轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計.doc

1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計設(shè)計總說明在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動場合, 直流調(diào)速系統(tǒng),特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代在國外出現(xiàn)的一種新型調(diào)速系統(tǒng)。70年代以來, 在我國的冶金、機械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。它通過轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋，并構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)。從而有效的改善電機性能,使電機特性曲線變硬，以滿足復(fù)雜環(huán)境下對電機性能的要求。本設(shè)計主要采用三相全控橋式整流電路對直流電機供電，并通過工程設(shè)計法對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器相

2、關(guān)參數(shù)進行計算以達到對轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)支流調(diào)速系統(tǒng)的整體實現(xiàn)。關(guān)鍵詞： 直流調(diào)速,雙閉環(huán),三相全控橋，工程設(shè)計法Rotational speed, electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system designDesign Description窗體頂端In the industrial production, needs the high performance speed control the electric drive situation, the directcurrent velocit

3、y modulation system， specially the double closed loop cocurrent velocity modulation system is displaying the great importance the function. The rotational speed, the electric current double closed loop velocity modulation system was in the 1960s in one kind of new velocity modulation system which ov

4、erseas appeared. Since the 70s, in domains and so on our countrys metallurgy， machinery， manufacture as well as printing industry has obtained day by day the widespread application。 The double closed loop velocity modulation system is comes by the single closed loop automatic velocity modulation sys

5、tem development。 It introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately through the rotational speed and the electric current two regulators, and constructs the doubling closed-loop system。 Thus the effective improvement electrical machinery perfor

6、mance, causes the electrical machinery characteristic curve to stiffen， satisfies under the complex environment to the electrical machinery performance request. 文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)This design mainly uses threephase all controls the bridge-type leveling circuit to the direct current machin

7、e power supply， and carries on the computation through the engineering design law to the RPM control and the current regulator related parameter to achieve to the rotational speed electric current double closed loop branch velocity modulation system's whole realizes.Key word： Direct-current velo

8、city modulation； Double closed loop； Three-phase all controls the bridge； Engineering design law；目錄1。緒論11.1直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展11。2直流雙閉環(huán)系統(tǒng)介紹11.3三相全控整流電路31。4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析51。4.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型51。4。2啟動過程分析61。4.3動態(tài)抗擾性能分析82。V-M調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計92。1V-M調(diào)速系統(tǒng)概述92。2晶閘管整流電路方案92。3主電路主要器件參數(shù)選擇92。3.1可控整流變壓器選擇及計算92.3。2晶閘管選擇10

9、2.4主電路保護措施122。4.1過電流保護122.4。2過電壓保護133系統(tǒng)參數(shù)測定153。1主電路總電阻值得測定153。2電樞回路電感L的測定193。3直流電動機-發(fā)電機測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD2 的測定213。4主電路電磁時間常數(shù)Td的測定223。5電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定223。6系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM的測定224。工程設(shè)計法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器234。1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計234。1.1電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用234.1。2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇234.1.3電流調(diào)節(jié)器的電路實現(xiàn)244。1。4電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算244.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計264.2.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在

10、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用264。2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇264。2。3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路實現(xiàn)274。2。4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算275系統(tǒng)調(diào)試295。1系統(tǒng)調(diào)試原則295。2各控制單元調(diào)試305.2。1移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定305.2.2調(diào)節(jié)器的調(diào)零305。2.3調(diào)節(jié)器正、負限幅值的調(diào)整305.2。4電流反饋系數(shù)的整定305。2。5轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定305。3系統(tǒng)調(diào)試315。3。1系統(tǒng)開環(huán)外特性測定315.3。2系統(tǒng)靜特性測試316結(jié)果分析34小結(jié)35參考文獻361.緒論1.1直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代在國外出現(xiàn)的一種新型調(diào)速系統(tǒng)。70年代以來， 在我國的冶

11、金、機械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)使用了一個比例積分調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器可以得到轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)。從擴大調(diào)速范圍的角度來看, 單環(huán)系統(tǒng)已能基本上滿足生產(chǎn)機械對調(diào)速的要求。實際的調(diào)速系統(tǒng)， 除要求對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整外, 很多生產(chǎn)機械還提出了加快啟動和制動過程的要求， 例如可逆軋鋼， 龍門刨床都是經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的, 為了提高生產(chǎn)率， 要求盡量縮短過渡過程的時間。上述設(shè)想提出一個理想的啟動過程曲線, 其特點是在電機啟動時, 啟動電流很快加大到允許過載能力值, 并且保持不變， 在這個條件下, 轉(zhuǎn)速n 得到線性增長， 當(dāng)

