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
(1.5~2.5)rn fN I I ≥原则可以选用额定电压为300V ，额定电流为120A 熔断器。
1.7.
2.2元件端快速熔断器的选择
由于42.461T I A A ===,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
220.01L N N R E ==0.024Ω
按电流连续要求的电感量：1
2
0min
2()17.2T d l
D T d U L k L L mH I =-+= 式中，00min 5 5.34d dN I I A == ;对于三相桥式全控电路 1
0.693I K =
1.82平波电抗器电感量计算 法一、 L =rl =0.5x7mh=17.2mH 法二、232
20()1022()9.22T T d dm T d D L i dN
U L U U f L mH S I π+=??
-=
式中，dm U 为最低次谐波电压幅值；d f 为最低次谐波电流频率，对于三相桥式电路
d f =61f =300Z H ；i S 为电流脉动系数，要求i S =0。05；三相桥式电路
2
dm
T U U =0.45。 故平波电抗器电感选为18mH 。