不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：不可逆 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（第十二題）學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專業(yè)班級(jí)：學(xué) 院：電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師：2013年12月13日河北聯(lián)合大學(xué)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名張桂平班級(jí)10電3設(shè)計(jì)題目題目十二：/、口逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書評(píng)定成績(jī)答辯成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)總成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)要求一性能指標(biāo)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：系統(tǒng)無(wú)靜差動(dòng)態(tài)指標(biāo)：叼5% ;空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)o-n 10%。二給定電機(jī)及系統(tǒng)參數(shù)Pn =67KW ,U n =230V , In =291A,人=2, nN =1450/巾冶，Ra =0.2C主回路總電阻R =0.4C系統(tǒng)飛輪慣量GD2 =68.3N，m2系

2、統(tǒng)耳又大紜止電壓U nm = 10VACR ASRM節(jié)器限幅值調(diào)到為8V ,三 設(shè)計(jì)步驟及說(shuō)明書要求1畫出雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明工作原理。2根據(jù)給定電機(jī)參數(shù)，設(shè)計(jì)整流變壓器，并選擇變壓器容量；選擇 品閘管的參數(shù)并確定過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)元件參數(shù)。3分析觸發(fā)電路及同步相位選擇。4設(shè)計(jì)ACR、ASR并滿足給定性能指標(biāo)。5完成說(shuō)明書，對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分析時(shí)，應(yīng)先畫出本環(huán)節(jié)原理 圖，對(duì)照分析。6打印說(shuō)明書（A4）,打印電氣原理圖（A4）o注：設(shè)計(jì)總成績(jī)=說(shuō)明書評(píng)定成績(jī)（60% +答辯成績(jī)（40%目錄控制 系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 1設(shè)計(jì)題目：不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（第十二題） 1學(xué)生姓名：張桂平

3、 1學(xué) 號(hào)： 201013040302 12013 年12 月 13 日 1第一部分：摘要 4第二部分：設(shè)計(jì)主體 5第一章、調(diào)速的方案選擇 51.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種： 51.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇： 51.3 確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖 1-3 ： 7第二章、主電路的計(jì)算 72.1 整流變壓器計(jì)算 72.2 晶閘管元件的選擇 92.3 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算 92.4 平波電抗器計(jì)算 12第三章、觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn) 13第四章、控制電路設(shè)計(jì)計(jì)算 144.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 144.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 154.3 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 16第

4、五章、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 165.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)時(shí)間常數(shù)的確定 165.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 185.3 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量: 20第三部分：結(jié)論 21第四部分：參考文獻(xiàn) 22第五部分：附圖 22第一部分：摘要直流調(diào)速系統(tǒng)， 特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最廣的電氣傳動(dòng)裝置之一， 廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、 冶金、 金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)中1 。許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能， 在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中， 相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系

5、統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟2 ，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。 它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、 抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展， 電力傳動(dòng)裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用， 對(duì)其生產(chǎn)工藝產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高， 這就需要越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)調(diào)速， 因此我們就要對(duì)這樣的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。 它通常采用三相全控橋式整流電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速3 。本文的目的在于對(duì)雙閉環(huán)V-M不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括 ACR和ASR以 及對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能分析。第二部分：設(shè)計(jì)主體第一章、調(diào)速的方案選擇1.1 直流電動(dòng)機(jī)

6、的調(diào)速方法有三種：直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速可表示為：n = U IRKeD(1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓， 從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào) 速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。I a變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要 大容量可調(diào)直流電源。(2)改變電動(dòng)機(jī)主磁通 。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速， 但只能減弱磁通進(jìn) 行調(diào)速(簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速)，從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。 If變化時(shí) 間遇到的時(shí)間常數(shù)同Ia變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。(3)改變電樞回路電阻R在電動(dòng)機(jī)電樞回路外用電

7、阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn) 單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎 沒(méi)什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速 性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。 弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和 調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平 滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。 因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速 系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主速。1.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇：同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不 管出于什么原因(外部擾動(dòng)或系統(tǒng)

