礦井提升機(jī)直流電控系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)最終版畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)由直流電動(dòng)機(jī)、卷筒、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成。與傳統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有單機(jī)容量大、體積小、重量輕、起動(dòng)平滑性好、調(diào)速范圍寬、精度高和安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的工作原理。</p><p>　　根據(jù)

2、課題的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)從主電路結(jié)構(gòu)的選擇和計(jì)算、控制方案的選擇、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性的分析計(jì)算等方面出發(fā)，進(jìn)行礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能完成對(duì)礦井直流提升機(jī)的起動(dòng)、加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行、減速運(yùn)行和回饋制動(dòng)的控制，并且可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的四象限運(yùn)行。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：提升機(jī) 電控系統(tǒng) 磁場(chǎng)可逆 邏輯無(wú)環(huán)流</p><p><b>　　ABSTR

3、ACT</b></p><p>　　The mine DC hoist electric control system consists of the DC motor, drum, brake system, in-depth instruction systems, gun systems and operating systems and so on. With the traditional

4、mechanical and electrical control system upgrade; this system has a single large capacity, small size, light weight, a good smooth start-up feature, high precision and high security and reliability. This paper describes

5、hardware circuit design, protection circuit design and the working principle of the system.</p><p>　　In accordance with the design requirements of the subject, the design of the mine DC hoist electric contro

6、l system is from the choice and calculation of the main circuit of the system, the choice of the control program, the design of the protection system and system analysis and calculation of static and dynamic characterist

7、ics. The system is able to complete the start, the running of speed up, uniform running, deceleration running and feedback control, furthermore it can run in the four quadran</p><p>　　Key words：Hoist The el

8、ectric control system Reversible magnetic field The logic of non-circulation</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1礦井提升機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1</p>

9、<p>　　2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求4</p><p>　　2.1滿足四象限運(yùn)行4</p><p>　　2.2平滑調(diào)節(jié)速度且有精度較高的調(diào)節(jié)精度4</p><p>　　2.3準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置5</p><p>　　2.4行程顯示與行程控制器5</p><p>　　2.5完善的故障監(jiān)視裝置6<

10、/p><p>　　2.6可靠的可調(diào)閘控制系統(tǒng)6</p><p>　　3.方案的選擇與比較7</p><p>　　3.1.提升機(jī)拖動(dòng)方式的選擇7</p><p>　　3.2電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的比較7</p><p>　　3.3 可控直流電源比較9</p><p>　　3.4 電樞可逆與磁場(chǎng)可逆的

11、比較9</p><p>　　3.5邏輯有環(huán)流和無(wú)環(huán)流的比較10</p><p>　　3.6礦井提升機(jī)供電主電路組合方式12</p><p>　　3.7單閉環(huán)與雙閉環(huán)的比較14</p><p>　　4.主回路及保護(hù)裝置的選擇、計(jì)算15</p><p>　　4.1 電樞回路的選擇計(jì)算15</p>

12、<p>　　4.2 勵(lì)磁回路的選擇與計(jì)算20</p><p>　　4.3 電樞回路保護(hù)裝置選擇、計(jì)算21</p><p>　　4.4勵(lì)磁回路保護(hù)裝置選擇、計(jì)算25</p><p>　　5單元電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.1系統(tǒng)的總體框圖27</p><p>　　5.2系統(tǒng)的電路原理圖28&

13、lt;/p><p>　　5.3電動(dòng)機(jī)電樞回路28</p><p>　　5.4電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路36</p><p>　　6控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算44</p><p>　　6.1調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇45</p><p>　　6.2電流環(huán)參數(shù)的計(jì)算45</p><p>　　6.3速度環(huán)參數(shù)計(jì)算48&l

14、t;/p><p>　　6.4勵(lì)磁回路動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)51</p><p><b>　　7設(shè)計(jì)專題54</b></p><p>　　7.1數(shù)字調(diào)節(jié)器的組成54</p><p>　　7.2數(shù)字調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)56</p><p>　　7.3數(shù)字PI調(diào)節(jié)器56</p><p>　　8系

15、統(tǒng)的運(yùn)行分析59</p><p>　　8.1正向起動(dòng)59</p><p>　　8.2等速運(yùn)行61</p><p>　　8.3正力減速61</p><p>　　8.4負(fù)力減速62</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)64</b></p><p><b>

16、　　致謝65</b></p><p><b>　　附錄66</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1礦井提升機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1) 晶閘管-電動(dòng)機(jī)(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　

17、部分發(fā)達(dá)國(guó)家原有的交流提升機(jī)已基本上被晶閘管-電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱SCR-D)系統(tǒng)所取代。如德國(guó)、瑞典等國(guó)家已有90%以上采用直流提升機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)大都采用低速直聯(lián)式(省去減速機(jī))，使系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。如AEG公司采用低速直聯(lián)的SCR-D系統(tǒng)，電機(jī)功率3000kw，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，滾筒直徑6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200米，具有完善的保護(hù)系統(tǒng);采用磁場(chǎng)反并聯(lián)，有平波電抗器及臥式深度發(fā)送裝置；采用積分給

18、定與行程給定相結(jié)合的雙重給定信號(hào);主回路采用兩組三相橋組成12脈動(dòng)順抗整流，大大提高了功率因數(shù)。SIEMENS(西門子)公司、ABB公司、CEGELEC公司以及ASEA公司等都有相同類型的產(chǎn)品，其性能大同小異。此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低；無(wú)減速器，總效率高，電能消耗少；維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平滑，精度高；易于實(shí)現(xiàn)最佳控制和自動(dòng)化，安全可靠。其缺點(diǎn)在于：功率

19、因數(shù)低，如三相橋平均功率因數(shù)只有0.45左右；無(wú)功沖擊大，高次諧波對(duì)電網(wǎng)影響大。這些缺點(diǎn)可采用順序控制和多脈沖整流的方法</p><p>　　2) 交流變頻調(diào)速同步機(jī)驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)</p><p>　　SCR-D直流拖動(dòng)系統(tǒng)趨于成熟，且采用了順控技術(shù)等措施來(lái)提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)仍然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率，且對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，提升容量越大，問(wèn)題越突出。再則，直流電

20、機(jī)制造成本高，電樞回路的整流子限制了提升容量的進(jìn)一步增加，且整流</p><p>　　子，碳刷易磨損，加大了維護(hù)工作量，故障率高。因此換相整流子是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。由于存在上述兩個(gè)問(wèn)題，迫使人們又重新考慮交流拖動(dòng)方式。自80年代初以來(lái)，交流變頻供電的同步機(jī)拖動(dòng)異軍突起，在大型提升機(jī)中發(fā)展成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均優(yōu)的拖動(dòng)方式。如SIEMENS公司1979年投運(yùn)的2X4200kW、1x2650kw，額定轉(zhuǎn)速55.5r/min；CE

