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1、首页 - 1 -1湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院2013 届届 毕毕 业业 生生 论论 文文课题：课题： 2.2KW5KW 钢轨圆盘锯切机专用不可逆直流调速装置不可逆直流调速装置年年 级：级： 二二一一级级 申请级别：申请级别： 大大 专专 专专 业：业： 电电 机机 电电 器器 指导老师：指导老师： 王王 志志 伟伟 姓姓 名：名： 卓卓 春春 来来 二二一三年九月一三年九月2 - 2 -2目目 录录摘要摘要4第一章：引言第一章：引言1.1：课题研究背景：课题研究背景81.2：交流电与直流电的互变：交流电与直流电的互变91.3：交流电机与直流电机：交流电机与直流电机15第二章：正文第
2、二章：正文2.1：设计目的与内容：设计目的与内容182.2：调速系统的方案选择调速系统的方案选择.192.2.1：电动机供电方案的选择电动机供电方案的选择.192.2.2: 触发电路的选择触发电路的选择.202.3：反馈方式的选择反馈方式的选择.202.4：直流调速系统直流调速系统.21 2.5：主电路计算主电路计算2.5.1:整流变压器计算整流变压器计算2.5.2: 晶闸管元件选择晶闸管元件选择.2.5.3: 晶闸管保护环节的计算晶闸管保护环节的计算.2.5.4: 励磁电路的选择励磁电路的选择.第三章：设计图纸第三章：设计图纸.第四章：结束语第四章：结束语.第五章：附录第五章：附录.5.1：
3、图表：图表.3 - 3 -35.2：材料清单：材料清单.5.3：参考文献：参考文献.4 - 4 -4摘 要 5 - 5 -56 - 6 -67 - 7 -78 - 8 -8第一章：引言第一章：引言1.1课题研究背景课题研究背景现今铁路在高速发展，对于轨道要求也随之越来越来高，在轨道交通无缝焊接上更是精确，而轨道交通无缝焊接又离不开钢轨裁切，这使 2.2KW-5KW 不可逆直流电机驱动的钢轨圆盘锯切机成为钢轨焊接时切割钢轨焊头的专用工具，在铁路工务中大量使用，这就不得不使人们重视 2.2KW-5KW 不可逆直流电机驱动的钢轨圆盘锯切机的质量问题，因为根据钢轨材质不同，需要选择不同的圆盘锯转速，以
4、达到提高锯切钢轨工效，延长钢轨圆盘锯片寿命的目的。但无论国产还是进口的钢轨圆盘锯切机直流调速装置，其可靠性一直比较低，稳定性不好。使得人们想到自己组装 2.2KW-5KW不可逆直流电机驱动的钢轨圆盘锯切机，而前提条件便是要设计好电路，因为直流调速电机是这种钢轨圆盘锯切机的核心，通过调节直流电流的大小达到控制转速的目的，这就可以利用尽可能少、市场上易于采购的元器件搭建出可靠性较高的钢轨圆盘锯切机直流调速装置，通过以上操作后制成的 2.2KW-5KW 不可逆直流电机驱动的钢轨圆盘锯切机会给铁路工人带来很多方便，也达到了一定的节能效果，这就避免了在铁路线路施工上因为钢轨过长带来的各种问题，也就提高了
5、铁路线路施工的效益，同时也给无缝焊接带来了便宜，让铁路得到了发展，以短的时间创造更好的效益，提高了铁路线路的质量从而进一步提高了机车的发展与运行速度。9 - 9 -91.2.交流电与直流电的互变交流电与直流电的互变电力网供给用户的是交流电，而各种无线电装置需要用直流电。整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。 一、半波整流电路一、半波整流电路 图 5-1、是一种最简单的整流电路。它由电源变压器 B 、整流二极管 D 和负载 电阻 Rfz ，组成。变压器把市电电压（多为 220 伏）变换为所
6、需要的交变电压 e2 ，D 再把交流电变换为脉动直流电。 下面从图 5-2 的波形图上看着二极管是怎样整流的。变压器砍级电压 e2 ，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波10 - 10 -10电压，它的波形如图 5-2（a）所示。在 0K 时间内，e2 为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，e2 通过它加在负载电阻 Rfz 上，在 2 时间内，e2 为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时 D 承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。在 2 时间内，重复 0 时间的过程，而在34 时间内，又重复 2 时间的过程这样反复下去，交流电的负半周就被“削“掉了，只有正半周
7、通过 Rfz，在 Rfz 上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图 5-2（b）所示，达到了整流的目的，但是，负载电压 Usc 。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以“牺牲“一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压 Usc =0.45e2 ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。二、全波整流电路二、全波整流电路 如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图 5-3 是全
8、波整流电路的电原理图。11 - 11 -11全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压 e2a 、e2b ，构成e2a 、D1、Rfz 与 e2b 、D2 、Rfz ，两个通电回路。全波整流电路的工作原理，可用图 5-4 所示的波形图说明。在0 间内，e2a 对 Dl 为正向电压，D1 导通，在 Rfz 上得到上正下负的电压；e2b 对 D2 为反向电压， D2 不导通（见图 5-4（b）。在 -2 时间内，e2b 对 D2 为正向电压，D2 导通，在 Rfz 上得到的仍然是上正下负
9、的电压；e2a 对 D1 为反向电压，D1 不导通（见图 5-4（C）。如此反复，由于两个整流元件 D1 、D2 轮流导电，结果负载电阻 Rfz 上在正、负两个半周作用期间，都有同一方向的电流通过，如图 5-4（b）所示的那样，因此称为全波整流，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率（Usc 0.9e2，比半波整流时大一倍）。12 - 12 -12图 5-3 所示的全波整滤电路，需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头，这给制作上带来很多的麻烦。另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极管
10、。图 5-5（a ）为桥式整流电路图，（b）图为其简化画法。13 - 13 -13四：桥式整流电路四：桥式整流电路 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥“式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路的工作原理如下：e2 为正半周时，对 D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对 D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成 e2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在 Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2 为负半周时，对 D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对 D1 、D3 加反向电压
11、，D1 、D3 截止。电路中构成 e2 、D2 Rfz 、D4 通电回路，同样在 Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。上述工作状态分别如图 5-6（A） （B）所示。14 - 14 -14如此重复下去，结果在 Rfz ，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图 5-6 中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。表 5-1 所列参数可供选择二极管时参考。“另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。图 5-7 示出了二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，“流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时“，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，