8、內(nèi)部變化)，只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性 變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉 環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載 動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不 能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn) 生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：

9、一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)； 二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必 須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允 許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn) 速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì) 電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上兩點(diǎn)都涉及電樞電流的控制， 所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量， 組 成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(1) V-M系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：圖1-1 V-M系統(tǒng)原理圖1-1繪出了晶閘管整流器-電 動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng))的原 理圖，圖中VT是晶閘管整流器，通 過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控

10、制電壓Uc來(lái) 移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流 器平均輸出直流電壓 Ud,從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10000以上，門極電流可以直接用電子控制； 響應(yīng)時(shí)間是毫秒級(jí)，具有 快速的控制作用；運(yùn)行損耗小，效率高；這些優(yōu)點(diǎn)使 V-M系統(tǒng)獲得了優(yōu)越的性能。(2)整流電路：由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相全控橋式整流電路。考慮使電路簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇品閘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(dòng)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(yīng)減少約一半， 這是三相整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、

11、體積小、重量輕、投資省，工作可靠，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大,又要求電流的脈動(dòng)小。綜上所述，選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案ABC圖1-2三相全控橋式整流電路1.3確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖1-3:相IE圖1-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖第二章、主電路的計(jì)算2.1 整流變壓器計(jì)算2.1.1 電壓的計(jì)算：由于整流輸出電壓ud的波形在一周期內(nèi)脈動(dòng) 6次的波形相同，因此在計(jì)算時(shí)只 需對(duì)一個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)算。由此得整流輸出平均電壓：Ud =2.34U 2cosc( (。60-)(2-1)顯然Ud定Un = 230V ,如果忽略品閘管和電抗器的壓降，則可以求得變壓器副邊輸出電壓：23

12、0U2 =一=113.5V ( 通常取導(dǎo)通角口為30一)2.34 ,3/2取U2=120V變壓比K =U1U2380120= 3.17(2-2)(2-3)2.1.2 一次、二次側(cè)相電流Ii、12的計(jì)算:輸出電流的平均值:(2-4)Id =0.9551 叫= 0.955 In = 0.955* 2* 291A = 555.81A由表查得 K1=0.816, K2=0.816原邊輸出有效電流：I11.05KMId1.05*0.816*555.813.1= 138A副邊輸出有效電流I2 =K121d =0.816* 55581 = 453.5A2.1.3變壓器容量S的計(jì)算：S1 = mU 111S1

13、 = mU 1111S- SiS22(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)以上9個(gè)式子出自： 宋銀賓電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)第六章第四節(jié)式中m、m2次、二次側(cè)繞組的相數(shù)；所以S1 = 3U1I =3* 380* 150kVA = 171000kVAS2 =3U2I2 = 3*120* 453.5kVA = 163260kVA171000 1632602kVA = 167130kVA考慮到品閘管和電抗器的壓降，變壓器本身的漏磁，并根據(jù)變壓器應(yīng)留有一定裕 量的原則，選擇參數(shù)為額定容量為 200KVA2.2 晶閘管元件的選擇2.2.1 晶閘管的額定電壓計(jì)算：通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓U DRM和

14、反向重復(fù)峰值電壓U RRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，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(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2-3倍。本設(shè)計(jì)中峰值電壓 Utm = . 6U2 =294V,故晶閘管電壓定額Utn =(2-3)Utm =(2 -3)* 294 =(588-882)V ,取其電壓定額U tn =750M2.2.2 晶閘管的額定電流計(jì)算品閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流It來(lái)標(biāo)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(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫是允許流過(guò)的最大工頻正弦半 波電流的平均值。因此在使用時(shí)同樣應(yīng)按照實(shí)際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的 發(fā)熱效應(yīng)

15、相等，即有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管的電流定額，并留有一定裕量。一股取其通態(tài)平均電流為此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5-2倍。可按下式計(jì)算：It(av)= (1.52 JKfbIdm(2-10)式中計(jì)算系數(shù)Kfb=Kf/1.57 Kb由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共 陰極或共陽(yáng)極電路的支路數(shù)。當(dāng): 二0：時(shí)，三相全控橋電路Kfb =0.368,故品閘管額定電流：I T(AV) =(1.5 - 2)KfbI dm = (1.5 - 2) * 0.368* (2 * 291) A = (321.264 - 428.352) A取其電流定額為400A。上述式子出自：李宏現(xiàn)代電力電子技術(shù)3.4.

