电气控制Z2-91

黄石理工学院 课程设计报告

ITN =1.57IT(AV)>IT 或 IT(AV)>

IIdIT=T=KId （3-9） 1.571.57Id考虑（1.5～2）倍的裕量

IT(AV)=（1.5～2）KId （3-10） 式中K=IT/（1.57Id）--电流计算系数。

对于三相全控整流电路K=0.367，考虑1.5～2倍的裕量

IT?AV???1.5~2?KId ??1.5~2??0.367?209?115.05~153.41A 取IT?140A。故选晶闸管的型号为KP140-7晶闸管元件。

3.4 主电路的保护设计与计算

在实际的运行过程中，会受各种各样因素的引响，使电压或电流超出系统允许的范围，如电网电压波动导致的过电压，过载或堵转引起的过电流等等，这时很容易损坏系统，因而需要设置相应的保护电路。

3.4.1 过电压保

以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

（1）交流侧过电压保护

① 阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护，如图3-1中的1R1—1R3和1C1-1C3。对于单相电路

C?6IemS 电容C的耐压?1.5Um （3-11） 2U22UshU2 R?2.3 （3-12）

SIem 电阻功率：

2PR?(3~4)IRRIC?2?fCUC?10?6 （3-13）

式中： S——变压器容量（VA） U2——变压器二次相电压有效值 IR——通过电阻的电流（A）

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Iem——变压器励磁电流百分比，10~100KVA的变压器，对应的

Iem=10~4；

Ush——变压器的短路比，10~1000KVA的变压器，对应的Ush=5~10； Um——阻容两端正常工作时交流电压峰值（V）。 对于相电路，R和C的数值可按表3-1进行换算。

表3-1 变压器和阻容装置不同接法时电阻和电容的数值

变压器接法 电容 电阻 单相 C R 三相、二次Y联结 Y联结 C R D联结 1/3C 3R 三相、二次D联结 Y联结 3C 1/3R D联结 C R 阻容装置接法 与变压器二次侧并联 取Iem=3, Ush=3，由式（3-11）、（3-12）、（3-13）得

C≥6IemS/U2=6×3×62.9×10/120=78.6μF

耐压≥1.5Um =1.5×2×120=254.6V

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由公式计算出电容量一般偏大，实际选用时还可参照过去已使用装置情况来确定保护电压的容量，这里选CZJD-2型金属化纸介电容器，电容量80uF，耐压300V。

R≥2.3 U2/S Ush/I?m=2.3×120/62.9×1032

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3=34.48Ω，取35Ω 3IC=2πfCUC×10-6=2π×50×80×10-6×120×10-6=3.01×10-6 A

PR≥(3-4)ICR=(3～4) ×（3.01×10-6）×35=（9.51～12.68）×10-14W 可选取2.2Ω，20W的陶瓷绕线电阻。 ② 压敏电阻的选择

压敏电阻标称电压U1mA=1.32U2=1.3×2×120=220.6V

取电流量5KA，选MY31-220/5型压敏电阻。允许偏差+10％（242V）。 （2） 直流侧过电压保护

直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。

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U1Ma?(1.8～2)UDC=(1.8～2.2) ×230=414～460V 选MY31-660/5型压敏电阻，允许偏差+10％。

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闸管及整流二极管两端的过电压保护

抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。如图3-1中的1R4~1R9、1C4~1C9。阻容保护的数值一般根据经验选定，见表3-2

表3-2 阻容保护的数值一般根据经验选定

晶闸管额定电流/μA 电容/μF 电阻/Ω 10 0.1 100 20 0.15 80 50 0.2 40 100 0.25 20 200 0.5 10 500 1 5 1000 2 2 抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值Um的1.1～1.15倍。

由于 IT?140A

由上表得C=0.5μF，R=10Ω，

电容耐压≥1.5Um=1.5×6U2=1.5×6×120=441V

选C为0.15μF的CZJD-2型金属化纸介质电容器, 耐压为450V。

PR2?fcUc?10?6=50×0.15×(3?120)2?10?6=0.324W 选R为80Ω，1W的普通金属膜电阻器。

23.4.2 过电流保护

本系统采用电流截止反馈环节作限流保护外，还设有与元件串联的快速熔断器作过载与短路保护。快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 如图3-1中的FU1-FU7。

（1）交流侧熔断器的选择

在交流则设有熔断器FU1，对整流变压器及后面的电路进行短路与过载保护，整流变压器一次侧的电流有效值为I1=13.5A。故可选取RM10-60低压熔断器，熔体的额定电流选为20A

（2）晶闸管串连的快速熔断器的选择

接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管的有效值

IT?Id/3?209/3=120.7 A

选取RLS-150快速熔断器，熔体额定电流150A。 （3）过电流继电器的选择

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因为负载电流为209A，所以可选用吸引线圈电流为30A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器，整定电流取1.25×209=261.25A≈260A。

3.4.3 缺相与无励磁或弱磁保护

在发生缺相故障时，会使输出电压降低，电流和电压波动增大，使电机运行时振动加大，增大了对生产机械的冲激，有必要设置缺相保护电路。对于他励直流电动机，启动时必须先加励磁电源，然后才能加电枢电压，以及在弱磁时，会使系统不稳定，因而应设置无励磁或弱磁保护。

（1）缺相保护 缺相保护采用带缺相保护功能的热继电器实现，如图3-1中的FR。热继电器FR既作缺相保护，也可作过载保护。当发生缺相故障或负载过载时，热继电器FR动作，其常闭触头断开，KM线圈失电，KM的主触头断开整流电路的电源，从而实现缺相和过载保护。

整流变压器二次侧的电流有效值为I2=46A.，可选用JR20-63，热元件选用4U，整定电流为46A。

（2）无励磁或弱磁保护 无励磁或弱磁保护采用欠电流继电器实现，如图3-1中的KA2。当发生无励磁或弱磁（励磁电流没达到最小允许值）时，KA2的常开触头断开，接触器KM失电，其主触头切断全控整流器的电源，从而实现无励磁或弱磁保护。励磁电流为1.6A，可选用JT18型欠电流继电器，额定电流取4.6A，吸合电流整定为1.2A。

3.5 平波电抗器的计算

为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器Ld，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。

（1）算出电流连续的临界电感量L1可用下式计算，单位mH。

L1?K1U2 （3-14） Idmin式中 K1－与整流电路形式有关的系数，可由表查得；

Idmin－最小负载电流，常取电动机额定电流的5％～10％计算。

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