三李玉平03050445.docx
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三李玉平03050445
2011年度本科生交直流调速课程设计
10KW直流电动机不可逆调速系统
院－系：
工学院
专业：
电气工程及其自动化
年级：
08电气（3）班
学生姓名：
李玉平
学号：
200803050445
导师及职称：
韩青
2011年6月
2011annualundergraduatecurriculumdesignofac/dcspeedcontrol
10KWspeedsystemfordcirreversible
Department:
engineeringcollege
Major:
Electricalengineeringandautomation
Grade:
08electricalclass3
Student’sName:
liyuping
StudentNo.:
200803050445
Tutor:
hanqing
June,2011
目录
前言……………………………………………………………………………4
一、课程设计的基本内容………………………………………………5
1.1技术数据……………………………………………………………5
1.2要求…………………………………………………………………5
1.3主电路选择与参数计算…………………………………………………5
二、课程设计的具体内容……………………………………………5
2.1直流电动机的选型………………………………………………………5
2.2直流电动机的供电选择…………………………………………………5
2.3反馈的基本计算…………………………………………………………5
2.4直流调速系统的结构框图的设计…………………………………………6
2.5整流变压器的参数计算…………………………………………………6
2.6整流晶闸管的型号选择…………………………………………………7
2.7晶闸管保护电路的计算…………………………………………………8
2.8平波电抗器电感量计算……………………………………………………9
三、课程设计总结……………………………………………………………10
参考文献………………………………………………………………11
前言
《电力拖动自动控制系统》是一门实践性很强的课程，所以做好该书所涉及的试实验与设计是学好本门课程的关键。
做一个好的课程设计是必须的，因为在做课程设计的同时不仅能使我们巩固该门课程的理论知识，另一方面还充分调动思维的积极性，是我们的动手能力大幅度的提高。
从而我们能在设计中让理论知识充分的融入到实际问题中。
下面做的是一个10KW直流电动机不可逆调速系统，旨在巩固理论知识和提高自己运用所学知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力。
从中掌握正确的思维方法和利用相关软件解决实际问题的基本技能！
一、课程设计的基本内容
1.1技术数据
直流电动机：
型号：
—71、额定功率
=10KW、
=220V、额定电流
=55A
=1000r/min、极数2P=4、电枢电阻
=0.5Ω、电枢电感
=7mH
励磁电压
=220V、励磁电流
=1.6A。
1.2要求
调速范围D=10、S<=15%、电流脉动系数
≤10%。
1.3主电路选择与参数计算
1.3.1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。
1.3.2参数计算包括
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。
二、课程设计的具体内容
2.1直流电动机的选型
型号：
—71、额定功率
=10KW、额定电压
=220V、额定电流
=55A
转速
=1000r/min、极数2P=4、电枢电阻
=0.5Ω、电枢电感
=7mH
励磁电压
=220V、S<=15%、励磁电流
=1.6A。
2.2直流电动机的供电选择
该设计采用晶闸管可控整流装置给直流电动机供电，且选用三相半控桥整流电路。
电动机的额定电压
=220V，用整流变压器供电，导通角、电流脉动、、功率因数等对于该设计比较适合。
2.3反馈的基本计算
调速范围D＝10，S≤15％时，所设计的系统的速降为：
=
S/D（1-S）≤1000*0.15/10*（1-0.15）r/min=17.65r/min
该直流电动机在额定磁通下的电动势系数为：
Ce=（UN-INRa）/nN（220-55*0.5）/1000=0.19
该直流电动机固有转速降为：
1=INRa/Ce=55*0.5/0.19r/min=144.74r/min>>17.65r/min
所以该系统采用电压闭环控制系统，控制系统电压放大倍数为：
Ku=
/
1-1=144.74/17.65-1=7.20
2.4直流调速系统的结构框图的设计
直流调速系统的结构框图如下图所示：
直流调速系统的结构框图
2.5整流变压器的参数计算
2.5.1整流变压器二次侧电压U2为：
U2=（1~1.2）Ud/ABε
A——理想情况下，α=0°时整流电压Ud0与二次电压U2之比，即A=Ud0/U2;
B——控制角为α时，输出电压Ud与Ud0之比，即Ud/Ud0;
ε——电网波动系数，通常ε取0.9.
其中：
A=1,B=1,ε=0.9.