12、電機轉(zhuǎn)速達到需要的大小時， 電機的電流急劇下降到克服負載所需的電流值，于是帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。1。2直流雙閉環(huán)系統(tǒng)介紹如圖11所示，為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖.為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用,在系統(tǒng)中設(shè)計了兩個調(diào)節(jié)器，分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR并通過調(diào)節(jié)器去分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行串級聯(lián)接.把ASR的輸出當(dāng)作ACR的輸入,再用ACR的輸出去控制電力電子變換器GT。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上來看，電流環(huán)在里面稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖中M 為直流電動機

13、， TG 為測速發(fā)電機, GT 為觸發(fā)器, TA 為電流互感器,VT 為整流裝置。為轉(zhuǎn)速給定電壓， 為轉(zhuǎn)速反饋電壓 為電流給定電壓, 為電流反饋電壓, 為控制電壓， 為電樞端電壓.兩個調(diào)節(jié)器之間實行串級聯(lián)接, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 的輸出是電流調(diào)節(jié)器ACR 的輸入， 其輸出控制電力電子變換器。 圖1-1 轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖為了獲得良好的靜態(tài)、動態(tài)性能,轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器,這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖12所示。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標(biāo)出的,并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示出兩個調(diào)

14、節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。 圖1-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖1.3三相全控整流電路在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖13如圖所示，陰極連接在一起的3個晶閘管(、）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（、）稱為共陽極組。習(xí)慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為、， 共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為、.從后面的分析可知，按此編號，晶閘管的

15、導(dǎo)通順序為 。據(jù)本設(shè)計實際情況以下分析帶電阻和電感負載時的工作情況。圖1-3 三相橋式全控整流電路原理圖 三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負載和反電動勢阻感負載供電（即用于直流電機傳動),下面主要分析阻感負載時的情況.  當(dāng)60o時，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似,各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流波形不同,電阻負載時波形與的波形形狀一樣。而阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直,當(dāng)電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。圖1-4和圖

16、15分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負載和的波形. 圖14中除給出波形和波形外,還給出了晶閘管電流的波形。由波形圖可見,在晶閘管導(dǎo)通段,波形由負載電流波形決定，和波形不同。 圖1-5中除給出波形和波形外，還給出了變壓器二次側(cè)a相電流的波形。角移相范圍為90o。 當(dāng)60o時，阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時波形不會出現(xiàn)負的部分,而阻感負載時，由于電感L的作用，波形會出現(xiàn)負的部分。圖1-6給出了=90o時的波形。若電感L值足夠大，中正負面積將基本相等，平均值近似為零.文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)圖1-4 帶阻感負載時的波形圖1-5帶阻感負載時的波

17、形 圖16帶阻感負載時的波形1.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析1.4.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖1-7所示.圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù).圖17 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖1.4.2啟動過程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓，由靜止?fàn)顟B(tài)起動時.轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如圖18所示。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個階段.第I階段(）是電流上升階段。突加給定電壓后，、都上升，在沒有達到負載電流以前，電機還不能轉(zhuǎn)動.當(dāng)后,電機開始起動，由

18、于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強迫電流迅速上升。直到，,電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中,ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR不飽和.第II階段(）是恒流升速階段。ASR飽和,轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán),在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定,因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，電機的反電動勢E也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定.當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長,其輸入偏差電

19、壓必須維持一定的恒值,也就是說,應(yīng)略低于。圖1-8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程轉(zhuǎn)速和電流波形第階段（以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段.當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，輸出維持在限幅值，電機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后,ASR輸入偏差電壓變負，開始退出飽和狀態(tài),和很快下降。但是，只要仍大于負載電流,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到=時，轉(zhuǎn)矩，則dn/dt=0,轉(zhuǎn)速n才到達峰值（時）。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在時間內(nèi)，直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好,也會有一段振蕩過程.在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi),ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使盡

