目录 (2).................................................2内容................................................. .2要求................................................. .2 .. (3) (3) (3) (4) (4) (4) (5)一、课程设计要求 1.设计参数直流他励电动机：功率Pe ＝145KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=Ω,主电路总电阻R ＝Ω，Ks=，电磁时间常数TL=，机电时间常数Tm=，滤波时间常数Ton=Toi=，过载倍数λ＝，电流给定最大值 8V U im =*，速度给定最大值 10V U n =*2.设计内容1）根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。

2） 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。

3）驱动控制电路的选型设计。

4）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。

5） 绘制V —M 双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。

3.设计要求：1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（10D ≥），系统在工作范围内能稳定工作。

2）系统静特性良好，无静差（静差率2S ≤）。

3）动态性能指标：转速超调量8%n δ<，电流超调量5%i δ<，动态最大转速降810%n ∆≤~，调速系统的过渡过程时间（调节时间）1s t s ≤。

4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。

5)调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。

6)主电路采用三项全控桥。

二 双闭环直流调速系统的工作原理 晶闸管-电动机直流调速系统简介图是V-M 系统的简单原理图[1,3,5]。

-晶闸管-电动机直流调速系统（V-M 系统）双闭环直流调速系统动态结构图双闭环直流调速系统动态结构图M++_LGTU cU d~三控制系统的设计双闭环直流调速系统的组成该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。

因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。

一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。

图转速、电流双闭环直流调速系统图中U*n 、Un—转速给定电压和转速反馈电压 U*i、Ui—电流给定电压和电流反馈电压 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—电力电子变换器主电路的结构形式图 V-W 系统原理图图 主电路原理图主电路的设计1.变流变压器的设计为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压2U 只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压2U 。

影响2U 值的因素有：(1)2U 值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的m ax d I 。

(2)晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用T V 表示。

(3)变压器漏抗的存在会产生换相压降。

(4)平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。

(5)电枢电阻的压降。

综合以上因素得到的2U 精确表达式为：max2max[1(1)]%[]100d N a Tdd K dI U r nU I U I CU A B I ε+-+=-⋅ 式（3-1）式中 N U 为电动机额定电压；20U U A d = ；0d d U UB α= 及C 见表1-1；NN a U R I r ∑=，N I 为电动及额定电流，∑R 为电动机电枢电路总电阻；T nU 表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降；ε为电网电压波动系数，通常取0.9 1.05~，供电质量较差，电压波动较大的情况ε应取较小值；%K U 为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取5%=K U ，100～1000千伏安的变压器取%510K U =~；max d I -- 负载电流最大值；max d dN I I λ=所以maxd dNI I λ=,λ表示允许过载倍数。

2U 也可以用下述简化公式计算2U =（）B A Ua ε或 2U =（）AUa其中，系数（）和（）为考虑各种因素的安全系数，a U 为整流输出电压。

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2U 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。

9.0=ε，34.2=A ，2330cos cos ===O B α，5.0=C ,5%=K U ，（其中A 、B 、C 可以查表3-1中三相全控桥），NN a U R I r ∑=18.044045.0180=⨯=，max d dN II λ==表3-1 变流变压器的计算系数把已知条件代入式（3-1）可得结果：max2max [1(1)]%[]100d N a T d d K dI U r nU I U I CU A B I ε+-+=-⋅=()[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯-⨯⨯+-+7.1100%55.0239.034.21217.181.01440=272.890V根据主电路的不同接线方式，有表3-1查的22/I d K I I =，即可得二次侧电流的有效值22I d K I I ⨯=，从而求出变压器二次侧容量2222S m U I =。

而一次相电流有效值21I I =/()21/U U ，所以一次侧容量=1S 2222I U m S =。

一次相电压有效值1U 取决于电网电压，所以变流变压器的平均容量为121()2S S S =+222I U m =对于本设计2I K 816.0= , 2m =3 ，22I d K I I ⨯==2I N K I ⨯⨯λ05.1843816.02207.1=⨯⨯=A121()2S S S =+222I U m =KVA 248.84405.1843272.8903=⨯⨯=设计时留取一定的裕量，可以取容量为A KV ⋅350的整流变压器。