16、32.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算品閘管具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它屬于半導(dǎo)體器件，因此具有半導(dǎo)體器件共有的弱點(diǎn)， 承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外，還須針對(duì)元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。品閘管主要需要四種保護(hù)：過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制，過(guò)電流保 護(hù)和di/dt限制。2.3.1 過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制凡是超過(guò)晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過(guò)壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過(guò)阻

17、容吸 收電路。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為電容 器電場(chǎng)的能量存儲(chǔ)起來(lái)為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑 制尖峰過(guò)電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中能消耗一部分能量，并且抑制 LC回路的振蕩。2.3.2 過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。品閘管發(fā)生過(guò)電流的原因主要有：負(fù)載端過(guò)載或短路； 某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過(guò)電流；觸發(fā)電路工作不正常或受干擾，使 品閘管誤觸發(fā)，引起過(guò)電流。品閘管允許在短時(shí)間內(nèi)承受一定的過(guò)電流， 所以過(guò)電流 保護(hù)作用就在

18、于當(dāng)過(guò)電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過(guò)電流切斷，以防止元件損壞。 品閘管過(guò)電流的保護(hù)措施有下列幾種：(1)快速熔斷器 普通熔斷絲由于熔斷時(shí)間長(zhǎng)，用來(lái)保護(hù)品閘管很可能在品閘管燒壞之后熔斷器還沒(méi)有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)品閘 管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y質(zhì)熔絲，在同樣的過(guò)電流倍數(shù)下，它可以在晶 閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過(guò)電流保護(hù)的主要措施。（2）硒堆保護(hù) 硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特性。當(dāng)硒堆上電 壓超過(guò)某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過(guò)較大的電流，把過(guò)電壓的能量 消耗在非線性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨(dú)使用，也可以和阻容元件并聯(lián) 使

19、用。2.3.4 晶閘管串連的快速熔斷器的選擇選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：1）電壓等級(jí)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓確定。2）電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。3）快熔的12t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許12t值。4）為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間 -電流特性。此次設(shè)計(jì)采用快熔作為短路過(guò)電流保護(hù)的裝置，如下圖所示：圖2-2短路過(guò)電流保護(hù)熔斷器的參數(shù)按照以下原則選?。篕額定電壓Urn： Urn至% 5 Kut 一為可控硅兀件的電壓計(jì)算系數(shù)，取 Kut =2.45 額定電流： 泥注同時(shí)也Ki電流裕度系數(shù)，取 宿=1.11.5,（一環(huán)境溫度系數(shù)，取Ka =11.2, Ir實(shí)際流過(guò)快

20、熔的電流有效值。取 URn=220V因 U2=120V, Urn - 2.45 120 = 207.9VIr 2 113 d = J1 m 555.81 =320.9A 33Irn之1.5父1.2 M 320.9 = 577.62a ,取Ir.600A 根據(jù)算出的額定參數(shù)可選 擇相應(yīng)的快熔。(2)過(guò)電流繼電器的選擇對(duì)于頻繁操作的電動(dòng)機(jī)，通常用電磁式過(guò)流繼電器做短路保護(hù)。如何選擇繼電器：1 .根據(jù)電流種類，選擇繼電器形式。2 .繼電器額定電流大于或等于電動(dòng)機(jī)的額定電流。3 .繼電器動(dòng)作電流的整定值=(L1L3,式中Ig為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的最大值：1.和=1.3 577.2 =750A本系統(tǒng)采用快速

