雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)根據晶閘管的特性，通過調節(jié)控制角的大小來調節(jié)電壓，基于設計題 目，直流電動機調速控制器選用了轉速電流雙閉環(huán)調速控制電路，在設計 中調速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電，本文先確定主電路的結構形式和各個元部件的設計，同時對其參數進 行計算，包括晶閘管、電抗器，直流電動機調速控制器電路，本文采用轉 速、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)為對像來設計直流電動機調速 控制電路，為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設計 兩個調節(jié)器，電流調節(jié)器和速度調節(jié)器，為了實現電流和轉速分別起作 用，二者之間實行審級連接，即把轉速調節(jié)器的輸出當做電流調節(jié)器的輸 入，在把

2、電流調節(jié)器的輸出去控制品閘管整流器的觸發(fā)裝置。該雙閉環(huán)調 速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器 asr和acr都采用pi調節(jié)器，以便能保證系統(tǒng)獲得 良好的靜態(tài)和動態(tài)性能轉速調節(jié)器在雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中的作用是減小 轉速誤差，采用 pi調節(jié)器可實現無靜差；對負載變化起抗擾作用；其輸 出限幅決定電動機允許的最大電流；電流調節(jié)器在雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中的 作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓的變化；對電網的波動起到及時抗干擾 作用；加快動態(tài)過程；堵轉或過載時起快速自動保護作用。本課題內容重 點包括電流、轉速控制器的原理，并且根據原理對控制器的兩個調節(jié)進行 了詳細的設計，概述整個電路的動靜態(tài)性能，并各部分的保護和品閘管的 觸發(fā)

3、電路設計，最后將整個控制器的電路圖設計完成。關鍵詞 雙閉環(huán)；晶閘管；可逆直流調速系統(tǒng)；sr; cr;靜差摘要i第1章緒論-1 -1.1 課題的背景和意義-1 -1.2 課題的發(fā)展狀況-2 -1.3 設計要求-2 -1.4 設計內容-2 -1.5 本章小結錯誤！未定義書簽。第2章系統(tǒng)主電路設計-3 -2.1 系統(tǒng)主電路結構設計 -3 -2.2 實驗系統(tǒng)組成及工作原理 -5 -2.3 給定器的設計-7 -2.3.1 電壓給定器-7 -2.3.2 零速封鎖器dzs-7 -2.3.3 速度變換器fbs-7 -2.3.4 速度調節(jié)器asr-8 -2.3.5 電流調節(jié)器acr-8 -2.3.6 觸發(fā)裝置g

4、t-8 -2.4 主電路參數的設計-9 -2.4.1 晶閘管參數計-9 -2.4.2 晶閘管的額定電流計算 -9 -2.4.3 晶閘管的額定電壓計算 -10 -2.4.4 平波電抗器的參數計算 -10 -2.5 本章小結-11 -第3章調節(jié)器的計算-12 -3.1 確定電流調節(jié)器的時間參數 -12 -3.2 選擇電流調節(jié)器的結構 -12 -3.3 計算電流調節(jié)器的參數 -13 -3.4 校驗近似條件 -13 -3.5 計算調節(jié)器電阻和電容 -13 -3.6 本章小結17第4章 速度調節(jié)器的設計 -15 -4.1 確定轉速調節(jié)器的時間常數 -15 -4.2 轉速調節(jié)器的結構設計 -15 -4.2

5、.1 轉速調節(jié)器的選擇 -15 -4.3 計算轉速調節(jié)調節(jié)器參數 -16 -4.4 校驗近似條件 -16 -4.5 計算調節(jié)器電阻和電容 -17 -4.6 本章小結-17 -第5章保護電路設計-18 -5.1 過電壓保護-18 -5.2 過電流保護-19 -5.2.1 轉速調節(jié)器的選擇 -20 -5.3 本章小結 -20 -結論-21 -參考文獻-23 -致謝-22 -附錄-24 -iii -第1章緒論1.1 課題的背景和意義許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節(jié)，并且要求具 有良好的穩(wěn)態(tài)，動態(tài)性能。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣，靜差率小，穩(wěn)定 性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動

6、技術領域中，相當長時間 內幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是直流調速控制系 統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應 快，抗干擾能力強等優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾 性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑 制。采用轉速負反饋和 pi調節(jié)器的單閉環(huán)的調速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn) 定的條件下實現轉速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要 求起制動，突加負載動態(tài)速率小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主 要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉 矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至限制電流的沖擊，并