21、GELEC公司1983年投運(yùn)的1X5480kw，額定轉(zhuǎn)速69.5r/min；AEG公司1985年投運(yùn)的1x3000kW，額定轉(zhuǎn)速55.8r/min，ABB公司投運(yùn)的lx4200kw額定轉(zhuǎn)速45.86r/min；SEIMAG公司投運(yùn)的2x460OkW等變頻調(diào)速同步機(jī)拖動(dòng)的提升機(jī)，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，均獲得成功。這種拖動(dòng)系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點(diǎn)：①提升容量幾乎不受限制，最大可達(dá)10000kW，提升速度可達(dá)20m/s以上，提升高度1200米以上，滾筒直

22、徑達(dá)6.5m，這是直流系統(tǒng)難以達(dá)到的；②沒(méi)有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行和降低了運(yùn)行消耗；③功率因數(shù)高，可達(dá)0.9-1，極大地節(jié)省了電能；④動(dòng)態(tài)品質(zhì)好(和直流系統(tǒng)相同)，系統(tǒng)可在四象限平滑過(guò)渡和無(wú)級(jí)調(diào)速；⑤由于機(jī)</p><p>　　1.2 本課題的目的和意義</p><p>　　近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)礦山資源需求的高速增長(zhǎng)，對(duì)礦山生產(chǎn)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求

23、。礦井提升機(jī)作為礦山進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其電控調(diào)速技術(shù)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)礦井生產(chǎn)效率的提高和安全作業(yè)，無(wú)疑具有極其重大的影響。歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國(guó)的礦井提升機(jī)電控技術(shù)取得了不少的進(jìn)步，但與美國(guó)、 德國(guó)等世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，依然</p><p>　　存在著很大的差距。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的礦井提升機(jī)電控技術(shù)已全面實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制，而國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)中小煤礦的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)還是交流串電阻調(diào)速的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)，效率低

24、下，安全隱患多，嚴(yán)重制約著我國(guó)礦山產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，急需大規(guī)模的技術(shù)改造和更新。礦井提升機(jī)直流拖動(dòng)相對(duì)于交流拖動(dòng)，提升能力強(qiáng)，并且調(diào)速容易。例如，一臺(tái)交流提升機(jī)功率最大為1000kw，當(dāng)要求提升功率為2000kw一下時(shí)可以采用雙交流電機(jī)拖動(dòng)方式，若要求提升功率大于2000kw時(shí)則需要采用直流提升機(jī)拖動(dòng)。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)可以完成對(duì)直流提升機(jī)的起動(dòng)、加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行、減速運(yùn)行和回饋制動(dòng)的控制，并且可以實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)行，調(diào)速精度高和提升機(jī)的

25、四象限運(yùn)行。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:體積小，重量輕，占地面積小，安裝方便，建筑費(fèi)用低；無(wú)減速器，總效率高，電能消耗少；維護(hù)工作量小，備件少，處理事故快；單機(jī)容量大，適用范圍廣；調(diào)速平滑，精度高；易于實(shí)現(xiàn)最佳控制和自動(dòng)化，安全可靠。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)還可為以后的計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)打下了基礎(chǔ)，和實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的全數(shù)字控制。本設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)換向的晶閘管--直流電動(dòng)機(jī)(SCR</p><p><

26、;b>　　2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　礦井提升機(jī)（又稱絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)）是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)性能如何，將直接影響礦井生產(chǎn)的效率及安全。欲掌握提升機(jī)電控系統(tǒng)的原理，首先要了解提升機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)的要求，以及各種電氣傳動(dòng)方案的特點(diǎn)。 </p><p>　　礦井提升機(jī)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，有正向和反向提升，又有正向和反向下放。對(duì)于不同水

27、平的提升，在每次提升循環(huán)中，容器的上升或下降的運(yùn)動(dòng)距離可能是相同的，也可能是不同的。在每一提升周期都要經(jīng)過(guò)從起動(dòng)、加速、等速、減速、爬行到停車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，因此提升機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)一般有下述一些要求。 </p><p>　　2.1 滿足四象限運(yùn)行</p><p>　　設(shè)提升機(jī)正向提升時(shí)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作在第一象限。而在減速下放時(shí)，如果是正力減速，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)也工作在第一象限，但如果為負(fù)力減

28、速，則拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)就工作在第二象限。 </p><p>　　同樣當(dāng)提升機(jī)反向提升時(shí)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作在第三象限。而在減速下放時(shí)，如果是正力減速，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)也工作在第三象限，但如果為負(fù)力減速，則拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)就工作在第四象限。因此，提升機(jī)的運(yùn)行必須能滿足四象限運(yùn)行的要求。 </p><p>　　2.2平滑調(diào)節(jié)速度且有精度較高的調(diào)節(jié)精度</p><p>　　

29、提升工藝要求電控系統(tǒng)須能滿足運(yùn)送物料(達(dá)到額定速度)、運(yùn)送人員(可能要求低于額定速度)、運(yùn)送炸藥(2m／s)、檢查運(yùn)行(0.3～1.0m／s)和低速爬行(0.1～0.5m／s)等各種要求，所以要求提升機(jī)電控系統(tǒng)必須能平滑連續(xù)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度。 </p><p>　　對(duì)于調(diào)速精度，為了在不同負(fù)載下的減速段的距離誤差盡可能地小，要求提升機(jī)的靜差率ｓ越小越好(一般在高速下ｓ＜１％)。這樣可以使爬行段距離盡可能設(shè)計(jì)

30、得小，來(lái)減少低速爬行段的時(shí)間，從而縮短提升周期，獲得較大的提升能力。 </p><p>　　2.3準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置</p><p>　　提升工藝要求電控系統(tǒng)的加減速度平穩(wěn)。根據(jù)安全規(guī)程，對(duì)礦井提升機(jī)的加、減速度都有一定的限制。對(duì)豎井來(lái)說(shuō)，提物時(shí)加減速度小于1.2m/s2；提人時(shí)加減速度小于0.7m/s2；對(duì)斜井，提人時(shí)加減速度小于0.5m/s2。 </p&g

31、t;<p>　　限制加速度的目的其一是為了減少人對(duì)加減速度的不適反應(yīng)程度，其二是降低提升機(jī)加速時(shí)的電流沖擊，提高提升設(shè)備的使用壽命。 </p><p>　　實(shí)際上礦井提升機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)位置控制系統(tǒng)，提升容器在井筒中的什么位置該加速、等速、減速、爬行都有一定的要求。也就是說(shuō)，必須根據(jù)提升容器在井筒中的位置確定給定的速度，這就是按行程原則產(chǎn)生速度給定信號(hào)。 </p>&l