20、快地跟隨其給定值。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制;轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。1。4。3動態(tài)抗擾性能分析一般來說,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較令人滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。（1）抗負載擾動負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。如圖19。 圖19抗負載擾動（2）抗電網(wǎng)電壓擾動電網(wǎng)電壓變化也會對調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生擾動作用。雙閉環(huán)系統(tǒng)中,由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié).如圖1-10。圖1-10 抗電網(wǎng)電壓擾動2.V-M調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計2.1VM

21、調(diào)速系統(tǒng)概述在VM調(diào)速系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，來改變平均整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管整流裝置在經(jīng)濟性和可靠性上有突出優(yōu)勢。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上.在控制作用的快速性上，晶閘管整流器為毫秒級，能大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。2.2晶閘管整流電路方案 本設(shè)計課題是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計,要求是不可逆系統(tǒng)。故只需一個三相橋式整流電路并配套一套觸發(fā)電路即可達到要求。 2.3主電路主要器件參數(shù)選擇由實驗室所提供的實驗設(shè)備得到該系統(tǒng)中電機銘牌數(shù)據(jù)如下：直流并激勵電動機: 型號 DJ15 額定電流 1。2A 勵磁電流 容量 185W 額定轉(zhuǎn)速 16

22、00r/min 額定電壓 220V 勵磁電亞 220V 絕緣等級 E 直流發(fā)電機: 型號 DJ13-1 電樞電壓 220V 容量 220W 電樞電流 1.1A 勵磁電亞 220V 額定轉(zhuǎn)速 1600r/min2.3.1可控整流變壓器選擇及計算作為整流裝置電源用的變壓器稱為整流變壓器。一般的變壓器有整流跟變壓兩項功能,其中整流是把交流變直流。本設(shè)計中采用其整流功能.整流的過程中，采用三相橋式全控整流電路。三相橋式全控整流電路原理圖如圖2-1所示：圖2-1三相橋式全控整流電路原理圖可控整流的原理:當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承受正向電壓并且門極加觸發(fā)信號時晶閘管導(dǎo)通,并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然維

23、持導(dǎo)通.當(dāng)晶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)信號晶閘管都是處于關(guān)斷狀態(tài).由電機銘牌數(shù)據(jù)可知，在以上整流電路中，變壓器二次測所承受電壓為電機在額定工作狀態(tài)下的額定電壓，故其二次側(cè)額定電壓可選為220V ,考慮要留有裕量，整流變壓器額定電壓為440V，長期允許工作的電流為電機的額定電流1.2A。整流變壓器二次測額定電流選擇為1.2A。變壓器容量: （21）有公式可知,所選變壓器容量為： = 由此知主電路整流變壓器參數(shù)為： 2。3。2晶閘管選擇 1。晶閘管參數(shù)要求（1）晶閘管電流要求：晶閘管的額定電流為在電路正常起動、運行時所允許出現(xiàn)的最大電流。為保有裕量應(yīng)乘以相關(guān)系數(shù)。原因：

24、晶閘管的電流過載能力比一般電機、電器小的多，選取晶閘管額定電流時,根據(jù)實際最大電流計算后還應(yīng)乘以1.52倍。(2）晶閘管電壓要求：晶閘管的額定電壓在三相全控整流電路供給直流電的情況下為線電壓的峰值。為保有裕量應(yīng)乘以相關(guān)系數(shù)。 原因：晶閘管工作時,外加電壓峰值瞬時超過反相不重復(fù)峰值電壓時即可造成永久損壞，并且由于環(huán)境溫度升高或散熱不良，均可能使正反向轉(zhuǎn)折電壓值下降，特別在使用時會出現(xiàn)各種過電壓，選取晶閘管的額定電壓值應(yīng)為其實際工作時最大電壓的2-3倍.2。晶閘管額定電流選擇電機啟動或堵轉(zhuǎn)時，都會在電路中產(chǎn)生較大的電流。電機啟動時,電路中流過的電流最大，在電路未加任何保護措施時,相當(dāng)于全壓啟動，產(chǎn)