7、不能很理想的 控制電流的動態(tài)波形。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條 件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流 （轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到 達穩(wěn)定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉 入穩(wěn)態(tài)運行。這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最 大電流轉矩的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。隨著社會化大生產的不斷發(fā)展，電力傳動裝置在現代化工業(yè)生產中的 得到廣泛應用，對其生產工藝，產品質量的要求不斷提高，這就需要越來 越多的生產機械能夠實現制動調速，因此我們就要對這樣的自動調速系統(tǒng) 作一些深入

8、的了解和研究。本次設計的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調 速系統(tǒng)，包括主電路和控制電路。主電路由晶閘管構成，控制電路主要由 檢測電路，驅動電路構成，檢測電路又包括轉速監(jiān)測和電流檢測等部分。按電機的類型不同，電氣傳動又分交流調速和直流調速。直流調速是 指人為的或自動的改變直流電動機的轉速，以滿足工作機械的要求。從機 械特性上看，就是通過改變電動機的參數或外加工電壓等方法來改變電動 機的機械特性，從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點，使 電動機的穩(wěn)定運轉速度發(fā)生變化。直流電動機具有良好的起，制動性能， 宜于在廣泛的范圍內平滑調速，在軋鋼機，礦井卷揚機，挖掘機，海洋鉆 機，金屬切削機床，制造

9、機，高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領域中得到了廣泛的應用。1.2 課題的發(fā)展狀況近年來，交流調速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和 實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控 制系統(tǒng)的基礎，所以直流調速系統(tǒng)在生產生活中有著具足輕重的作用。另 一方面，需要指出的是電氣傳動與自動控制有著密切的關系。調速傳動的 控制裝置主要是各種電力電子變流器，它為電動機提供可控的直流或交流 電流，并成為弱點控制強點的媒介10可以說，電力電子技術的進步是電 氣傳動調速系統(tǒng)發(fā)展的有力推動。把這兩者結合起來研究直流調速系統(tǒng)， 更有利于對直流調速系統(tǒng)的全面認識。1.3 設計要求1 .穩(wěn)

10、態(tài)無靜差叼5% ,空載起動到額定轉速超調仃n 10%2 .完成系統(tǒng)個環(huán)節(jié)的原理圖設計和參數計算3 .根據技術要求，對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，確定 asr調節(jié)器與acr 調節(jié)器的結構型式及進行參數計算，使調速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性 能指標的要求。4 .調速系統(tǒng)中設置有過電壓、過電流等保護，并且有制動措施設計不可逆轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，基本技術數據參數如1.直流電動機：pn=150kw, un=220v, in=700a, nn=1000r/min,入=1.5, 22ra=0.05 qk =2mh , ts = 0.0017s,gd2=125nm2,電樞回路總電阻r=0.8qo1.4設計內容

11、1 .根據題目的技術要求，分析并確定主電路的結構形式和閉環(huán)調速 系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。2 .調速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數的計算（包括電力電子器 件、平波電抗器與保護電路等）3 .動態(tài)設計計算：根據技術要求，對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，確定 asr 調節(jié)器和acr調節(jié)器的結構形式及進行參數計算，使調節(jié)系統(tǒng)工作穩(wěn) 定，并滿足動態(tài)性能指標的要求。4 .繪制v-m雙閉環(huán)直流不可逆調速系統(tǒng)電器原理圖。第2章系統(tǒng)主電路設計2.1 系統(tǒng)主電路結構設計變壓器調速是直流調速系統(tǒng)用的主要方法，調節(jié)電樞供電電壓所需的 可控制電源通常有3種：旋轉電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和 脈寬調制變換器。旋轉

12、變流機組簡稱g-m系統(tǒng)，適用于調速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設備多、體積大、費用高、效率低、維護不 便。靜止可控整流器又稱 v-m系統(tǒng)，通過調節(jié)觸發(fā)裝置 gt的控制電壓來 移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 ud,從而實現平滑調速，且控制作用快速 性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調制交換器采用pwm受器件限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據本設計的技術要求和特點選v-m系統(tǒng)。在v-m系統(tǒng)中，調節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 gt輸出脈沖的 相位，從而方便的改變整流器的輸出瞬時電壓udo由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相全控橋式整流電路?？紤]使電路簡單、經濟且滿足性能 要求，選擇品閘