32、t;p>　　2.4行程顯示與行程控制器</p><p>　　為了便于提升機(jī)司機(jī)操作與控制，電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的提升容器在井筒中的位置顯示裝置(俗稱深度指示器)。老的深度顯示常采用牌坊指針式或圓盤指針式深度顯示裝置；新的深度顯示則采用數(shù)字顯示。 </p><p>　　因此，要求提升機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置有可靠的位置檢測(cè)環(huán)節(jié)，能準(zhǔn)確地檢測(cè)出提升容器在井筒中與減速點(diǎn)開(kāi)始、爬行、停車及過(guò)

33、卷相對(duì)應(yīng)的位置，以便控制提升機(jī)能可靠地減速、爬行、停車。為了可靠起見(jiàn)，通常一個(gè)位置要設(shè)置多只行程開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)冗余控制。 </p><p>　　2.5完善的故障監(jiān)視裝置</p><p>　　提升機(jī)對(duì)其電控系統(tǒng)的可靠性要求很高。這是因?yàn)樘嵘龣C(jī)一旦出現(xiàn)故障，輕則影響生產(chǎn)，重則危及人員生命。電控裝置的高可靠性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是電控系統(tǒng)質(zhì)量好，故障少；二是出現(xiàn)故障后應(yīng)能根據(jù)故障性質(zhì)及時(shí)進(jìn)

34、行保護(hù)，并能對(duì)故障內(nèi)容進(jìn)行記憶和顯示，以便能迅速排除故障。 </p><p>　　2.6可靠的可調(diào)閘控制系統(tǒng)</p><p>　　可調(diào)閘是一套電氣控制的液壓調(diào)節(jié)機(jī)械閘系統(tǒng)，是提升安全運(yùn)行的最后一道保護(hù)措施，因此要求閘系統(tǒng)的控制必須安全可靠?？烧{(diào)閘系統(tǒng)的控制通常分為工作制動(dòng)（常稱工作閘，由司機(jī)的制動(dòng)手柄控制）和安全制動(dòng)（常稱為安全閘，由安全回路的繼電器或PLC等邏輯控制）。工作制動(dòng)

35、是在手動(dòng)操作或在自動(dòng)操作方式下作為正常停車或定車手段。而安全制動(dòng)是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使運(yùn)行狀態(tài)下的提升機(jī)快速減速停車、靜止?fàn)顟B(tài)下不能松閘。 </p><p>　　安全制動(dòng)又分為一級(jí)制動(dòng)和二級(jí)制動(dòng)。當(dāng)提升容器在井筒中而離停車點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，若系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要緊急制動(dòng)時(shí)應(yīng)采用二級(jí)制動(dòng)。所謂二級(jí)制動(dòng)，就是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不是一次全部加到閘盤上，而是分兩次，使緊急制動(dòng)時(shí)的減速度比較小，減速度較緩，對(duì)機(jī)械設(shè)備的損傷小，容器在緊

36、急制動(dòng)后要滑行一段距離才停下來(lái)。當(dāng)提升容器在井筒中離停車點(diǎn)較近時(shí)，緊急制動(dòng)時(shí)應(yīng)采用一級(jí)制動(dòng)。一級(jí)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、在緊急制動(dòng)時(shí)滑行距離短。 </p><p>　　目前在先進(jìn)的提升機(jī)上都裝備有制動(dòng)力可調(diào)的安全制動(dòng)裝置。</p><p><b>　　3方案的選擇與比較</b></p><p>　　3.1.提升機(jī)拖動(dòng)方式的選擇</p&

37、gt;<p>　　出于交流開(kāi)關(guān)設(shè)備容量的限制，雙機(jī)拖動(dòng)整機(jī)功率只能達(dá)到2000kW，當(dāng)提升機(jī)主電動(dòng)機(jī)功率大于2000kW時(shí)，均采用直流拖動(dòng)方案。</p><p>　　直流拖動(dòng)系統(tǒng)一般采用直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)，它具有調(diào)速性能好，低速階段能夠穩(wěn)定運(yùn)行，在加速、減速和低速運(yùn)行時(shí)的電耗小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)供電方式不同，直流拖動(dòng)系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)）

38、，一類是晶閘管供電的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)）。</p><p>　　G-M系統(tǒng)的特點(diǎn)是過(guò)載能力強(qiáng)，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品，供貨容易，運(yùn)行可靠，技術(shù)要求不高但是維護(hù)工作量大，對(duì)系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會(huì)造成有害的影響，即不會(huì)引起電力公害等等。</p><p>　　與G-M系統(tǒng)相比，V-M系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　功率放大倍數(shù)大,快速響應(yīng)性好,功耗小、效率高,調(diào)速

39、范圍大,運(yùn)行可靠,</p><p><b>　　設(shè)備費(fèi)用低。</b></p><p>　　G-M系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜、龐大，需要大量的鋼鐵和有色金屬進(jìn)行制造，而V-M系統(tǒng)設(shè)備重量輕，輔助設(shè)備少、占地面積小。在相同條件下，V-M系統(tǒng)在設(shè)備投資方面，比G-M系統(tǒng)節(jié)省20%以上。</p><p>　　由于直流拖動(dòng)系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)，是交流系統(tǒng)無(wú)法相比的

40、，而V-M系統(tǒng)又具有以上突出的優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)采用直流拖動(dòng)方式。</p><p>　　3.2電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的比較</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)有：(1)調(diào)速范圍；(2)靜差率；(3)平滑性；(4)調(diào)速時(shí)允許的輸出。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與供電電壓的關(guān)系：n=(Ua-IaRa)/CeØ。 (3-1)</

41、p><p>　　n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) Ua：電樞端電壓(V)</p><p>　　Ia：電樞電流(A) Ra：電樞回路總電阻(Ω)</p><p>　　Ce：電動(dòng)勢(shì)常數(shù) Ø： 勵(lì)磁磁通</p><p>　　由(3-1)式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)

42、機(jī)的轉(zhuǎn)速：</p><p>　　(1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓Ua</p><p>　　(2)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通Ø</p><p>　　(3)改變電樞回路電阻Ra</p><p>　　電樞串電阻調(diào)速：在電樞回路串上電阻后，在電樞電阻上流過(guò)電流產(chǎn)生壓降，電樞端電壓降低。電樞端電壓的數(shù)值受負(fù)載影響很大，在空載時(shí)幾乎幾乎沒(méi)有調(diào)速作用(電樞回路電流小，電

43、阻壓降可以忽略)。</p><p>　　調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通：弱磁調(diào)速范圍對(duì)于普通電機(jī)最多為D=2，對(duì)于特殊設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速較低的調(diào)磁電動(dòng)機(jī)D=3~4。主要原因是弱磁調(diào)速在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，電動(dòng)機(jī)nmax不可能太高，它受電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和換向的限制。另外，為了保證在nmax時(shí)有一定的轉(zhuǎn)矩輸出。在低速時(shí)，Ø較大，為了使電動(dòng)機(jī)磁路不飽和，電動(dòng)機(jī)的體積及耗費(fèi)的材料又必須大為增多，顯得很不經(jīng)濟(jì)。[6]</p>