25、生較大的啟動電流.這在V-M系統(tǒng)是非常危險的，故需要在系統(tǒng)中設(shè)置電流截止負反饋環(huán)節(jié)，以限制電機啟動時的啟動電流或因電機短時堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的堵轉(zhuǎn)電流.一般來說，此時電機所允許的最大電流為 （2-2）由上式知,在本設(shè)計加入電流截止負反饋后流過晶閘管的最大電流應(yīng)為：為保有裕量取3。5A，以保證晶閘管的正常工作。因為本設(shè)計中系統(tǒng)所帶負載為感性負載，為保證平滑調(diào)速要求電流連續(xù)，故每個晶閘管的導(dǎo)通角為，流過晶閘管的電流有效值為： =1。94A晶閘管通態(tài)平均電流為：=1。29A故流過晶閘管的電流有效值為1。94A,通態(tài)平均電流為1.29A，考慮到要保有裕量，取裕量系數(shù)為2，可得晶閘管額定電流為：=2。58A 3

26、.晶閘管額定電壓的選擇由于電機采用三相橋式全控整流電路供電，因此晶閘管所承受的最大正反向電壓為線電壓的峰值： (2-3)由于所設(shè)計系統(tǒng)的電網(wǎng)線電壓，因此晶閘管兩端的最大正反向電壓為：考慮到要保有裕量，取裕量系數(shù)為2，故所選取晶閘管的額定電壓為：由以上計算可知，可選晶閘管的參數(shù)為： 2。4主電路保護措施由于晶閘管的擊穿電壓較接近運行電壓、熱時間常數(shù)小，因此其過電壓、過電流能力很差，短時間的過電流、過電壓都有可能造成元件的損壞.為使晶閘管裝置能正常工作而不至于損壞，只靠合理的選擇元件還不行，還要十分重視保護環(huán)節(jié)，以防不測。因此，采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施就成為提高晶閘管裝置可靠運行必不可少的必要環(huán)節(jié)。2。

27、4.1過電流保護晶閘管裝置出現(xiàn)的元件誤導(dǎo)通、擊穿或傳動裝置生產(chǎn)機械過載及機械故障引起的電機堵轉(zhuǎn)等,都會導(dǎo)致流過整流元件的電流大大超過其正常工作電流，即產(chǎn)生過電流。晶閘管的電流過載能力比一般電氣設(shè)備差的多，而過電流又是在所難免的，因此需要重視晶閘管的過流保護。過電流保護就是根據(jù)晶閘管允許的過電流能力，設(shè)法限制短路電流峰值，配合反映靈敏的 保護措施，使短路電流持續(xù)時間盡量縮短以達到保護晶閘管的目的?？勺鳛檫^電流保護的電器有快速熔斷器、過流繼電器、快速開關(guān)等。在不同過電流區(qū)域合理的選用保護電器是能否對晶閘管起到保護作用的關(guān)鍵。根據(jù)本設(shè)計的系統(tǒng)地特點,選取快速熔斷器作為過電流保護的器件.選取理由：晶閘

28、管熱容量比較小以及從管芯到散熱器的傳導(dǎo)途徑中要遭受一系列的熱電阻.因此,一旦過流，晶閘管結(jié)溫會快速上升，特別在瞬時短路電流流過時，晶閘管內(nèi)部熱量不及傳導(dǎo)，導(dǎo)致結(jié)溫上升更快.所以，必須選用快速動作的保護電器來實施保護，快速熔斷器為最普遍使用的一種快速熔斷裝置?？焖偃蹟嗥鞯倪x擇計算 當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若安置了熔斷器,那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。根據(jù)經(jīng)驗值快速熔斷器的額定電流：2.4。2過電壓保護晶閘管在承受過電流時,由于管子本

29、身具有一定的熱容量，短時內(nèi)尚可堅持.在承受過電壓時,則會立即發(fā)生反向擊穿或正相轉(zhuǎn)折。 系統(tǒng)線路中產(chǎn)生過電壓的原因很多除了雷電外,分(和)閘時會產(chǎn)生操作過電壓，同時整流橋直流側(cè)的快速熔斷器、橋臂上的快速熔斷器及電路中的電感也同樣會產(chǎn)生過電壓。我們無法從根本上消除產(chǎn)生過電壓得根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制在安全限度之內(nèi)。晶閘管系統(tǒng)抑制過電壓最常用的方法大致有：1。并接R-C阻容吸收回路；2.采用壓敏電阻硒堆等非線性元件加以抑制；本設(shè)計選用并接RC阻容吸收回路，對晶閘管系統(tǒng)實施過壓保護。在變壓器二次測并聯(lián)電阻和電容可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓無

