10KW直流电动机不可逆调速系统_电力拖动自动控制系统课程设计

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：3Z —71 、额定功率N P =10KW 、N U =220V 、 额定电流N I =55A

N n =1000r/min 、极数2P=4、电枢电阻N R =0.5Ω、电枢电感D L =7mH

励磁电压L U =220V 、励磁电流L I =1.6A 。 二、要求

调速范围D=10、 S<=15%、电流脉动系数i S ≤10%、设计中几个重点说明 三、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 以上采用三相整流。

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。

设计方案

1.1直流电动机

型号：3Z —71 、额定功率N P =10KW 、额定电压N U =220V 、额定电流N I =55A 转速N n =1000r/min 、极数2P=4、电枢电阻N R =0.5Ω、电枢电感D L =7mH 励磁电压L U =220V 、S<=15%、励磁电流L I =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％，则系统应满足的转速降

10000.15

/min 17.647/min (1)

10(10.15)

N

N

r r n

D s n s

⨯=

≤

=-⨯-∆

电动系数：220550.5

0.19251000

N a

N

e N

N

U I R C n

φ--⨯==

=

该直流电动机固有转速降

'

550.5

/min 142.857/min 17.647/min 0.1925

N a

N e

N

r r r I R n C φ

⨯∆=

=

=?

故采用电压闭环控制系统，控制系统电压放大倍数

'142.875

117.09617.647

N u N

n K n

=

-=

-=∆∆

1.4直流调速系统框架图 系统框架图如图1所示：

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

2

(1~1.2)d A B

U U

ε=其中：0.9,1,0.9A B ε==取＝则

2220

(1~1.2)

271.6~325.9250.910.9

V V U ==⨯⨯，取

2

U V ＝300

电压比 ：

12

220

0.733300

K U U

==

= 1.5.2一次电流I1和二次电流I2的计算 已知全波整流电路中

1

2

1.11, 1.11f

I I K K

K ===

11

1.05 1.05 1.1155/0.73387.45d

A A I I

K

I K

==⨯⨯=

2

2

1.115560.05d

A A I I K I

=⨯==

1.5.3变压器容量的计算

1

1

1

22087.4519239VA VA S U I

==⨯=，22230060.0518015VA VA S U I ==⨯=

1211

()(1923918015)18.62722

VA kVA S

S S =+=+= 晶闸管整流电路如图2所示：

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

(2~3)(2~300848.528~1272.79TN

m V V U

U ===，取1200TN V U =。

1.6.2晶闸管的额定电流

()

(1.5~2)

(1.5~(1.5~37.156~49.5421.57

T

T AV A A

I

I

====取()50T AV A I =

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

22

2

665568.29918627300

em

C F F S I U

μμ≥=⨯⨯=

1.5 1.5300636.5m V V U U ≥==，选70F μ、耐压700V

2.315.718R ≥==Ω，取20R =Ω

66

210250 2.2300100.21c

c f A A U I ππ--=⨯=⨯⨯⨯⨯= 2

2

(3~4)(3~4)0.2120 2.646~3.528R C R W W P I ≥=⨯⨯=

1.7.1.2压敏电阻1V R 的选择

Im 1.32300551.5A

V V U

==⨯⨯=

1.7.1.3直流侧过电压保护

Im (1.8~2)(1.8~2)220396~440A

DC V V U

U ≥=⨯=

选用31820/3MY -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

由参考文献上获得晶闸管过电压保护参数估计值如下：

依据上面表格可以初步确定0.2C F μ=、20R =Ω

2626

10500.2300)10 4.242m R

fCU W W P --=⨯=⨯⨯⨯= 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260.5I I A ==,考虑到电动机启动瞬间电流较大，熔断器的选取依据