44、<p>　　調(diào)節(jié)電樞電壓：改變Ua，可得一組平行的特性曲線。如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1電機(jī)的特性曲線</p><p>　　n0與U0成正比，并具有相同的斜率，再采用反饋控制，特性的硬度可再提高，從而獲得調(diào)速范圍廣，平滑性高的性能優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)。采用晶閘管組變流器可以節(jié)省成本，有較高的調(diào)節(jié)速度。</p><p>　　3.3 可控直流電

45、源比較</p><p>　　調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控的直流電源有以下三種：</p><p>　　旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，獲得可調(diào)的直流電壓。</p><p>　　靜止可控整流器。用靜止的可控整流器獲得可調(diào)的直流電壓。</p><p>　　直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不控整流電

46、源供電，利用電力電子器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生可變的平均電壓。</p><p>　　由于受器件的容量的限制，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)目前只用于小功率的系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)采用晶閘管整流器作為可控直流電源。[6]</p><p>　　3.4 電樞可逆與磁場(chǎng)可逆的比較</p><p>　　V-M直流電力電力拖動(dòng)系統(tǒng)，為獲得可逆運(yùn)轉(zhuǎn)特性以實(shí)現(xiàn)四象限調(diào)速，通常有兩種電氣控制方案可以選

47、擇。(1)電樞可逆自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，用改變電動(dòng)機(jī)供電電壓極性的方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；(2)磁場(chǎng)可逆自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，用該變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流方向的方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。 </p><p>　　電樞可逆的特點(diǎn)是改變電樞電流的方向，他需要兩套容量較大的SCR整流裝置，投資往往較大，尤其是大容量的可逆系統(tǒng)。但是由于電樞回路電感小，時(shí)間常數(shù)小，正反向切換的快速性好，因此特備適用于頻繁起制動(dòng)，要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短的中、小容

48、量生產(chǎn)機(jī)械上，例如龍門刨床刨臺(tái)的拖動(dòng)等。</p><p>　　磁場(chǎng)可逆線路的特點(diǎn)是改變磁場(chǎng)電流方向。電樞回路只有一套整流裝置，勵(lì)磁回路用兩條整流裝置。由于電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁功率較小(一般為1%~5%額定功率)其設(shè)備容量比電樞可逆方案小的多，投資費(fèi)用低，比較經(jīng)濟(jì)。但是由于電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路電感量大，時(shí)間常數(shù)大(約零點(diǎn)幾秒至幾秒，甚至幾十秒)，因此這種系統(tǒng)反向過(guò)程較慢，在磁場(chǎng)采用強(qiáng)勵(lì)之后(強(qiáng)迫勵(lì)磁電壓短時(shí)加至4~5倍)，快速性

49、可以得到一定程度的補(bǔ)償，但其切換時(shí)間仍達(dá)到幾百毫秒以上。此外，磁場(chǎng)可逆線路的控制回路比較復(fù)雜，必須在換向過(guò)程中勵(lì)磁磁通等于或接近零時(shí)，電樞的供電電壓Ud為零，以防止電動(dòng)機(jī)在反轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生“飛車”現(xiàn)象。所以這種方案只適合要求快速正、反轉(zhuǎn)的大容量可逆系統(tǒng)中，例如礦井提升機(jī)，電力機(jī)車等。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)換向的方案。</p><p>　　3.5邏輯有環(huán)流和無(wú)環(huán)流的比較</p><p>　　本設(shè)

50、計(jì)采用磁場(chǎng)換向的控制方式，電機(jī)的主磁場(chǎng)由兩組反并聯(lián)的兩套整流橋供電。兩組晶閘管可控整流電路如圖4.4所示。</p><p>　　根據(jù)對(duì)環(huán)流的處理方法的不同，可逆調(diào)速系統(tǒng)可以分為：</p><p><b>　　無(wú)環(huán)流可逆方案</b></p><p>　?。?）邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)</p><p>　?。?）錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)

51、</p><p><b>　　有環(huán)流可逆方案</b></p><p>　?。?）α=β配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　?。?）可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動(dòng)問(wèn)題，但是，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載的

52、而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，即為環(huán)流。一般情況下，環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。</p><p>　　圖4.4α=β配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　α=β配合控制的情況下，兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)兩組晶閘管瞬時(shí)電壓不相等，從而仍能產(chǎn)生瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流，這個(gè)瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流是自熱存在的，因此α

53、=β配合控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)又稱自然環(huán)流系統(tǒng)。直流平均環(huán)流可以用α>β配合控制，而抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的方法是在環(huán)流回路中串入電抗器(如上圖所示)。</p><p>　　為了充分利用有環(huán)流可逆系統(tǒng)制動(dòng)和反向過(guò)程的平滑性和連續(xù)性，最好能有波形連續(xù)的環(huán)流。當(dāng)主回路電流可能斷續(xù)時(shí)，采用α<β的控制方式，有意提供一個(gè)附加的直流平均環(huán)流，使電流連續(xù)；當(dāng)主電路負(fù)載電流連續(xù)了，則設(shè)法形成α>β的控制方式，遏制環(huán)流至

54、零。這樣根據(jù)要求，通過(guò)改變給定電壓Uc來(lái)控制環(huán)流的大小，即為可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　通過(guò)以上分析可知，有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)具有反向快、過(guò)渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但是需要設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器，這顯然是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不是很高時(shí)，特別是對(duì)大容量的系統(tǒng)，常采用無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。</p><p>　　由于沒(méi)有環(huán)流的存在，不需要

55、環(huán)流電抗器，沒(méi)有附加的環(huán)流損耗，可節(jié)省變壓器和SCR整流裝置的附加設(shè)備容量，因換流失敗而導(dǎo)致的事故率會(huì)大為降低。但是這種系統(tǒng)也存在缺點(diǎn)：延時(shí)造成了電流換向死區(qū)，影響過(guò)渡過(guò)程的快速性。礦井提升機(jī)對(duì)換向的快速性要求不高，采用邏輯無(wú)環(huán)流可以滿足要求。[2]</p><p>　　邏輯控制無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)：當(dāng)一組晶閘管正在工作時(shí)，封鎖另一組晶閘管，但當(dāng)負(fù)載的電流極性發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)控制電路封鎖工作的晶閘管，開(kāi)放另一組晶閘管。

56、總之要確保兩組晶閘管不能同時(shí)工作。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流的另一種方法是采用配合控制的原理，當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，讓另一組晶閘管處于待逆變狀態(tài)，但是兩組觸發(fā)脈沖的零位錯(cuò)開(kāi)的比較遠(yuǎn)，徹底防止了環(huán)流的產(chǎn)生。本系統(tǒng)采用邏輯控制無(wú)環(huán)流。</p><p>　　3.6礦井提升機(jī)供電主電路組合方式</p><p>　　礦井提升機(jī)供電變流器經(jīng)常采用由多個(gè)基本的三相全控橋按不同