21、熔斷器對(duì)可控硅進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，整流電路及品閘管保護(hù)電路如圖2-1所小。2.4平波電抗器計(jì)算在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)增加電機(jī)的發(fā)熱，同時(shí)也產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械 不利，為了避免或減輕這種影響，須設(shè)置平波電抗器。平波電抗器的電感量一般按低 速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。通常首先給定最小電流 Imin(以A為單位通常 取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%-10%)再利用它計(jì)算所需的總電感量(以 mH為單位)，減 去電樞電感，即得平波電抗器應(yīng)有的電感值。2.4.1 電流連續(xù)的臨界電感量L1的計(jì)算平波電抗器的臨界電感量Li (單位mH可由下式計(jì)算L1=K(2-11)1 dmin式中K為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，

22、可由表查得Ki=0.693,由技術(shù)要求知Idmin = 5%d,所以U.120Li = 0.693 = 0.693* - = 2.99mH5% Id0.05* 555.812.4.2限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量 L2的計(jì)算由于品閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常伏在需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加， 引起過(guò)熱。 因此，應(yīng)在直流側(cè)傳入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界 電感量L2 (單位mH可由下式計(jì)算L2=K(2-12)SId式中K2為與整流電

23、路形式有關(guān)的系數(shù)，S為電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路Si W(51。法。根據(jù)本電路形式查表可得&=1.045,所以 路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動(dòng) 電路組成。L21.045*12010%* 555.81=2.26mH2.4.3 電動(dòng)機(jī)電感量Ld的計(jì)算電動(dòng)機(jī)電感量Ld (單位mH可按下式計(jì)算3,_ KDUd 10 ld 一2pnId(2-13)式中Ud、 n一直流電動(dòng)機(jī)額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速;P電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；Kd計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)取 Kd=812。所以10* 230*103LD0.71mH2*2*1450*555.812.4.4 實(shí)

24、際串入平波電抗器的電感量 L的計(jì)算(取 P=2,Kd=10)由于變壓器的漏電感很小，可以忽略不計(jì)，那么用入平波電抗器的電感量為:L =max( L1, L2) - Ld =2.99 -0.71 =2.28mH取其電感值為3mH.第三章、觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)觸發(fā)電路可選擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇KC系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，具優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。具缺點(diǎn)是 移相范圍小于180 ,為保證觸發(fā)脈沖對(duì)稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于 5%適 用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。選用集成電路MC787a成的三相觸發(fā)電路，該集成塊由同步過(guò)零、鋸齒波形成電圖3-1

25、的三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交 流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地， 同步電壓經(jīng)RC組 成的T形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信 號(hào)，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對(duì)稱。輸出端由大功 率管驅(qū)動(dòng)，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管圖3-1 MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖第四章、控制電路設(shè)計(jì)計(jì)算4.1給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速總是緊緊地跟隨給定量而變化。給定電源的質(zhì)量在保證 系統(tǒng)正常工作中是十分重要的，因此高精度的調(diào)速系統(tǒng)必績(jī)要有更高精度的給定穩(wěn)壓 電源作保證。所以，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案、擬定控制電路時(shí)，必須十

26、分注意對(duì)穩(wěn)壓電源 的設(shè)計(jì)與選擇。由三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源，線路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、工作 可靠、調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。系統(tǒng)中應(yīng)盡 量采用這種集成穩(wěn)壓源，以保證系統(tǒng)的可靠工作.為防止大幅度電網(wǎng)電壓波動(dòng)給穩(wěn)壓電源工作帶來(lái)的困難，目前已普遍采用恒壓變壓器作為穩(wěn)壓電源的電源變壓器。這些 在設(shè)計(jì)時(shí)都需引起注意。電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):c Un m 2 3 0-291* 0.2Ce = = = 0.1 1 8V.m i n， n1450*Unm 10V二=m = 0.0069V.min/r電流反饋系數(shù):* *1=0.0137VA 一 2* 291nN 1450r