13、管三相全控橋整流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓 的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應減少約 一半，這是三相整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、 無磨損、響應快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效 率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上所述，選 品閘管三相全控橋整流電路供電方案。三相橋式全控整流電路的原理如圖 2-1所示，習慣將其中陰極連接在 一起到3個晶閘管（vt1、vt3、vt5）稱為共陰極；陽極連接在一起的 3 個晶閘管（vt4、vt6、vt2）稱為共陽極，另外通常習慣品閘管從 1至6 的順序導通，為此將品閘管按圖示的

14、順序編號，即共陰極組中與 a, b, c 三相電源相接的3個晶體管分別是vt1、vt3、vt5,共陽極組中與a, b, c三相電源相接的3個晶閘管分別是vt4、vt6、vt2。其工作特點如下：每個時刻均需兩個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，其中一 個晶閘管是共陰極組的，一個是共陽極組的，且不能為同一相的品閘管。對觸發(fā)脈沖的要求：六個晶閘管的脈沖按 vt1 -vt2-vt3-vt4- vt5 -vt6的順序相為，相位依次相差 60 ：；共陰極組 vt1、vt3、vt5 的脈沖依次差120；共陽極組vt4、vt6、vt2也依次差120 ：;同一相的上 下兩個橋臂即 vt1與vt4 , vt3

15、與vt6 , vt5與vt2脈沖相差180二。圖2-1三相橋式全控整流電路原理圖整流輸出電壓ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路 為六脈波整流電路。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作， 需保證同時導通的兩個晶閘管均有觸發(fā)脈沖。為此，可采用兩種方法：一 種是使脈沖寬度大于60二（一月800 80100）,稱為寬脈沖觸發(fā)；另一種方 法是，在觸發(fā)某個晶閘管的同時，給前一個晶閘管補發(fā)脈沖，即用兩個窄 脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差 60,脈寬一般為2030,稱為 雙脈沖觸發(fā)。雙脈沖電路較復雜，但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。寬脈沖 觸發(fā)電路雖可少輸出一半脈沖，但

16、為了不使脈沖變壓器飽和，需將鐵芯體 積做得較大，繞組匝數較多，導致漏感增大，脈沖前沿不夠陡，對于晶閘 管串聯(lián)使用不利。雖可用去磁繞組改善這種情況，但又觸發(fā)電路復雜化。 因此，常用的是雙脈沖觸發(fā)。啟動時，加入給定電壓 ug,速度調節(jié)器和電流調節(jié)器即以飽和限幅值 輸出，使電動機以限定的最大啟動電流加速啟動，知道電機轉速達到給定 轉速，并在出現超調后，速度調節(jié)器和電流調節(jié)器退出飽和，最后穩(wěn)定在 略低于給定轉速值下運行。系統(tǒng)工作時，要先給電動機加勵磁，改變給定電壓ug的大小即可方便地改變電動機的轉速。電流調節(jié)器、速度調節(jié)器均設有限幅環(huán)節(jié)，速度 調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的給定，利用速度調節(jié)器輸出限幅可

17、達到限 制啟動電流的目的，電流調節(jié)器的輸出作為觸發(fā)電路的控制電壓ua,利用電流調節(jié)器的輸出的限幅可達到限制 umax的目的。如下圖2-2是雙閉環(huán) 不可逆直流調速系統(tǒng)原理圖。號圖2-2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)電路原理圖g:給定器 dzs:零速封鎖器asr:速度調節(jié)器acr:電流調節(jié)器gt:觸發(fā)裝置 fbs:速度變換器fa:過流保護器 fbc:電流變換器api: i組脈沖放大器雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖如圖 2-3所示，分析雙閉環(huán)調速系統(tǒng)靜 特性的關鍵是掌握 pi調節(jié)器的穩(wěn)太特征。一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值；不飽和 輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出 為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當

18、與使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器 不飽和時，pi作用使輸入偏差電壓au在穩(wěn)太時總是為零.圖2-3雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖2.2 實驗系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)由電流和轉速兩個調節(jié)器綜合調 節(jié)，由于調速系統(tǒng)調節(jié)的主要量為轉速，故轉速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電 流環(huán)作為付環(huán)放在里面，這樣可抑制電網電壓波動對轉速的影響，實驗系-25 -統(tǒng)的組成如圖2-4所示圖2-4實驗系統(tǒng)組成2.3 給定器的設計2.3.1 電壓給定器給定器g的原理圖如圖2-5所示。給定器可以產生幅值可調和極性可 變的階躍給定電壓或可平滑調節(jié)給定電壓。本設計是不可逆系統(tǒng)所以只需 要給定正電壓，電壓給定器是由兩個電位