57、方式組合連接而成，常用的方式有電流可逆雙變流器；順序串聯(lián)升壓變流器；十二脈波變流器等。采用組合連接是因?yàn)橐@得負(fù)載上直流電流的可逆性或獲得電源與負(fù)載之間電能傳輸?shù)目赡嫘?，從而?shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；考慮到提升機(jī)功率可以大到一定的數(shù)量級(jí)(MW級(jí)或更大)，因而要求變流電路能滿足高電壓、大電流的要求；為盡可能地降低提升機(jī)起動(dòng)及低速起動(dòng)時(shí)的無(wú)功功率沖擊，以及減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，從而改善交流設(shè)備的動(dòng)力指標(biāo)。</p><p>

58、　　如圖4.7所示，兩組變流器按升壓方式串聯(lián)，其控制方式可采用順序控制。</p><p>　　圖4.7順序串聯(lián)升壓變流器</p><p>　　先使II組保持αIImax不變，單獨(dú)控制I組使它由βImin向αImin變化，然后再保持αImin不變，單獨(dú)控制II組使之自βIImin向αIImin變化，最終兩組都運(yùn)行在αmin狀態(tài)，此時(shí)I組和II組均工作在最大整流狀態(tài)，輸出電動(dòng)勢(shì)最大。</

59、p><p>　　采用順序控制后比用同樣輸出電壓的一組單變流器在深控時(shí)大大地減少了無(wú)功功率的消耗，因而提高了功率因數(shù)。</p><p>　　礦井提升機(jī)在加速階段，將產(chǎn)生很大的無(wú)功沖擊，對(duì)電網(wǎng)十分不利，對(duì)電網(wǎng)的其它設(shè)備的正常運(yùn)行有較大影響。而當(dāng)采用順序串聯(lián)控制后，這種情況得到改善。同時(shí)，該整流器直流輸出電壓的脈波數(shù)在6~12之間，因此，對(duì)改善網(wǎng)側(cè)電流波形畸變有一定好處。</p>&l

60、t;p>　　采用串、并聯(lián)變流器的組合連接較之單組變流器不僅具有脈波數(shù)提高一倍的優(yōu)點(diǎn)，而且擴(kuò)大變流器功率范圍，以適應(yīng)大功率提升機(jī)的高電壓，大電流的要求優(yōu)點(diǎn)。尤其是當(dāng)某一組變流器故障時(shí)，可以利用剩下的一組供電，使得提升機(jī)在降低一半功率的條件下繼續(xù)維持運(yùn)行。</p><p>　　通常在高電壓的大型提升機(jī)電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)中采用串聯(lián)型。當(dāng)一組變流器故障時(shí)，可將其短路，而利用另一組使提升機(jī)速度降低50% (保持原有)負(fù)載

61、，維持運(yùn)行。而在電流很大的大型提升機(jī)供電系統(tǒng)中采用并聯(lián)型。當(dāng)一組變流器故障時(shí)，可將其切除，而利用另一組使提升機(jī)負(fù)載降低50%(保持原有速度)維持運(yùn)行，而在更大功率的大型提升機(jī)供電系統(tǒng)中，則可同時(shí)采用串并聯(lián)，再配以變流變壓器適當(dāng)接線組別，可獲得24脈波變流效果。對(duì)于一般的提升機(jī)優(yōu)先考慮串聯(lián)型比較合適。</p><p>　　綜上所述，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提高功率因數(shù)，減少脈動(dòng)的目的，本設(shè)計(jì)采用順序控制串聯(lián)升壓變流器。<

62、/p><p>　　3.7單閉環(huán)與雙閉環(huán)的比較</p><p>　　采用PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等。這是單閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)法滿足的。主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲的控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。</p><p>　　根據(jù)礦井直流提升機(jī)的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采

63、用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在系統(tǒng)中了設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR)。電流調(diào)節(jié)器在內(nèi)環(huán)，速度調(diào)節(jié)器在外環(huán)。下面介紹ASR和ACR的作用。[1]</p><p>　　1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)</p><p>　　(1)使n跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；</p><p>　　(2)對(duì)負(fù)載變化起抗繞作用；</p><p>　　

64、(3)其輸出限幅值決定允許的最大電流；</p><p>　　2.電流調(diào)節(jié)器(ACR)</p><p>　　(1)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗繞作用；</p><p>　　(2)起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流；</p><p>　　(3)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓Ui*變化。</p><p>　　4主回路及保護(hù)裝置的

65、選擇、計(jì)算</p><p>　　4.1 電樞回路的選擇計(jì)算</p><p>　　4.1.1整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算</p><p>　　一般情況下，SCR裝置要求的供電電壓與電網(wǎng)電壓不相符，另外為了盡可能減少用電設(shè)備和電網(wǎng)之間的相互的干擾，利用整流變壓器進(jìn)行變壓和電磁隔離，所以通常配有整流變壓器。</p><p>　　整流變壓器一次側(cè)電壓U1是

66、電網(wǎng)電壓，它屬于已知。根據(jù)整流電路的類型和系統(tǒng)要求的整流電壓Ud和整流電流Id，可以算出整流變壓器的額定參數(shù)：二次相電壓U2，二次相電流I2，一次相電流I1，二次容量S2，一次容量S1，和平均計(jì)算容量S0。 </p><p>　　1） 二次相電壓U2</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：Ud——直流電動(dòng)機(jī)

67、額定電壓；</p><p>　　ra——直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組電阻標(biāo)幺值；</p><p>　　rb——直流電動(dòng)機(jī)電樞回路其它電阻標(biāo)幺值；</p><p>　　Idn——直流電動(dòng)機(jī)額定電流；</p><p>　　Ra——直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組電阻；</p><p>　　Rp——直流電動(dòng)機(jī)電樞回路其它電阻，包括平波電抗器電阻，變

68、流變壓器繞組電阻等；</p><p>　　Idmax——電樞回路最大電流；</p><p>　　n——橋臂同時(shí)導(dǎo)通的串聯(lián)元件個(gè)數(shù)；</p><p>　　UT——可控硅元件在額定運(yùn)行條件下的通態(tài)電壓降；</p><p>　　A——變流器接線系數(shù)，對(duì)于三相全控橋，A=2.34；</p><p>　　ε——電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，

69、一般取ε=0.9；</p><p>　　αmin——變流器最小控制角，對(duì)于可逆電路αmin=25°- 30°；</p><p>　　c——整流器傾斜系數(shù)，對(duì)于三相全控橋，c=0.5；</p><p>　　Uk%——變壓器短路阻抗百分值，對(duì)于100-1000KVA的變壓器， UK%=5-10；</p><p>　　IT

