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)由直流電動機(jī)、卷筒、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(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)能完成對礦井直流提升機(jī)的起動、加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行、減速運(yùn)行和回饋制動的控制，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) 磁場可逆 邏輯無環(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)拖動方式的選擇7</p><p>　　3.2電動機(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 電樞可逆與磁場可逆的

11、比較9</p><p>　　3.5邏輯有環(huán)流和無環(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電動機(jī)電樞回路28</p><p>　　5.4電動機(jī)勵磁回路36</p><p>　　6控制系統(tǒng)動態(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勵磁回路動態(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)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1) 晶閘管-電動機(jī)(SCR-D)直流低速直聯(lián)拖動系統(tǒng)</p><p>　　

17、部分發(fā)達(dá)國家原有的交流提升機(jī)已基本上被晶閘管-電動機(jī)(以下簡稱SCR-D)系統(tǒng)所取代。如德國、瑞典等國家已有90%以上采用直流提升機(jī)，傳動系統(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;主回路采用兩組三相橋組成12脈動順抗整流，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；無功沖擊大，高次諧波對電網(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)動提升系統(tǒng)</p><p>　　SCR-D直流拖動系統(tǒng)趨于成熟，且采用了順控技術(shù)等措施來提高功率因數(shù)，但其功率因數(shù)仍然較低，從而從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，且對電網(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薄弱環(huán)節(jié)。由于存在上述兩個問題，迫使人們又重新考慮交流拖動方式。自80年代初以來，交流變頻供電的同步機(jī)拖動異軍突起，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)拖動的提升機(jī)，經(jīng)過多年的運(yùn)行，均獲得成功。這種拖動系統(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)可在四象限平滑過渡和無級調(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，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對礦山資源需求的高速增長，對礦山生產(chǎn)技術(shù)提出了越來越高的要求

23、。礦井提升機(jī)作為礦山進(jìn)行生產(chǎn)活動的關(guān)鍵設(shè)備之一，其電控調(diào)速技術(shù)的發(fā)展對促進(jìn)礦井生產(chǎn)效率的提高和安全作業(yè)，無疑具有極其重大的影響。歷經(jīng)幾十年發(fā)展，我國的礦井提升機(jī)電控技術(shù)取得了不少的進(jìn)步，但與美國、 德國等世界發(fā)達(dá)國家相比，依然</p><p>　　存在著很大的差距。目前，發(fā)達(dá)國家的礦井提升機(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)直流拖動相對于交流拖動，提升能力強(qiáng)，并且調(diào)速容易。例如，一臺交流提升機(jī)功率最大為1000kw，當(dāng)要求提升功率為2000kw一下時可以采用雙交流電機(jī)拖動方式，若要求提升功率大于2000kw時則需要采用直流提升機(jī)拖動。礦井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)可以完成對直流提升機(jī)的起動、加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行、減速運(yùn)行和回饋制動的控制，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)采用磁場換向的晶閘管--直流電動機(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、卷揚(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)對電控系統(tǒng)的要求，以及各種電氣傳動方案的特點(diǎn)。 </p><p>　　礦井提升機(jī)為往復(fù)運(yùn)動的生產(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)過從起動、加速、等速、減速、爬行到停車的運(yùn)動過程，因此提升機(jī)對電控系統(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，拖動電動機(jī)工作在第一象限。而在減速下放時，如果是正力減速，拖動電動機(jī)也工作在第一象限，但如果為負(fù)力減

28、速，則拖動電動機(jī)就工作在第二象限。 </p><p>　　同樣當(dāng)提升機(jī)反向提升時，拖動電動機(jī)工作在第三象限。而在減速下放時，如果是正力減速，拖動電動機(jī)也工作在第三象限，但如果為負(fù)力減速，則拖動電動機(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，來減少低速爬行段的時間，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，對礦井提升機(jī)的加、減速度都有一定的限制。對豎井來說，提物時加減速度小于1.2m/s2；提人時加減速度小于0.7m/s2；對斜井，提人時加減速度小于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加減速度的不適反應(yīng)程度，其二是降低提升機(jī)加速時的電流沖擊，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，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。 </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環(huán)節(jié)，能準(zhǔn)確地檢測出提升容器在井筒中與減速點(diǎn)開始、爬行、停車及過

33、卷相對應(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，通常一個位置要設(shè)置多只行程開關(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)及時進(jìn)