整流元件晶闸管的选型KV U U RM TM 006.2~337.1272.89045.2)3~2()3~2(=⨯⨯== 取V 2000 。

晶闸管额定电流)(AV T I 的有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。

一般取按此原则所得计算结果的～2倍。

已知 A I I N d 3061807.1max =⨯==λ==max 31d VT I I A 176.581可得晶闸管的额定电流)(AV T I 计算结果 ：()A I I VTAV T 224.943~168.70857.1)2~5.1(== 取300A 本设计选用晶闸管的型号为KP （3CT ）-300A （ 螺栓型） 额定电压： VDRM 2000V 额定电流： IT(AV) 300A 门极触发电压：VGT ≤30 V 门极触发电流：IGT ≤400 A 电抗器的设计（1）交流侧电抗器的选择为限制短路电流，所以在线路中应接入一个空心的电抗器，称为进线电抗器。

（2）直流侧电抗器的选择直流侧电抗器的主要作用为限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流可逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。

限制输出电流脉动的电感量m L 的计算 ()di d dmm I S U f U U L 232210π⨯=式（3-2）式中，i S -----电流脉动系数，取5%~20%，本设计取10%。

d f -----输出电流的基波频率，单位为Z H ，对于三相全控桥300d Z f H =输出电流保持连续的临界电感量L L 的计算：L min 2/d L I U K = 式（3-3）式中，m in d I 为要求连续的最小负载的平均值，本设计中min 5%N I I =；2U 为变流装置交流侧相电压有效值。

代入已知参数，可求的 m L = L L =m L 和L L 包括了电动机电枢电感量D L 和折算到变流变压器二次侧的每相绕组漏电感B L ，所以应扣除D L 和B L ，才是实际的限制电流脉动的电感ma L 和维持电流连续的实际临界电感La L 。

3102⨯=NNDD pnI U K L 式（3-4） B L =NK B I U U K 100%2 式（3-5）式中， K D ---计算系数，对于一般无补偿绕组电动机K D =8～12，对于快速无补偿绕组电动机K D =6～8，对于有补偿绕组电动机K D =5～6，其余系数均为电动机额定值，这里K D 取10。

n p ----极对数，取n p =2。

k U %-----变压器短路比，一般取为5%；B K ------为计算系数，三相全控桥 3.9B K =。

即 D L =17.410220120022440103=⨯⨯⨯⨯mHB L =286.02201005755.3229.3=⨯⨯⨯mH实际要接入的平波电抗器电感K L()59.15286.0217.433.202,m ax =⨯--=--=B D L m k L L L L L mH电枢回路总电感∑LmH L L L L D B k 33.2017.4286.0259.152=+⨯+=++=∑ 可取20mH（1）过电压保护图3-5 二次侧过电压压敏电阻保护压敏电阻额定电压的选择可按下式计算： ⨯≥9.0~8.01εmA U 压敏电阻承受的额定电压峰值 式（3-6）式中 1mA U ------压敏电阻的额定电压， VYJ 型压敏电阻的额定电压有：100V 、200V 、440、760V 、1000V 等；ε为电网电压升高系数，可取10.1~05.1。

压敏电阻承受的额定电压峰值就是晶闸管控制角α=300时输出电压d U α。

由此可将式（3-6）转化成αcos 69.0~8.005.121U U mA ⨯≥可得压敏电阻额定电压V U mA 63.898~78.79823755.32269.0~8.005.11=⨯⨯⨯≥所以压敏电阻额定电压取850V 型压敏电阻。

（2）过电流保护在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流保护，保护原理图3-6如下：图3-6 一次侧过电流保护电路（1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。