70、max/ITN——變壓器最大工作電流與額定電流之比；</p><p>　　Imax/Id=2.25 是負(fù)載的過(guò)載倍數(shù)</p><p>　　A=Ud0/U2=4.68 B=cos25°=0.9603</p><p>　　C=0.5 ε=0.9</p><p>　　2）變壓器二次、一

71、次電流有效值與負(fù)載電流Id關(guān)系式：</p><p>　　式中：KI1、KI2——電流系數(shù)，三相全控橋中KI1=KI2=0.816；</p><p>　　K——變流變壓器的變比，K=W1/W2；</p><p>　　為了精確，考慮變壓器的激磁電流時(shí)，應(yīng)在公式的右方乘以1.05左右的系數(shù)，才是一次電流有效值。</p><p>　　3）二次容量S2

72、、一次容量S1、平均計(jì)算容量S</p><p>　　變壓器的容量是指相數(shù)、相電壓有效值和相電流有效值的乘積</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算選擇整流變壓器：ZS-2500KVA</p><p>　　相電壓 6000/330V；相電流 139/2525A</p><p>　　Ud%=8.5%,△/Y-11 </p><

73、p>　　4.1.2電抗參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1）電動(dòng)機(jī)漏電感La按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　UdN——電動(dòng)機(jī)額定電壓</p><p>　　IdN——電動(dòng)機(jī)額定電流</p><p><b>　　P——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)</b

74、></p><p>　　Ka——計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)Ka=8-12</p><p>　　2）限制輸出電流脈動(dòng)所需的電感量Lm為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　Si——電流脈動(dòng)系數(shù)，為輸出脈動(dòng)電流中最低頻率的交流分量幅值IAm 與輸出電流平均值Id之比，通常三相電路Si&

75、lt;5%-10%；</p><p>　　Km——與變流電路有關(guān)的系數(shù)，雙橋順控供電αmin=30°Km=0.3；</p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　3）整流變壓器電感，按下式得</p><p>　　(4-4) </p><p>

76、;　　LD——變壓器每相電感，mH</p><p>　　Uk——變壓器短路電壓百分比，8.5%</p><p>　　U2——變壓器次級(jí)相電壓，330V</p><p>　　Ide——額定電流，2675A</p><p>　　Kb——系數(shù)，3.9</p><p><b>　　所以 </b></

77、p><p>　　對(duì)于三相橋式電路，在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮到可能有兩相同時(shí)導(dǎo)通，所以電感量 Lb'=2Lb=0.08mH </p><p>　　4）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　KL——與整流主回路形式有關(guān)的系數(shù)，0.693</p&

78、gt;<p>　　Idmin——要求連續(xù)的最小電流平均值，5%Id</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　因此與負(fù)載串聯(lián)的限制電流脈動(dòng)的實(shí)際電感量</p><p>　　Lmax=Lm-(LD+2Lb)=2.6-(1.65+2*0.08)=0.79mH</p><p>　　實(shí)際

79、臨界電感量: LLa=LL-(LD+2Lb)=1.71-(1.65+2*0.08)=-0.1mH</p><p>　　LLa和Lma合并后，統(tǒng)稱為平波電抗器La.所以選擇額定電流2675A，電感量La=1mH的平波電抗器。</p><p>　　4.1.3整流器件選擇</p><p>　　選擇SCR元件型號(hào)：T600N/800,其極限平均正向電流600A，額定反向峰值

80、電壓Upk=1800V。</p><p>　　1）串聯(lián)元件數(shù)目ns確定</p><p><b>　　（4-6）</b></p><p>　　URm——SCR元件所承受的反向電壓最大峰值URm=U2</p><p>　　K1——電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1.05-1.1</p><p>　　K5——各

81、串聯(lián)元件內(nèi)電壓分配不均勻系數(shù)取1.1</p><p>　　Ks——電壓儲(chǔ)備系數(shù)，取2~3</p><p><b>　　取ns=1</b></p><p>　　2）并聯(lián)元件np的確定</p><p>　　為了使各元件開(kāi)通一致。除了選用正反向特性和開(kāi)通時(shí)間一致的元件外，還應(yīng)采用前沿陡度和幅度大的脈沖，例如采用強(qiáng)觸發(fā)電路。&l

82、t;/p><p><b>　　（4-7）</b></p><p>　　Idm——最大直流整流電流3480A</p><p>　　If——每個(gè)SCR元件的額定電流600A</p><p>　　Ki——電路系數(shù)，0.367</p><p>　　K2——風(fēng)速系數(shù)，1</p><p>

83、　　K3——環(huán)境溫度系數(shù)，1</p><p>　　K4——高度系數(shù)，1</p><p>　　K7——均流系數(shù)，0.92</p><p>　　Kp——電流儲(chǔ)備系數(shù)，取1.5-2</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　為了使并聯(lián)器件的電流均勻分配，除選用特性一致的器件進(jìn)行并聯(lián)

84、外，可選用均流措施。</p><p>　　空芯電抗器均流是目前普遍采用的均流方法。它的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，還有限制di/dt和du/dt的作用。</p><p>　　所以空芯電抗器： （4-8）</p><p>　　Ur——每臂SCR元件開(kāi)閉的最大電壓，Up=1.1U2</p><p>　　U2——整流變壓器次級(jí)相電壓</p&

85、gt;<p>　　di/dt——SCR元件導(dǎo)通時(shí)電流變化率限制值，一般取10A/us</p><p>　　3）基本負(fù)載電阻計(jì)算</p><p>　　基本負(fù)載電阻的作用是續(xù)流，選取電阻的原則是保證導(dǎo)通SCR整流橋能獲得維持電流而不至于關(guān)斷。</p><p>　　T600N/800 SCR維持電流IH=600mA，每個(gè)橋臂有四個(gè)SCR并聯(lián)，因此每個(gè)橋臂的電

86、流為40.6=2.4A，取3A</p><p><b>　　基本電阻</b></p><p>　　4.2 勵(lì)磁回路的選擇與計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用磁場(chǎng)可逆的邏輯無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)，勵(lì)磁回路采用兩組三相橋式全控整流電路反并聯(lián)接線方式。</p><p>　　4.2.1勵(lì)磁回路整流變壓器選擇、計(jì)算</p>

87、<p>　　根據(jù)已知：勵(lì)磁功率40kW，勵(lì)磁電壓110V，強(qiáng)勵(lì)電壓550V，勵(lì)磁電流If為380A</p><p>　　所以勵(lì)磁回路整流變壓器二次側(cè)相電壓有效值：V</p><p>　　變壓器次級(jí)電流：I2=0.816Id=0.816380=310.08A</p><p>　　變壓器容量：Sb=S1=S2=3U2I2=3282310.08=262.367

88、KW</p><p>　　選擇整流變壓器：Sbe=300KVA，變壓比380/282,電流變比219/300A 接線方式 △/Y-11</p><p>　　4.2.2整流器件選擇</p><p>　　1）整流器的額定電壓UTN</p><p>　　SCR承受的最大峰值電壓Um=U2=282=690.7V</p><p>