34、行保護(hù)，并能對故障內(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（常稱工作閘，由司機(jī)的制動手柄控制）和安全制動（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

35、是在手動操作或在自動操作方式下作為正常停車或定車手段。而安全制動是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，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>　　安全制動又分為一級制動和二級制動。當(dāng)提升容器在井筒中而離停車點(diǎn)較遠(yuǎn)時，若系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要緊急制動時應(yīng)采用二級制動。所謂二級制動，就是制動轉(zhuǎn)矩不是一次全部加到閘盤上，而是分兩次，使緊急制動時的減速度比較小，減速度較緩，對機(jī)械設(shè)備的損傷小，容器在緊

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

37、gt;<p>　　出于交流開關(guān)設(shè)備容量的限制，雙機(jī)拖動整機(jī)功率只能達(dá)到2000kW，當(dāng)提升機(jī)主電動機(jī)功率大于2000kW時，均采用直流拖動方案。</p><p>　　直流拖動系統(tǒng)一般采用直流他勵電動機(jī)作為主拖動電機(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)行時的電耗小，容易實(shí)現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)供電方式不同，直流拖動系統(tǒng)又可分為兩類，一類是發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)（簡稱G-M系統(tǒng)）

38、，一類是晶閘管供電的系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）。</p><p>　　G-M系統(tǒng)的特點(diǎn)是過載能力強(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，對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害的影響，即不會引起電力公害等等。</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>　　由于直流拖動系統(tǒng)具有調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)，是交流系統(tǒng)無法相比的

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)采用直流拖動方式。</p><p>　　3.2電動機(jī)調(diào)速方法的比較</p><p>　　直流電動機(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)速時允許的輸出。</p><p>　　電動機(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：電動勢常數(shù) Ø： 勵磁磁通</p><p>　　由(3-1)式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動

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，在空載時幾乎幾乎沒有調(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)勵磁磁通：弱磁調(diào)速范圍對于普通電機(jī)最多為D=2，對于特殊設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速較低的調(diào)磁電動機(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，電動機(jī)nmax不可能太高，它受電動機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和換向的限制。另外，為了保證在nmax時有一定的轉(zhuǎn)矩輸出。在低速時，Ø較大，為了使電動機(jī)磁路不飽和，電動機(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 電樞可逆與磁場可逆的比較</p><p>　　V-M直流電力電力拖動系統(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)電樞可逆自動調(diào)速系統(tǒng)，用改變電動機(jī)供電電壓極性的方法來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向；(2)磁場可逆自動調(diào)速系統(tǒng)，用該變電動機(jī)勵磁電流方向的方法來改變電動機(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，要求過渡過程時間短的中、小容

48、量生產(chǎn)機(jī)械上，例如龍門刨床刨臺的拖動等。</p><p>　　磁場可逆線路的特點(diǎn)是改變磁場電流方向。電樞回路只有一套整流裝置，勵磁回路用兩條整流裝置。由于電動機(jī)的勵磁功率較小(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)。但是由于電動機(jī)勵磁回路電感量大，時間常數(shù)大(約零點(diǎn)幾秒至幾秒，甚至幾十秒)，因此這種系統(tǒng)反向過程較慢，在磁場采用強(qiáng)勵之后(強(qiáng)迫勵磁電壓短時加至4~5倍)，快速性

49、可以得到一定程度的補(bǔ)償，但其切換時間仍達(dá)到幾百毫秒以上。此外，磁場可逆線路的控制回路比較復(fù)雜，必須在換向過程中勵磁磁通等于或接近零時，電樞的供電電壓Ud為零，以防止電動機(jī)在反轉(zhuǎn)過程中發(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)采用磁場換向的方案。</p><p>　　3.5邏輯有環(huán)流和無環(huán)流的比較</p><p>　　本設(shè)

50、計(jì)采用磁場換向的控制方式，電機(jī)的主磁場由兩組反并聯(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>　　無環(huán)流可逆方案</b></p><p>　?。?）邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)</p><p>　?。?）錯位控制無環(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)解決了電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動問題，但是，如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(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)流對負(fù)載無益，只會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，仍會出現(xiàn)兩組晶閘管瞬時電壓不相等，從而仍能產(chǎn)生瞬時的脈動環(huán)流，這個瞬時脈動環(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，而抑制瞬時脈動環(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)制動和反向過程的平滑性和連續(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，采用α<β的控制方式，有意提供一個附加的直流平均環(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，通過改變給定電壓Uc來控制環(huán)流的大小，即為可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　通過以上分析可知，有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但是需要設(shè)置幾個環(huán)流電抗器，這顯然是個累贅。因此，當(dāng)工藝過程對系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不是很高時，特別是對大容量的系統(tǒng)，常采用無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用無環(huán)流系統(tǒng)。</p><p>　　由于沒有環(huán)流的存在，不需要