30、法突變，故能有效的抑制過電壓。串連電阻能消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量,并一直LC回路的震蕩。1。交流側(cè)過電壓保護交流側(cè)采用壓敏電阻實施電路的過電壓保護.2。直流側(cè)過電壓保護直流側(cè)保護可以采用即采用阻容保護和非線性元件保護.3. 及的限制當(dāng)晶閘管所承受的正相電壓上升率（)較大時,引起的充電電流也較大，會使晶閘管發(fā)生誤導(dǎo)通.為防止誤導(dǎo)通對作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。為限制過大，可以在電源輸入端串接電感（稱進線電感），它對有一定的抑制作用，但串入電感后又易產(chǎn)生過電壓,故必須設(shè)置阻容吸收電路。晶閘管在正相陽極電壓作用下，當(dāng)門極流入出發(fā)電流后,晶閘管最初導(dǎo)通的瞬間，如果陽極電流增大的速度（）

31、過大,雖然電流值未超過元件的額定值，但由于晶閘管內(nèi)部電流還未來得及擴大到PN結(jié)的全部面積，故導(dǎo)致在門極附近的PN結(jié)面因電流密度過大而燒毀.為防止管子被燒毀對晶閘管電流上升率應(yīng)有一定的限制。限制過大的方法同限制過大的方法相同，其電感L一般采用空心電抗器。3系統(tǒng)參數(shù)測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動機發(fā)電機組等組成. 31試驗原理圖如圖31所示，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓，以滿足要求。為研究晶閘管電動機系統(tǒng)，須首先測定電樞回路的總電阻R、總電感L以及系統(tǒng)的電

32、磁時間常數(shù)與機電時間常數(shù)。3。1主電路總電阻值得測定電樞回路的總電阻R包括電機的電樞電阻Ra、平波電抗器的直流電阻RL及整流裝置的內(nèi)阻Rn，即R = Ra十RL十Rn (31）由于阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測量,因是小電流檢測，接觸電阻影響很大，故常用直流伏安法。為測出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻須測量整流裝置的理想空載電壓U0，而晶閘管整流電源是無法測量的，為此應(yīng)用伏安比較法,實驗線路如圖3-2所示。圖3-2 伏安比較法實驗線路圖將變阻器R1、R2接入被測系統(tǒng)的主電路，測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉(zhuǎn)。合上S1、S2，調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓Ud在30Ued70Ued范圍內(nèi)，然后調(diào)整R2使電樞

33、電流在80%Ied90%Ied范圍內(nèi)，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為I1、U1,則此時整流裝置的理想空載電壓為 Udo=I1R+U1 （3-2） 調(diào)節(jié)R1使之與R2的電阻值相近,拉開開關(guān)S2,在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值I2、U2，則 UdoI2R十U2求解（3-2)、（33）兩式，可得電樞回路總電阻: R（U2-U1）/(I1I2） （33)試驗數(shù)據(jù)處理:(1）合上 給定電樞電壓（V)串電阻4.66850.7683=1804.21700.59633。85540.5145（2）斷開給定電樞電壓（V)串電阻4.66940.53984。21770.41743。85630.3253（94

34、-85）/(0.760。53）=39.1(77-70)/(0.590。41)=38。8（63-54)/（0。51-0。32)=47。3則電樞回路總電阻為：=（39.1+38.8+47.3）/3=41。7 短接電機電樞兩端,重復(fù)上述實驗，可得 則電機的電樞電阻為試驗數(shù)據(jù)處理：(1）合上 給定電樞電壓(V)串電阻3。85550.6254=1804。14750。73714。561001.0693(2）斷開給定電樞電壓（V)串電阻3。85600。40594.15800。50784。571050。85103=(6055）/(0.62-0.40）=22。7=（80-75)/（0。73-0。50)=21.7

35、=（105-100)/（1。060.85）=23.8電機的電樞電阻為:Ra=R-（RL十Rn)=41.722.7=19短接電抗器兩端，重復(fù)上述實驗,可得:則電機的電抗器直流電阻為:試驗數(shù)據(jù)處理：（1）合上 給定電樞電壓（V)串電阻4.56900.8583=1804。37840。78754。13740。7362（2)斷開給定電樞電壓(V）串電阻4.561000.56964。38920。54874.13820。4773(10092）/（0。82-0.61）=34.4=（92-84）/(0。780。54）=33.3(8274）/（0。73-0.47）=30.7=41。7-32.8=8.9整流裝置內(nèi)阻