89、;　　UTN=(2~3)Um=(1381~2072)V</p><p>　　2）整流器件的額定(通態(tài))電流IT2 </p><p>　　經(jīng)過(guò)晶閘管的正弦半波電流有效值I和額定電流(通態(tài)平均電流)ITa的關(guān)系為：I=1.57ITa。為使晶閘管不至因過(guò)熱而損壞，根據(jù)晶閘管實(shí)際通過(guò)電流的有效值，并考慮留有(1.5~2)倍的安全裕量晶閘管電流定額。ITa=(1.5~2)=2

90、 （4-9）</p><p>　　根據(jù)UTN和ITa選擇的晶閘管型號(hào)為KP300-18E</p><p>　　即額定電壓為1800V，額定電流為300A</p><p>　　4.3 電樞回路保護(hù)裝置選擇、計(jì)算</p><p>　　晶閘管有很顯著地優(yōu)點(diǎn)，但是它的承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力差的缺點(diǎn)是不容輕視的。即使短

91、時(shí)間的過(guò)流或者過(guò)壓都有可能將器件損壞。為了讓器件能夠安全的運(yùn)行和提高系統(tǒng)可靠性，必須針對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流對(duì)晶閘管器件采取保護(hù)措施。同時(shí)還要正確選擇保護(hù)元件的參數(shù)。[2]</p><p>　　4.3.1過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　凡是超過(guò)可控硅工作時(shí)承受的最大峰值電壓Um的電壓成為過(guò)電壓。按產(chǎn)生原因可分為操作過(guò)電壓和浪涌過(guò)電壓。操作過(guò)電壓是由電路接通、斷開(kāi)以及可控硅周期性換向開(kāi)關(guān)等電磁過(guò)程

92、引起的，這是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。浪涌過(guò)電壓是由雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的偶然性過(guò)電壓，一般比操作過(guò)電壓要高。從過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)說(shuō)，有交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)以及器件過(guò)電壓保護(hù)。</p><p>　　采取過(guò)電壓保護(hù)措施后，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生地操作過(guò)電壓限制在器件額定電壓之下，而使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓之下。</p><p>　　1) 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)<

93、/p><p>　　對(duì)于雷擊過(guò)電壓，一般在變壓器高壓側(cè)加裝避雷器或火花間隙來(lái)限制過(guò)電壓，如圖所示采用避雷器T1。</p><p><b>　?。?）阻容保護(hù)</b></p><p>　　保護(hù)電容和電阻的計(jì)算公式為</p><p><b>　　（4-10）</b></p><p>　

94、　式中：S——變壓器每相平均計(jì)算容量，VA</p><p>　　U2——變壓器二次側(cè)相電壓有效值，V</p><p>　　i0%——變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù)</p><p>　　Uk——變壓器的短路比</p><p>　　C——保護(hù)電容，uF</p><p><b>　　R——保護(hù)電阻，Ω</b>&l

95、t;/p><p>　　保護(hù)電容和電阻的計(jì)算：</p><p>　　，取1.5uF （4-11）</p><p><b>　　電容的耐壓值 </b></p><p>　　取1Ω （4-12）</p><p><b>　　取Rc100

96、KΩ</b></p><p>　　電阻的功率取20W （4-13）</p><p>　　由于正常工作情況下R中電流很小，所以R的功率不必專門考慮。</p><p>　　（2）非線性電阻保護(hù)</p><p>　　為了吸收更大能量的浪涌電壓，在采用阻容保護(hù)的同時(shí)可以設(shè)置非線性電阻保護(hù)。常用的有硒堆保護(hù)與壓敏

97、電阻保護(hù)，他們有接近于穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓抑制在可控硅裝置允許的范圍以內(nèi)。兩個(gè)反向硒堆可以用來(lái)抑制浪涌過(guò)電壓。 </p><p>　?。?）換向過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　可控硅元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓的作用下流過(guò)相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)電流很快被截止，此時(shí)流過(guò)電電感L會(huì)感應(yīng)出高電壓，即所謂的換向高電壓，為保護(hù)元件免受換向過(guò)電壓的危害，在元

98、件兩端并聯(lián)RC保護(hù)。R、C的選擇與前面的相同。</p><p>　　（4）整流變壓器靜電遷移電壓的吸收裝置</p><p>　　當(dāng)晶閘管整流裝置的整流變壓器合閘時(shí)，如果一次側(cè)三相電源不同時(shí)接通而是一相先接通，則該相的電位在次級(jí)就要產(chǎn)生靜電感應(yīng)，產(chǎn)生靜電遷移電壓，如果變壓器初級(jí)與次級(jí)繞組對(duì)地之間的電容愈大則遷移電壓也愈大。變比越大的變壓器，靜電遷移電壓越大。因此，在變壓器次級(jí)繞組與大地之間加

99、接適當(dāng)?shù)碾娙菀栽龃蟠渭?jí)繞組與大地之間的靜電電容達(dá)到抑制次級(jí)繞組電位上升。如圖所示。</p><p>　　圖5.5整流式阻容保護(hù)電路</p><p>　　電容器C電容取1uF，額定電壓1500V，選用紙介質(zhì)金屬膜電容器</p><p>　　2）直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　參數(shù)計(jì)算： （4-14）

100、</p><p>　　式中： I02——這算到整流變壓器次級(jí)的空載相電流；</p><p>　　U2x——整流變壓器次級(jí)線電壓；</p><p>　　Kcd、Krd——系數(shù)，分別為，</p><p>　　所以Cd=5%2525/(50330)546uF</p><p><b>　?。?-15）</b&g

101、t;</p><p>　　4.3.2過(guò)電流保護(hù)</p><p>　　1）交流側(cè)串接電抗器限流保護(hù)</p><p>　　交流側(cè)串聯(lián)電抗器或選用漏抗較大的變壓器可以限制短路電流，這是保護(hù)可控硅的有效措施，但它存在的缺點(diǎn)是負(fù)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓降。如圖中A所示。</p><p>　　圖5.7晶閘管裝置的過(guò)電流保護(hù)措施</p><p

102、>　　A.進(jìn)線電抗器限流 B.電流檢測(cè)和過(guò)電流繼電器 C.交流側(cè)快容 D.元件串聯(lián)快容 E.直流側(cè)快容 F.過(guò)流繼電器 G.直流快速開(kāi)關(guān)</p><p>　　2）交流側(cè)電流檢測(cè)與過(guò)流保護(hù)</p><p>　　交流側(cè)經(jīng)電流互感器及電流檢測(cè)裝置取出過(guò)電流信號(hào)去控制觸發(fā)器，使觸發(fā)脈沖快速后移或瞬時(shí)停止發(fā)脈沖，使晶閘管關(guān)斷，抑制了過(guò)電流。過(guò)電流信號(hào)作用于過(guò)電流繼電器，使之動(dòng)作讓自