55、環(huán)流電抗器，沒有附加的環(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)致的事故率會大為降低。但是這種系統(tǒng)也存在缺點(diǎn)：延時造成了電流換向死區(qū)，影響過渡過程的快速性。礦井提升機(jī)對換向的快速性要求不高，采用邏輯無環(huán)流可以滿足要求。[2]</p><p>　　邏輯控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)：當(dāng)一組晶閘管正在工作時，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，通過控制電路封鎖工作的晶閘管，開放另一組晶閘管。

56、總之要確保兩組晶閘管不能同時工作。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)無環(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，讓另一組晶閘管處于待逆變狀態(tài)，但是兩組觸發(fā)脈沖的零位錯開的比較遠(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(MW級或更大)，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)起動及低速起動時的無功功率沖擊，以及減少高次諧波對電網(wǎng)的污染，從而改善交流設(shè)備的動力指標(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I組和II組均工作在最大整流狀態(tài)，輸出電動勢最大。</

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大大地減少了無功功率的消耗，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)生很大的無功沖擊，對電網(wǎng)十分不利，對電網(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，該整流器直流輸出電壓的脈波數(shù)在6~12之間，因此，對改善網(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，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)電動機(jī)供電系統(tǒng)中采用串聯(lián)型。當(dāng)一組變流器故障時，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，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)速的無靜差。但是如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等。這是單閉環(huán)系統(tǒng)無法滿足的。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)矩的動態(tài)過程。</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)無靜差；</p><p>　　(2)對負(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)對電網(wǎng)電壓波動起及時抗繞作用；</p><p>　　(2)起動時保證獲得允許的最大電流；</p><p>　　(3)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，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——直流電動機(jī)

67、額定電壓；</p><p>　　ra——直流電動機(jī)電樞繞組電阻標(biāo)幺值；</p><p>　　rb——直流電動機(jī)電樞回路其它電阻標(biāo)幺值；</p><p>　　Idn——直流電動機(jī)額定電流；</p><p>　　Ra——直流電動機(jī)電樞繞組電阻；</p><p>　　Rp——直流電動機(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——橋臂同時導(dǎo)通的串聯(lián)元件個數(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)，對于三相全控橋，A=2.34；</p><p>　　ε——電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，

69、一般取ε=0.9；</p><p>　　αmin——變流器最小控制角，對于可逆電路αmin=25°- 30°；</p><p>　　c——整流器傾斜系數(shù)，對于三相全控橋，c=0.5；</p><p>　　Uk%——變壓器短路阻抗百分值，對于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，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）電動機(jī)漏電感La按下式計(jì)算</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　UdN——電動機(jī)額定電壓</p><p>　　IdN——電動機(jī)額定電流</p><p><b>　　P——電動機(jī)極對數(shù)</b

74、></p><p>　　Ka——計(jì)算系數(shù)，對于一般無補(bǔ)償電機(jī)Ka=8-12</p><p>　　2）限制輸出電流脈動所需的電感量Lm為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　Si——電流脈動系數(shù)，為輸出脈動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>　　對于三相橋式電路，在計(jì)算時應(yīng)考慮到可能有兩相同時導(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：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>　　為了使各元件開通一致。除了選用正反向特性和開通時間一致的元件外，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>　?。?-7）</b></p><p>　　Idm——最大直流整流電流3480A</p><p>　　If——每個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元件開閉的最大電壓，Up=1.1U2</p><p>　　U2——整流變壓器次級相電壓</p&

85、gt;<p>　　di/dt——SCR元件導(dǎo)通時電流變化率限制值，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，每個橋臂有四個SCR并聯(lián)，因此每個橋臂的電

86、流為40.6=2.4A，取3A</p><p><b>　　基本電阻</b></p><p>　　4.2 勵磁回路的選擇與計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用磁場可逆的邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)，勵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勵磁回路整流變壓器選擇、計(jì)算</p>