36、：=-=41.719-8。9=13。8又以上參數(shù)處理可知, 41。7 19 8。9 =13。83。2電樞回路電感L的測定電樞回路總電感包括電機的電樞電感La、平波電抗器電感Ld和整流變壓器漏感LB，由于LB數(shù)值很小，可以忽略，故電樞回路的等效總電感為LLa+Ld (3-4)電感的數(shù)值可用交流伏安法測定.實驗時應(yīng)給電動機加額定勵磁，并使電機堵轉(zhuǎn)，實驗線路如圖33所示。計算出電感值La和Ld，計算公式如下： （35） (3-6） (37)圖3-3 測量電樞回路電感的實驗線路圖試驗數(shù)據(jù)處理:25.5570。31917.338.10.21711。925。60.149=25。5/0.319=79。9=1

37、7.3/0.217=79.7=11.9/0。149=79。8=0。247H=0.246H=0.246H0.246H=57/0。319=178.6=38。1/0。217=175。5=25。6/0。149=171.8=0.568H=0.558H=0.546H0。557H則電樞回路的等效電感為：=0.246+0.557=0。803H3.3直流電動機發(fā)電機-測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD2 的測定電力拖動系統(tǒng)的運動方程式為 (38）電機空載自由停車時,T=0，Tz=Tk，則運動方程式為： (3-9）從而有 (310) 可由空載功率PK（單位為W）求出： (311） (3-12) 試驗數(shù)據(jù)處理:2210。1

38、315033;4;3.54;有上表可知，在其自由停車共3次,時間分別為3;4；3。54，求其平均值得出自由停車時間為：3。51s，則 =28。6W/1503=0。18所以=0。1573.4主電路電磁時間常數(shù)Td的測定主電路電磁時間常數(shù)Td的計算公式為：， (3-13）其中L為電樞回路的電感,R為電樞回路的總電阻。由以上計算可知:=0。803H=41.7 將L、R帶入公式得:=0。803/41。7=0。019s3。5電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的計算公式如下： （314） (315)帶入電動機銘牌數(shù)據(jù)及值得：=0.12=1。1743。6系統(tǒng)機電時間常數(shù)T

39、M的測定系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM的計算公式如下： (3-16）帶入數(shù)據(jù)計算得：=0.123s 4.工程設(shè)計法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器4。1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計4.1.1電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用(1)作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)過程中，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)器輸出量）的變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾作用。(3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流,從而加快動態(tài)過程.（4)當(dāng)電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時,限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的.4.1.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇電流環(huán)以

40、跟隨性能為主。從對其功能的穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差,以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用一型系統(tǒng)就夠了。從對其動功能的動態(tài)要求上來看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值,而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素，因此選用一型系統(tǒng).采用PI調(diào)節(jié)器校正，PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)可以寫成： （4-1) 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖41 所示典型形式.其中 圖4-1 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖4.1。3電流調(diào)節(jié)器的電路實現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的模擬型PI調(diào)節(jié)器，原理如圖42所示。圖中為電流給定電壓，為電流反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是

41、電力電子變換器的控制電壓。 圖42含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器根據(jù)運算放大器原理可得出： (4-2) （4-3） （4-4)4。1。4電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算(1）確定時間常數(shù)1）整流裝置滯后時間常數(shù)。本設(shè)計整流裝置采用三項橋式電路，其平均失控時間=0.0017s。2)電流濾波時間常數(shù)為0.002s。3）電流環(huán)小時間常數(shù)之和.=+=0.0017+0.02=0.0037s。（2）電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)設(shè)計要求,并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可選用PI調(diào)節(jié)器設(shè)計。（3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)0。019s電流反饋系數(shù)=4。5V/A，由試驗整定得。電流開環(huán)增益:要求時，應(yīng)取 0。5=0.5

42、/0。0037=135.1于是，ACR的比例系數(shù)為: （4-5）由試驗裝置可確定晶閘管裝置放大系數(shù)=220/4.5=49代入數(shù)據(jù)得=/=0。485（4）驗證近似條件電流環(huán)截止頻率：135。1晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件=196.1，滿足近似條件。忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件=62。05，滿足近似條件。電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件=180。8>，滿足近似條件。（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容運算放大器取=20，運算放大器各電阻、電容值為:=9。710=1.9=/20000=0。44.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計4.2.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用(1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)