103、動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘也能起到保護(hù)作用。由于自動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間在0.1~0.2s，故靠它只能保護(hù)較小的過(guò)載電流。如圖中B、D、H所示。</p><p><b>　　3）快速熔斷器保護(hù)</b></p><p>　　交流側(cè)與直流側(cè)設(shè)置快容均不能對(duì)器件直接進(jìn)行保護(hù)，只有器件直接串聯(lián)快容對(duì)器件的保護(hù)作用最好，也是最常用的一種。熔體的額定電流IkR按如下要求選擇：</p>&l

104、t;p><b>　　1.57IT</b></p><p>　　IT為晶閘管實(shí)際工作電流有效值，</p><p>　　1.57IT=1.57600=942A選擇RSL系列快容的額定電流選600A</p><p>　　4.4勵(lì)磁回路保護(hù)裝置選擇、計(jì)算</p><p>　　勵(lì)磁回路保護(hù)裝置的選擇和計(jì)算與電樞回路保護(hù)裝置的

105、選擇和計(jì)算基本相同。</p><p>　　4.4.1過(guò)電壓保護(hù)</p><p><b>　　1) 交流側(cè)過(guò)電壓</b></p><p>　　(2)對(duì)于雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓，在整流變壓器380V側(cè)裝設(shè)一臺(tái)避雷器；</p><p>　　(3) 整流變壓器靜電遷移電壓的吸收裝置；每相對(duì)地裝設(shè)1uF的電容。

106、 </p><p>　　，電容取0.5F （4-16）</p><p>　　，電阻取4 （4-17）</p><p>　　與電容并聯(lián)的Rc為： 取Rc為10kΩ</p><p>　?。?）非線性電阻保護(hù)</p><p>　　采用金

107、屬氧化物壓敏電阻，選擇Uma為850V</p><p><b>　　2）直流側(cè)過(guò)電壓</b></p><p>　　采用阻容吸收裝置 （4-18）</p><p>　　Cd取為10uF。 Rd取1.5Ω（4-19）</p><p><b>　　3）換向過(guò)電壓</b></p><

108、;p>　　采用在SCR兩端并聯(lián)阻容，電容C=0.5uF，R=10Ω</p><p>　　4.4.2過(guò)電流保護(hù)</p><p>　　在SCR兩端串聯(lián)的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥鬟x擇應(yīng)滿足一下要求：</p><p>　　1）快容的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作的電壓有效值</p><p>　　2）快容的額定電流應(yīng)大于線路正常工作的電流有效值<

109、/p><p>　　3）快容的時(shí)間應(yīng)滿足SCR保護(hù)的要求，盡量越短越好。</p><p>　　熔斷器的額定電流IKR：</p><p>　　取IKR=300A </p><p><b>　　5單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)的總體框圖</p><p>　　圖5

110、.1系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　5.2系統(tǒng)的電路原理圖</p><p>　　圖5.2系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　SGI：速度給定積分器；ASR：速度調(diào)節(jié)器；DXT：電流變化率限制器；WAB：絕對(duì)值變換器；ACR：電流調(diào)節(jié)器；DX：倒相器；LK：順序控制器；CF：觸發(fā)器；APR：勵(lì)磁電流給定裝置；AFR：勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器；BS：變送器；LBS：電流變送器；

111、SA：觸發(fā)開(kāi)關(guān)；CS：測(cè)速發(fā)電機(jī)。</p><p>　　5.3電動(dòng)機(jī)電樞回路</p><p>　　提升電動(dòng)機(jī)電樞回路及其控制部分，由電樞主回路、變流裝置、速度調(diào)節(jié)及提升速度給定等部分。[1]</p><p>　　5.3.1電樞主回路</p><p>　　提升電動(dòng)機(jī)電樞回路及晶閘管變流器如圖5.3所示。</p><p>

112、　　圖5.3電樞回路電路圖</p><p>　　變流器采用兩組全控橋UC1和UC2串聯(lián)后，向電動(dòng)機(jī)電樞繞組供電。晶閘管組采用串聯(lián)升壓的方式，可以提高直流供電的電壓等級(jí)和減小輸出電壓的波動(dòng)程度。改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性和電網(wǎng)的功率因數(shù)。</p><p>　　高壓6kv交流電源經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)QS，油開(kāi)關(guān)QF向兩臺(tái)變壓器供電，以滿足大容量電動(dòng)機(jī)功率的需求(本系統(tǒng)所控制的電動(dòng)機(jī)功率約為2100kw)，平波

113、電抗器L1用于直流電動(dòng)機(jī)的直流濾波，并保證電流連續(xù)所需要的電感值。6kv高壓側(cè)的避雷器F1用于變流裝置的雷擊過(guò)電壓保護(hù)；兩組全控橋所接的電流互感器1TA和2TA，用于向交流檢測(cè)裝置提供電流檢測(cè)信號(hào)，以進(jìn)行電流閉環(huán)控制。變流裝置直流側(cè)所裝設(shè)的兩臺(tái)直流快速開(kāi)關(guān)Qks1，Qks2用于裝置的過(guò)流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)，當(dāng)電路發(fā)生過(guò)流或者過(guò)電壓時(shí)，通過(guò)繼電器控制電路使直流快速開(kāi)關(guān)Qks1，Qks2跳閘，從而起到保護(hù)作用。同時(shí)當(dāng)一個(gè)變流器組出現(xiàn)故障時(shí)，可

114、以將它短路。讓另一組全控橋正常工作，這時(shí)總的功率會(huì)降低一半。</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)直流回路的過(guò)電壓繼電器Kgy和接地繼電器Kjd1，Kjd2，分別用于主電動(dòng)機(jī)的過(guò)電壓保護(hù)和接地保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電樞繞組電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)，Kgy動(dòng)作可通過(guò)直流快速開(kāi)關(guān)Qks1，Qks2切斷電源回路；當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生接地故障時(shí)，Kjd1、Kjd2動(dòng)作，通過(guò)控制電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)和切斷電動(dòng)機(jī)電源。同時(shí)控制回路相應(yīng)的接觸器動(dòng)作，短路繼電器K

115、jd1、Kjd2以防繼電器長(zhǎng)時(shí)通過(guò)較大的接地電流而燒毀。</p><p>　　全控橋交流側(cè)采用RC三角形接法和硒堆VD星形接法構(gòu)成全控橋的過(guò)電壓保護(hù)電路；橋臂電感L用于晶閘管的均流和均壓，并起抑制晶閘管的的作用。直流側(cè)的R1C1阻容吸收電路用于瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)；硒堆VD4、VD5和R2用于直流側(cè)電感元件的過(guò)電壓保護(hù)。當(dāng)直流電路通斷使電感元件產(chǎn)生高壓時(shí)，硒堆被擊穿導(dǎo)通，為電感元件釋放能量提供通路，而避免感應(yīng)高電壓把晶