27、/ min4.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2.1 速度調(diào)節(jié)器由二極管電位器組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路，由電阻電容組成反饋微分校正網(wǎng)絡(luò)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)。如圖 4-1所示。圖4-1速度調(diào)節(jié)器4.2.2 電流調(diào)節(jié)器的作用：(1)跟隨作用一一作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使 電流緊緊跟隨其給定電壓(即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。(2)抗擾作用一一對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。(3)加快動(dòng)態(tài)過(guò)程-在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而 加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。(4)過(guò)流自動(dòng)保護(hù)作用一一當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起 快速的自動(dòng)保護(hù)作用

28、。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可 靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。_L4-2電流調(diào)節(jié)器4.3 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系:U n* =U n - - n - - n0(2-1)(2-2)Uc_ _ _ _ _ _ * . _Ud0 _Cen+ IdR_ CeUn/u 十 IRKsKsKs(2-3)U i -Ui- Id- Idl第五章、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)5.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)時(shí)間常數(shù)的確定5.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定(1)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，即三相橋式電路的平均失控時(shí)間：Ts=0.0017s。(2)電流濾波

29、時(shí)間常數(shù)La三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是 3.3ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1-2) Toi=3.3ms,因止匕取 Toi =2ms=0.002so(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和丁卻按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取TH=Ts+Toi=0.0037s (4)電磁時(shí)間常數(shù)I的確定：由前述已求出電樞回路總電感：L =2.28mH則電磁時(shí)間常數(shù)：Tl = = 2.28mH =0.0057sR042G c 十口 人 口-1- GD R68.3 0 0.4c L / c(5) 機(jī)電時(shí)間吊效： Tm = = = 0.548s375CeCm 375 0.118 0.118 30/二1.1.2 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)

30、設(shè)計(jì)要求ai 5% ,并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用 PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為Ki(is 1)Wacr(s)=(5-1 )iS式中Ki- 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；Ti電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：_!l = 0.0057 = 1.54參照表5-1的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)T0.0037抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。表5-1 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比t1.00.80.7070.60.5超調(diào)量仃0%1

31、.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間troO6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間tpoO8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度飛76.3 口69.“65.559.251.85截止頻率6 c0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T1.1.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：q=0.0057s ,電流開(kāi)環(huán)增益：要求% M5%時(shí)，取(丁9=0.5 ,0.50.51所以：KI = = = 135.1sT 工 0.0037 sK ：R于是，ACR勺比例系數(shù)為：Ki -=135.1 0.0057 0.4/ 35 0.0137 =0.64Ks ：式中取

32、晶閘管裝置放大系數(shù)Ks=35。1.1.4 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：c =Ki =135.1s1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:3Ts 3 0.0017s= 196.1s,A0ci ,滿足近似條件2)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件:3 TmTl =30.548 0.0057= 53.68s,Eci,滿足近似條件ci5.1.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：由圖5-3,按所用運(yùn)算放大器取R=40kC各電阻和電容值為：R = Ki MR =0.64 m40kC = 25.6kCCi =-0.0057s cc” “5廣= 0.223 10FRi25.6kI14T 4 0 002i =果=4_00

33、2 f =0.2 10、=0.2呼R040 103圖5-3含濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為5 =4.3% cn ,滿足簡(jiǎn)化條件(2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為13Ki1 135.1 ,1s = 38.7s3 0.01 cn ,滿足近似條件5.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取 450kJ根據(jù)圖5-4所小，取Rq =40k。,則Rn = KnR =11.07 40kQ -442.8k1 1Rn0.087450 1036 F =0.193 10-F取 0.2uFon4TonRT4 0.01340 10F =1NF ,取 WF圖5-4含濾波環(huán)節(jié)的PI型轉(zhuǎn)速

34、調(diào)節(jié)器5.3 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：當(dāng)h=5時(shí)，查表5-2典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)得，, =37.6%,不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表5-2是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按 ASR!飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。表5-2典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)h34567891052.60%43.60%37.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%tr/T2.42.652.8533.13.23.33.35ts/T12.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111表5-3典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系h345678910*/嬴72.20%77.50%81.20%84.00%86.30%88.10%89.60%90.80%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.951