Z
T C
[]FU TU FU
FU
1200V 。
整流二极管同上
1.7晶闸管保护环节的计算 1.7.1交流侧过电压保护 1.7.1.1阻容保护
1.7.1.2压敏电阻R V1
的选择
1.7.1.3直流侧过电压保护
选用MY31 820/3的压敏电阻作直流侧过电压保护。
1.7.1.4晶闸管及整流二极管两端的过电压保护
依据上面表格可以初步确定C 0.2 F 、R 20
P R
fcu
m
10 6
50 0.2 (72 300)2 10 6
W 4.242W
1.7.2过电流保护
1.7.
2.1交流侧快速熔断器的选择
由于I 12
60.5A ,考虑到电动机启动瞬间电流较大，熔断器的选取依据
6 55
18627
F 68.299 F
300
1
.5U m
1.5 72 300V 636.5V ，选 70 F 、耐压 700V
I
c
P R
2.3丄 U sh
S V
em
2 f U c 106
2.3叵犀
18627 V 55
15.718 ，取 R 20
2 50 2.2 2
(3~4)I C R (3~4)
0.212
300 2CW 106A 0.21A
2.646-
3.528W
U ImA
Zu
1.3 2
300V 551.5V
U
ImA
(1
.8~2
)U DC
⑴8-2
)
220V 396〜44CV
1.82平波电抗器电感量计算
法一、 L =rl =0.5x7mh=17.2mH
式中，U dm 为最低次谐波电压幅值； f d
为最低次谐波电流频率，对于三相桥式电路
f d =6 f 1 =300 H z ; S i 为电流脉动系数，要求 S i =0。
05;三相桥式电路 仏 =0.45。
U
T2
故平波电抗器电感选为 18mH 。
I rn （1.5〜2.5）1 fN 原则可以选用额定电压为300V ，额定电流为120A 熔断器。
1.722元件端快速熔断器的选择
由于I T I /Q 60.0^72 A 42.461A ,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 300V ，额定电流为85A
熔断器。
1.8平波电抗器
1. 81 平波电抗器电阻计算
R 0.01E 2N M /3|2N =0.024
按电流连续要求的电感量：L d k i 1
皿 2（L D 0
1
d min
L T ) 17.2mH
式中，I d min 5%l dN 5.34A ；对于三相桥式全控电路
K 1
0.693
法二、L
d (
U
dm/U T2
)
2 103/
2
f d U %i |dN
2(L
D0
L T )
9.22mH。