19、器rpi、rp2及一個鈕子開關 sl組成。rpi、rp2分別用來調節(jié)正負電壓的大小，最大輸出電壓為+0v,s2為開停開關。其中兩個電位器的電阻都取10kg,又因為uc=10v ,則其功率2p = = 100 3 w =0.0iw ,則取用功率為0.02w的電阻。r 10 10+ 10v圖2-5給定器原理圖2.3.2 零速封鎖器dzs零速封鎖器的作用是當系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時，即給定電壓為零，同時 電動機轉速速也為零時40將系統(tǒng)中所有調節(jié)器鎖零，以避免停車時，由 于個調節(jié)器的零點漂移，致使晶閘管整流電路有微量的輸出，從而使保證 電機不會爬行。2.3.3 速度變換器fbs速度變換器它的主要作用是將直流

20、測速發(fā)電機的輸出電壓進行濾波， 濾除交流分量并變換為能滿足系統(tǒng)需要的與電動機轉速成正比的電壓作為 系統(tǒng)的轉速反饋信號，速度變換器為速度檢測變換環(huán)節(jié)，所以還備有轉速 的檢測信號。其原理圖如圖2-6所示。ri o3zzc1圖2-6速度變換器原理圖2.3.4 速度調節(jié)器asr如圖2-3所示，速度調節(jié)器由二極管vd3、vd4和電位器rpl、rp2i& 成正負限幅可調的限幅電路。由c5、r5組成反饋微分校正網絡，有助于 抑制振蕩，減少超調，速度調節(jié)器可為比例調節(jié)器，也可接成比例積分 調節(jié)器，場效管vt1,為零速封鎖電路，當a端為0v時，vd5導通，將 調節(jié)器反饋網絡短接而封鎖；當a端為-15v時，vd5

21、夾斷，調節(jié)器投入 工作。2.3.5 電流調節(jié)器acr電流調節(jié)器工作原理基本上與速度調節(jié)器相同，與速度調節(jié)器相比， 增加了 4個輸端，“周接推b信號，”4和”6按邏輯控制器的相應輸出端 uz和 uf,當這一端為高電平時，三極管 vt1、vt2導通將ugi和u信號對地短 接，用于邏輯無環(huán)流可逆系 vt3、vt4組成互補輸出電流放大級。2.3.6 觸發(fā)裝置gt觸發(fā)裝置gt和i組脈沖放大器ap1觸發(fā)電路原理，三相橋式全控整 流電路相當于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電 路串聯(lián)起來構成的，習慣上將品閘管按照其導通順序編號共陰極的一組為 vt1、vt3和vt5 ,共陽極的一組為 vt2

22、、vt4和vt6。本設計采用dk01的觸發(fā)裝置為集成觸發(fā)電路，在由 kc04, kc41, kc42集成觸發(fā)電路芯片基礎上，增加了由 cd4066, cd4069等芯片構成 的模擬開關，以控制輸出觸發(fā)脈沖的形式。kc04是移相集成觸發(fā)器，kc41是六路雙脈沖形成器，kc41與三塊kc04可組成三相全控橋雙脈沖 觸發(fā)電路，kc42為脈沖列調整形成器，以減小觸發(fā)電源功率及脈沖變壓 器體積，提高脈沖前沿陡度。2.4主電路參數的設計由于整流輸出電壓u的波形在一周期內波動6次的波形相同，因此在 計算時只需對一個脈沖進行計算。因此得到整流輸出平均電壓ud=2.34u2cos取 a =0由電機時間參數取ud

23、=un=220v則 u2=94vu cm io-=0.01v min rnn10002.4.1晶閘管參數計在晶閘管整流裝置找中采用三相橋式全控整流，有變壓器為整流裝置 提供電源，可控整流的原理：當品閘管的陽極和陰極承受正向電壓并且門 極加觸發(fā)信號晶閘管導通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然維持導 通，當品閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信 號晶閘管關斷。對于三相橋式整流電路，品閘管電流的有效值為：,1 . c ,12 = ivt :i d =0.577i d3由電機參數可取id=700a則品閘管的額定電流為：ivt(av) = =0.3681d =0.368 700 a