87、<p>　　根據(jù)已知：勵磁功率40kW，勵磁電壓110V，強(qiáng)勵電壓550V，勵磁電流If為380A</p><p>　　所以勵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熱而損壞，根據(jù)晶閘管實(shí)際通過電流的有效值，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)，但是它的承受過電壓和過電流的能力差的缺點(diǎn)是不容輕視的。即使短

91、時間的過流或者過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，必須針對過電壓和過電流對晶閘管器件采取保護(hù)措施。同時還要正確選擇保護(hù)元件的參數(shù)。[2]</p><p>　　4.3.1過電壓保護(hù)</p><p>　　凡是超過可控硅工作時承受的最大峰值電壓Um的電壓成為過電壓。按產(chǎn)生原因可分為操作過電壓和浪涌過電壓。操作過電壓是由電路接通、斷開以及可控硅周期性換向開關(guān)等電磁過程

92、引起的，這是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。浪涌過電壓是由雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的偶然性過電壓，一般比操作過電壓要高。從過電壓保護(hù)的部位來說，有交流側(cè)過電壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)以及器件過電壓保護(hù)。</p><p>　　采取過電壓保護(hù)措施后，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生地操作過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)過電壓保護(hù)<

93、/p><p>　　對于雷擊過電壓，一般在變壓器高壓側(cè)加裝避雷器或火花間隙來限制過電壓，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>　?。?-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)。兩個反向硒堆可以用來抑制浪涌過電壓。 </p><p>　　（3）換向過電壓保護(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相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時，恢復(fù)電流很快被截止，此時流過電電感L會感應(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>　?。?）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，如果一次側(cè)三相電源不同時接通而是一相先接通，則該相的電位在次級就要產(chǎn)生靜電感應(yīng)，產(chǎn)生靜電遷移電壓，如果變壓器初級與次級繞組對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，在變壓器次級繞組與大地之間加

99、接適當(dāng)?shù)碾娙菀栽龃蟠渭壚@組與大地之間的靜電電容達(dá)到抑制次級繞組電位上升。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的空載相電流；</p><p>　　U2x——整流變壓器次級線電壓；</p><p>　　Kcd、Krd——系數(shù)，分別為，</p><p>　　所以Cd=5%2525/(50330)546uF</p><p><b>　　（4-15）</b&g

101、t;</p><p>　　4.3.2過電流保護(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)載時會產(chǎn)生較大的壓降。如圖中A所示。</p><p>　　圖5.7晶閘管裝置的過電流保護(hù)措施</p><p

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

103、動開關(guān)跳閘也能起到保護(hù)作用。由于自動開關(guān)動作時間在0.1~0.2s，故靠它只能保護(hù)較小的過載電流。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)置快容均不能對器件直接進(jìn)行保護(hù)，只有器件直接串聯(lián)快容對器件的保護(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勵磁回路保護(hù)裝置選擇、計(jì)算</p><p>　　勵磁回路保護(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過電壓保護(hù)</p><p><b>　　1) 交流側(cè)過電壓</b></p><p>　　(2)對于雷電產(chǎn)生的過電壓，在整流變壓器380V側(cè)裝設(shè)一臺避雷器；</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：勵磁電流給定裝置；AFR：勵磁電流調(diào)節(jié)器；BS：變送器；LBS：電流變送器；

111、SA：觸發(fā)開關(guān)；CS：測速發(fā)電機(jī)。</p><p>　　5.3電動機(jī)電樞回路</p><p>　　提升電動機(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和減小輸出電壓的波動程度。改善電動機(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)隔離開關(guān)QS，油開關(guān)QF向兩臺變壓器供電，以滿足大容量電動機(jī)功率的需求(本系統(tǒng)所控制的電動機(jī)功率約為2100kw)，平波

113、電抗器L1用于直流電動機(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，用于向交流檢測裝置提供電流檢測信號，以進(jìn)行電流閉環(huán)控制。變流裝置直流側(cè)所裝設(shè)的兩臺直流快速開關(guān)Qks1，Qks2用于裝置的過流保護(hù)和過電壓保護(hù)，當(dāng)電路發(fā)生過流或者過電壓時，通過繼電器控制電路使直流快速開關(guān)Qks1，Qks2跳閘，從而起到保護(hù)作用。同時當(dāng)一個變流器組出現(xiàn)故障時，可

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

115、jd1、Kjd2以防繼電器長時通過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過電壓保護(hù)；硒堆VD4、VD5和R2用于直流側(cè)電感元件的過電壓保護(hù)。當(dāng)直流電路通斷使電感元件產(chǎn)生高壓時，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