U2=（1~1.2）*220/（1*1*0.9）V=244~293V
取U2=300V
电压比例系数
K=U1/U2=220/300=0.73
2.5.2整流变压器一次电流I1和二次电流I2的计算
已知全波整流电路中
KI1=KI2=1
I1=1.05KI1Id/K=1.05*1*55/0.73=79A
I2=KI2Id=1.1*55A=60.5A
2.5.3整流变压器容量选择
S1=U1I1=220*79VA=17380VA
S2=U2I2=300*60.5VA=18150VA
S=（S1+S2）/2=（17380+18150）/2VA=17765VA
晶闸管整流电路如图下图所示：
晶闸管整流电路图
2.6整流晶闸管的型号选择
2.6.1整流晶闸管额定电压的计算
UTN=（2~3）Um=（2~3）*√2*300V=848.4~1272.6V,取UTN=1200V
2.6.2整流晶闸管额定电流的计算
选择晶闸管额定电流的标准是必须是管子允许通过的额定电流有效值ITN大于
实际流过管子电流的最大有效值IT，即
IT（AV）=（1.5~2）IT/1.57=（1.5~2）IN/√2*1.57=（1.5~2）*55/
√2*1.57A=37.16~49.55A
取IT（AV）=50A
2.7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
在变压器二次侧并联电阻R（Ω）和电容C（uF）进行保护（如下图所示）
阻容保护接线图
其中C≥6IemS/U2*U2=6*55*17765/300*300uF=65.14uF
U≥1.5Um=1.5*√2*300V=636.3V，取70uF，耐压700V
R≥2.3U2U2√（Ush/Iem）/S
=2.3*300*300*√（27.5/55）/17765Ω=15.3Ω
取R=20Ω
Ic=2πfUc*
=2*3.14*50*2.2*300*
A=0.21A
PR≥（3~4）Ic*IcR=（3~4）*0.21*0.21*20W=2.65~3.53W
2.7.1.2压敏电阻
的选择
UImA=1.3√2U=1.3*√2*300V=551.46V
2.7.1.3直流侧过电压保护
UImA≥（1.8~2）UDC=（1.8~2）*220V=396~440V
选用
的压敏电阻作直流侧过电压保护。
2.7.1.4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：
元件容量（A）
5
10
20
50
100
200
500
C（
）
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.50
1.00
R（
）
10～20
依据上面表格可以初步确定C=0.2uF、R=20Ω
PR=fCUmUm*
=50*0.2*（√2*300）*（√2*300）*
W=1.8W
2.7.2过电流保护
2.7.2.1交流侧快速熔断器的选择
由于I=I2=60.5A,考虑到电动机启动瞬间电流较大，熔断器的选取依据
Irn≥（1.5~2.5）IfN=（1.5~2.5）*60.5A=90.75~151.25A
原则可以选用额定电压为300V，额定电流为150A熔断器。
2.7.2.2元件端快速熔断器的选择
由于IT=I/√2=60.5/√2A=42.786A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。
2.8平波电抗器电感量计算
2.8.1电抗器电阻计算
RL=0.01E2N/√3I2N=0.024Ω
按电流连续要求的电感量：
Ld=KI’UT2/Idmin-2（LD0+LT）=17.2mH
式中，Idmin=5%IdN=5.3A;对于三相桥式全控电路
KI’=0.69
2.8.2波电抗器电感量计算
法一、L=rl=0.5x7mh=17.2mH
法二、
式中，
为最低次谐波电压幅值；
为最低次谐波电流频率，对于三相桥式电路
=6
=300
；
为电流脉动系数，要求
=0.05；三相桥式电路
=0.45。
故平波电抗器电感选为18mH。
三、设计总结
在本次设计中，充分运用到《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》、《电机与拖动》等书的知识，同时让自己巩固了所学的理论知识并将所学的知识运用到实际中。
通过这次课程设计我深刻了解到理论和实际结合是非常重要的，而且我们应该不断的努力学习相关知识，才能够在设计中得心应手。
此次课程设计还暴露出我的种种不足，所以我们应该做到温故而知新！
四、参考文献
[1]陈伯时（上海大学）.电力拖动自动控制系统.北京：
机械工业出版社，2010
[2]石新春，杨京燕，王毅.电力电子技术.北京：
中国电力出版社，2010
[3]唐介.电机与拖动.北京：
高等教育出版社.2008
[4]卢京潮.自动控制原理.西安：
西北工业大学出版社.2009
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