24、=257.6a 1.57取1.52倍的安全裕量，1vt(av) =500a。由于電流連續(xù)，因此品閘管最大正反向峰值電壓均為變壓器二次線電 壓峰值，即：ufm =urm =2.45j2 =2.45 94-230v取23倍的安全裕量，uvt =600v2.4.2晶閘管的額定電流計算品閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流it來標稱，規(guī)定為品閘管在環(huán)境為40 c和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫是允許流過 的最大工頻正弦半波電流的平均值。因此在使用時同樣應按照實際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應相等，即有效值相等的原則來選取 品閘管的電流定額，并留有一定裕量。一般取其通態(tài)平均電流為此原則

25、所 得計算結果的1.5-2倍?？砂聪率接嬎悖? t(av)=1.52kfbidm式中計算系數 kfb = kf /1.57kb由整流電路型式而定，kf為波形系數，。為共陰極或共陽極電路的支路數。當a=0時，三相全控橋電路kfb =0.368故品閘管額定電流it(av) =(1.5-2)kfb1dm = 1.520.368 220 1.5 = 182.16242.88 a取其電流定額為200a。2.4.3 晶閘管的額定電壓計算通常取晶閘管的斷態(tài)重復峰值電壓u drm和反向重復峰值電壓u rrm中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量， 一般取額定電壓為正常工作電壓時晶閘管

26、所承受峰值電壓的2-3倍。本設計中峰值電壓utm - ?6u 2 = 538.9v品閘管電壓定額 utn = 23 utm = 23 538.9 = 1077.81616.7 v取其電壓定額utn=1500v。2.4.4 平波電抗器的參數計算平波電抗器l的功能是使輸出的直流電流更平滑，平波電抗器用于整 流以后的直流回路中，整流電路的脈波數總是有限的，在輸出的整流直流 電壓中總是有紋波的，這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑 制，平波電抗器的電感一般按低速輕載時保證電流連續(xù)的條件來選擇，通 常首先給定最小電流idmin=(5%-10%)in,這里取10%。在用它計算所需的總 電感量，減去

27、電樞電感既得平波電感值對于三相橋式整流電路，總電感量 的計算公式為：l -0.6-guidm i nidmin=0.07 700a=49a94由電機時間參數取 u2=94v,則ll =0.69父一 =1.2mh 。50,一k u 103電樞電感l(wèi)m的計算公式為lm=kdun 10 (mh)paninp電動機磁極對數，kd計算系數，對一般無補償電機：kd =8u 12一 _3那么電樞電感l(wèi)m = 10 220 10=0.78mh2 2 1000 700平波電抗器電感值取為 ll=1.2-0.78=0.42mh2.5本章小結主電路主要包括電壓給定器，零速封鎖器dzs,速度變換器fbs,速度調節(jié)器a

28、sr,電流調節(jié)器acr,觸發(fā)裝置gt。第3章調節(jié)器的計算3.1確定電流調節(jié)器的時間參數1 .整流裝置滯后時間ts：三相橋式電路的平均失控時間ts = 0.0017s2 .電流濾波時間常數toi:三相橋式電路每個波頭的時間是 3.33ms,為了基本濾平波頭應有（12 ） toi = 3.33s。貝u toi=0.002s。3 .電流環(huán)小時間常數丁工：按小時間常數近似處理：tz =ts +toi = 0.0037s。l 2 10tl0.0025sr 0.8ce 電動機的電動勢系數：= 0.185c un - in ra 220 -700 0.05ce nn1000cm 電動機額定勵磁下的轉矩系數:

29、tm一電力系統(tǒng)機電時間常數tm =gd2r375cecm125 0.8375 0.185 1.767= 0.8163.2 選擇電流調節(jié)器的結構從穩(wěn)態(tài)上看，要求電流無靜差，可得到理想的堵轉性。從動態(tài)上看,系統(tǒng)不應該有電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，以保證電流在動 態(tài)過程中不超過允許值。而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要因 素。為此，電流環(huán)以跟隨性為主5。選用典型i型系統(tǒng)，采用pi調節(jié)器, 其傳遞函數為：wacr( s)ki(s 1)檢查對電源電壓的抗擾性能:=00025 = 0.676采用典型i型系統(tǒng)t%0.0037動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的ff=03.3 計算電流調節(jié)器的參

