10kw直流电动机不可逆调速系统设计报告 中北大学

中北大学信息商务学院课程设计报告

中北大学

课程设计设计报告

学生姓名：学 院：专 业：题 目： 指导教师：

学 号：

中北大学信息商务学院 电气工程及其自动化 10KV直流电动机不可逆调速系统设计 李郁峰 职称: 讲师

2015年 1 月 6 日

中北大学信息商务学院课程设计报告

课 程 设 计 任 务 书

1．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。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 技术数据： 直流电动机： 型号：Z3-17；额定功率PN=10kW?； 额定电压UN=220V?；额定电流IN=55A?； 转速nN=1000r/min?；极数2p=4； 电枢电阻Ra =0.5欧姆；电枢电感LD=7mH?； 励磁电压UL=220V?；励磁电流IL=1.6 A?。 要求：调速范围D=10，静态率s≦5%，电流脉动系统Si≦10%。 设计内容： ① 定调速系统方案 ②主电路选择与计算 ③控制电路选择与计算 ④调速系统静态精度计算。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3.完成设计说明书，说明书中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；

中北大学信息商务学院课程设计报告

课 程 设 计 任 务 书

4．主要参考文献： [1］李维波，MATLAB在电气工程中的应用，中国电力出版社，2007 ［2］王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2009.5 ［3］李传奇，电力电子技术计算机仿真实验（M），机械工业出版社2006 5．设计成果形式及要求： 1. 硬件电路图； 2. 软件流程图和程序清单； 3. 编写课程设计报告。 6．工作计划及进度： 2015 12月28日~12月30日 查找资料，确定方案 1月1日~ 1月3日 设计硬件电路，绘制电路原理图 1月4日~ 1月6日 软件设计，并调试通过 1月7日~1月8日 编写课程设计报告，答辩或成绩考核 系主任审查意见： 签字： 年 月 日

中北大学信息商务学院课程设计报告

目 录

1.课程设计目的…………………………………………………………………………1 2.课程设计要求…………………………………………………………………………1 2.1技术数据与要求………………………………………………………………1 2.2设计内容………………………………………………………………………1 3.设计内容………………………………………………………………………………2 3.1调速系统方案的选择………………………………………………………… 2 3.2主电路计算……………………………………………………………………3 3.2.1整流变压器计算………………………………………………………3 3.2.2晶闸管元件的额定电压………………………………………………4 3.2.3晶闸管保护环节的计算………………………………………………5 3.2.4电抗器的参数计算……………………………………………………7 3.2.5 励磁电路元件的选择…………………………………………………8 3.3触发电路的选择与校正………………………………………………………8 4.仿真结果………………………………………………………………………………9 5.设计总结……………………………………………………………………………10 6.参考文献·……………………………………………………………………………10

中北大学信息商务学院课程设计报告

1. 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。

2. 课程设计要求

2.1技术数据与要求

技术数据： 直流电动机：

型号：Z3?71；额定功率PN?10kW；

V；额定电流IN?55A； 额定电压UN?220转速nN?1000rmin；极数2p?4； 电枢电阻Ra?0.5?；电枢电感LD?7mH；

V；励磁电流IL?1.6A。 励磁电压UL?220要求：调速范围D?10，静态率s?5%，电流脉动系统Si?10%。

2.2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。

中北大学信息商务学院课程设计报告

3. 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

中北大学信息商务学院课程设计报告

3.2 主电路计算

3.2.1 整流变压器计算

⑴U2的计算

U2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?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

U2?Udmax?nUT?I2??A??Cos??CUminsh?I2N??? （3-1）

式中，A——理想情况下，??0?C时整流电压Ud0与二次电压U2之比，即

A?Ud0U2；

B——控制角为?时，输出电压Ud与Ud0之比，即B?UdUd0； C——线路连接方式系数；

?——电网波动系数，通常取??0.9；

Udmax——整流电路输出电压最大值；

nUT——主电路电流回路n个晶闸管正向压降；

Ush——变压器的短路比，10~100KVA变压器Ush?0.05~0.1； I2/I2N——变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，应取最大值。

在要求不高的场合或近似估算时，用下式计算则更加方便

U2?(1~1.2)Ud （3-2） A?B其中A?2.34， 取??0.9

?角考虑10?的裕量：B?cos??0.985

中北大学信息商务学院课程设计报告

U2?(1~1.2)电压比

Ud220?V?106~127V，取U2?110V A?B2.34?1?0.985 K?U1380??3.45 （3-3） U2110⑵一次和二次相电流I1和I2的计算

KI1?KI2?0.816

考虑变压器的励磁历次电流时，I1应乘以1.05左右的系数，所以 I1?1.05KI1Id55?1.05?0.816?A?13.7A （3-5） K3.45 I2?KI2Id?0.816?55A?45A （3-6） ⑶变压器的容量计算

S1?m1U1I1 （3-7）

1S2?m2U2I2 S?(S1?S2)

2式中：m1、m2——一次侧、二次侧绕组的相数

S1?3U1I1?(3?380?13.7)kVA?15.6kVA S2?3U2I2?(3?110?45)kVA?14.85kVA

S?11(S1?S2)?(15.6?14.85)kVA?15.3kVA 22考虑励磁功率PL?(220?0.6)W?0.352kW，取S1?16kVA，S2?15.2kVA，

S?15.6kVA，I1?14A，I2?46A。

3.2.2 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

V UTN?(2~3)Um?(2~3)6U2?(2~3)6?110V?539~808V，取UTN?700中北大学信息商务学院课程设计报告

⑵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ITN大于实际流过管子电流最大有效值IT，即

ITN?1.57IT(AV)?IT （3-8） 或 IT(AV)?ITII ?Td?KId （3-9）

1.571.57Id考虑1.5~2倍的裕量，K?0.367

取IT(AV)?50A。 IT(AV)?(1.5~2)KId?(1.5~2)?0.367?1.2?55A?36.3~48.4A，

故选用型号为KP50?7晶闸管元件。

3.2.3 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(?)和电容C(?F)进行保护，接线方式如图2所示。

C1?6IemS5200?6?10??F?25?F 22U2110电容C1的耐压?1.5Um?1.5?2?110V?233V

故选用CZJD?2型金属化纸介电容器，电容量20?F，耐压250V。

2U2R1?2.3SUsh11025?2.3????2.2? Iem520010Ic?2?fCUc?10?6?2??50?20?110?10?6A?0.69A

PR?(3~4)Ic2R?(3~4)0.692?2.2W?3.1~4.2W 因此，可选2.2?、5W的金属膜电阻。

中北大学信息商务学院课程设计报告

TR

图2 阻容保护接线方式

②压敏电阻RV1的选择

UImA?1.32U?1.3?2?110V?202V

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

UImA??1.8~2?UDC??1.8~2??220V?396~440V

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） 电容C(?F) 电阻R(?)

10 0.1 100 20 0.15 8 50 0.2 40 100 0.25 20 200 0.5 10 500 1 5 1000 2 2 依据上面表格可以初步确定C2?0.2?F、R2?40?。 电容耐压?1.5Um?1.5?6?110V?566V。

选CZJD?2型金属化纸介电容，电容量0.22?F，耐压400V。

2?10?6?50?0.22?(3?110)2?10?6W?0.8W PR2?fCUC

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fint.html