30、數1 .為了讓調節(jié)器的零點與控制對象的大時間常數極點對消，則電流 調節(jié)器超前時間常數：冕=tl = 0.0025s。2 .采用西門子 最佳整定”方法的 模最佳系統(tǒng)”，參數取：之=0.707,kit5=0.5,叼=4.3%。因此，電流開環(huán)增益：ki = = = 135.1s，t;0.0037電流反饋系數：=unm =也=-10 =0.0095v min.,ridm in 1.5 700電位器給定電壓uc=10v,則品閘管整流放大系數：ks =匕= 220 =22uc 10acr的比例系數為:kiki ir 135.1 0.0025 0.8 彳 -=1.293ks ：22 0.00953.4校驗近

31、似條件電流環(huán)截止頻率： ci = ki = 135.1s1.晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件113ts3 0.00171：196.1s ci2 .忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3 13 -1： 66.42s，：二、tmtl1 0.816 0.0025ci3.電流環(huán)小時間常數近似處理條件113 0.0017 0.002：180.78sci滿足近似條件滿足近似條件滿足近似條件pi型電流調節(jié)器，其原理圖如-pid為電流負反饋電壓6,調節(jié)uc oc3.5 計算調節(jié)器電阻和電容采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式 圖3-1所示。圖中u：為電流給定電壓, 器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓圖3-1

32、pi型電流調速器所用運算放大器取r=40kc,則各電阻和電容值為:r = kir0 =1.293父40=51.70， 取 52kc。ci =，= 0.002? =0.048rf , 取 0.05 西r 52 103電流調節(jié)器設計完成。3.6 本章小結本章主要是闡述電流調節(jié)器的計算，包括確定電流調節(jié)器的時間參 數、結構、其他參數、校驗近似條件以及計算調節(jié)器的電阻和電容。第4章速度調節(jié)器的設計4.1 確定轉速調節(jié)器的時間常數1電流環(huán)等效時間常數：=2tq =2 0.0037 s = 0.0074ski -轉速濾波時間常數：ton = 0.005s轉速環(huán)小時間常數：按小時間常數近似處理，取.1t t

33、% =一 ton =0.0074s 0.005s =0.0124 s一 ki轉速反饋系數：.=u竺=0 = 0.01v min. rnn10004.2 轉速調節(jié)器的結構設計4.2.1 轉速調節(jié)器的選擇為實現轉速無靜差，轉速環(huán)開環(huán)傳遞函數應有兩個積分，在負載擾動 作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)包含在轉速調節(jié)器asr中，使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能7,所以應該選擇典型ii型 系統(tǒng),這樣系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能好。asr采用pi調節(jié)器，其傳遞函數為：w -kn( ns 1)wasr(s) 八ns含給定濾波和反饋濾波的pi型轉速調節(jié)器原理圖如圖4-1。圖4-1含給定濾波和反饋濾波的pi型轉

34、速調節(jié)器4.3 計算轉速調節(jié)調節(jié)器參數按跟隨性與抗擾性能較好的原則，取h=3, qn=52.6%。當h=3時調節(jié)時間最短，動態(tài)跟隨性能適中。則asr的超前時間常數為：tn =htn =3x0.0124= 0.0372s轉速環(huán)開環(huán)增益：kn = hj2 =r-42 :1445s2h2t/2 32 0.01242asr的比例系數為k _(h 1)-cetm 4 0.0095 0.185 0.816 = 9 638n 2h： rtz2 3 0.01 0.8 0.01244.4 校驗近似條件kz1轉速環(huán)截止頻率為：-cn = - = kn n =1445 0.0378 = 54.62s 11 .電流環(huán)

35、傳遞函數簡化條件為= 63.7s， cn cn滿足簡化條件滿足簡化條件1 ki =1135.13tt - 3、0.00372 .轉速環(huán)小時間常數近似處理條件為134.5 計算調節(jié)器電阻和電容所用運算放大器取r=40kc,則rncn0.0372conrn 358.52 1034ton 4 0.005=0.104葉ro40000= 0.5f= knr0 =9.638 40k-385.522按退飽和超調量的計算方法計算調速系統(tǒng)空載啟動到額定轉速時的轉 速超調量：. c ：cmax、；-n 2(-)( -z)cb能滿足轉速環(huán)設計要求。2n t*一ntm700 0.80 1850.0124=2 0.72

36、2 1.50.1859.9% 10%10000.8164.6 本章小結本章主要是對速度調節(jié)器的設計，主要包括確定轉速調節(jié)器的時間參 數、結構設計、選擇、計算轉速調節(jié)器的參數、校驗近似條件、計算電阻 和電容。第5章保護電路設計5.1過電壓保護過電壓保護可分為交流側和直流側過電壓保護，前面常采用的保護措 施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻，這里用壓敏二 極管抑制事故過電壓1 .交流側過電壓保護壓敏電阻采用由金屬氧化物燒結制成的非線性壓敏元件作為過電壓保 護，其主要優(yōu)點在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正 常工作是只有很微弱的電流通過元件，而一旦出現過電壓時電壓，壓敏電

37、 阻可通過高達數千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內并具有損耗 低，體積小，對過電壓反應快等優(yōu)點。壓敏電阻的額定電壓uima的選擇可按下式計算：uima_1.33.2uz(5-1)式中，uima 壓敏電阻的額定電壓，vyj型壓敏電阻的額定電壓有： 100v, 200v, 400v, 760v, 1000v 等。u21 變壓器二次側的線電壓有效值，對于星形接法的線電壓等于相 電壓u21 = 73u2ou1ma 占1.331父3 4 2v5. 032 .直流側過電壓保護：利用電阻和電容吸收操作過壓。整流器直流側在快速開關斷開或橋臂快速熔斷等情況，本設計用壓敏 電阻設計來解決過電壓時(擊穿后)，

38、正常工作時漏電流小，損耗低，而 泄放沖擊電流能力強，抑制過電壓能力強 網。壓敏電阻的額定電壓uma的選取可按下式計算：5 ma之cclc x壓敏電阻承受的額定電壓峰值0.8 0.9式中uma為壓敏電阻額定電壓， 6為電網電壓升高系數，一般 6取 1.05 11.10。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角 久=30，時輸 出電壓ud0?udl 2cosu =2.45父94 m 3 = 195.7v 0對于本設計:；1.05u1ma ；ud -= 195.7 = 228.33v 1 256.87v0.8 0.9 d-0.8 0.9因此壓敏電阻額定電壓取250v型壓敏電阻。3.晶閘管過電壓保護

39、品閘管對過電壓很敏感，當正向電壓超過其斷態(tài)重復峰值電壓一 定值時，就會誤導通，引發(fā)電路故障，當外加的反向電壓超過其反向重復 峰值電壓一定值時，品閘管將會立即損壞9。因此，必須設置過電壓的保護及抑制過電壓的方法，過電壓產生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng) 的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉換，或者系統(tǒng)中原來積聚的 電磁能量不能及時消散而造成的，本設計在晶閘管元件兩端并聯(lián)rc阻容吸收電路來抑制過電壓。在品閘管元彳兩端并聯(lián)rc阻容吸收電路。c =(2l 4)it 父1。1 r = 10130q, er=2cu；得 c=(214)1t 10，=(2：4) 257 10& =0.5141.028f

40、121623ercum 1.028 10230 = 27.1 10 j22由于一個周期晶閘管充放電各一次，因此： _354.38 10， = 2.79w0.022er =2 27.1 10 =54.38 10 jp二et 功率選擇留5 6倍的裕量p=(5 l6)p =(5_6) 2.79-13.5sw. 16.31w因此電阻r選擇阻值為20g,功率選擇15w的電阻，電容c選擇容量為0.5f5.2過電流保護交流側經電流互感器接入過電流繼電器或直流側接入過電流繼電器， 可以在發(fā)生過電流時動作，斷開主電路。也可以在每個橋臂用快速熔斷器 對晶閘管進行過電流保護?？焖偃蹟嗥鞯囊螅喝蹟嗥鞯念~定電壓 ukn -urm -2.45u2 -2.45 94v =230.37因此，按本課題的設計要求，用于晶閘管過電流保護的快速熔斷器的 額定電壓可選擇240v。5.2.1 轉速調節(jié)器的選擇為實現轉速無靜差，轉速環(huán)開環(huán)傳遞函數應有兩個積分，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)包含在轉速調節(jié)器asr中，使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，所以應該選擇典型ii型系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能好。asr采用pi調節(jié)器，其傳遞函數為：w _kn(ns 1)wasr(s) 八- ns含給定濾波和反饋濾波的pi型轉速調節(jié)器原理圖如下圖5-2。圖5-1含給定濾波和反饋濾波的pi型轉