43、節(jié)器,它使轉(zhuǎn)速很快的跟隨給定電壓的變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果使用PI調(diào)節(jié)器則可實現(xiàn)無靜差。 （2)對負載變化起抗擾作用 。(3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。4.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，設(shè)計為二型系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器,傳遞函數(shù)為: (46)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為： (4-7） 4。2。3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路實現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理如圖4-3所示，圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。

44、圖43含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值得關(guān)系： (4-8) (4-9) （4-10)4。2。4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算（1)確定時間常數(shù)1）電流環(huán)等效時間常數(shù)。從電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算中得知，已取=0。5，則=2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)=0.01s3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理=+=0.0074+0.01=0.0174s (2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)設(shè)計要求，選擇PI調(diào)節(jié)器。（3）計算調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性能和抗擾性能都要較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為=0。087s轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為=396。4知ASR比例系數(shù)為=12.3 （為轉(zhuǎn)速反饋系

45、數(shù),由整定的到）(4）校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截至頻率1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件=63。7，滿足近似條件。轉(zhuǎn)速小時間常數(shù)近似處理條件為=38。7，滿足近似條件。(5）計算調(diào)節(jié)器電阻電容=246=0.21=25系統(tǒng)調(diào)試一個設(shè)計好的調(diào)速系統(tǒng)，最終目的是為了讓它很好的按設(shè)計者預(yù)期目標(biāo)運行起來。我將通過對此次設(shè)計的系統(tǒng)的調(diào)試，繪制出系統(tǒng)的特性曲線，并通過對特性曲線的觀察來評判系統(tǒng)的性能，修正相關(guān)數(shù)據(jù)以完善本次設(shè)計。如圖51為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。圖5-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖5.1系統(tǒng)調(diào)試原則先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的參數(shù)調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。先開環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運行在開環(huán)狀態(tài),然后

46、在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負反饋后,才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。 先內(nèi)環(huán)，后外環(huán),即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)試轉(zhuǎn)速外環(huán).先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度,后調(diào)整動態(tài)指標(biāo).5.2各控制單元調(diào)試5。2.1移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定直接將給定電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，三相全控整流”輸出接電阻負載為R，當(dāng)給定電壓Ug由零調(diào)大時,電樞電壓Ud將隨給定電壓的增大而增大，直至 Ud =220V，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速1600r/min,時記錄，在試驗調(diào)試中得到=3。52V5.2。2調(diào)節(jié)器的調(diào)零將圖中“調(diào)節(jié)器I”所有輸入端接地,再將可調(diào)電阻246K接到“調(diào)節(jié)器I"的“4”、“5”兩端,用導(dǎo)線將“5”、“6”短接，使“調(diào)節(jié)器

47、I”成為P (比例)調(diào)節(jié)器。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器I的“7”端的輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，使之電壓盡可能接近于零。將圖中“調(diào)節(jié)器II"所有輸入端接地，再將可調(diào)電阻10K接到“調(diào)節(jié)器II”的“8"、“9"兩端，用導(dǎo)線將“9”、“10"短接，使“調(diào)節(jié)器II”成為P(比例）調(diào)節(jié)器。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器II的“11”端,調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。5。2。3調(diào)節(jié)器正、負限幅值的調(diào)整把ACR、ASR都接成PI調(diào)節(jié)器，加入正給定將電流調(diào)節(jié)器的負限幅限制在3。52V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的負限幅限制在6V。調(diào)節(jié)器輸入負給定時,調(diào)

48、整正限幅電位器RP1，將電流調(diào)節(jié)器正限幅限制在+3。52V,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器正限幅限制在+6V。5.2。4電流反饋系數(shù)的整定直接將“給定"電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負載R，負載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng)Ud=220V時,減小負載的阻值，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護"上的電流反饋電位器RP1,使得負載電流Id=0。9A時，“2"端If的的電流反饋電壓Ufi=4V，這時的電流反饋系數(shù)= Ufi/Id= 4.500V/A5。2.5轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定直接將“給定”電壓Ug接移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流"電路接直流電動機負載，Ld用200mH,輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，接通勵磁電源，從零逐漸增加給定，使電機提速到額定轉(zhuǎn)速1600r/min時,調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速變換”上轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1，使得該轉(zhuǎn)速時反饋電壓Ufn=6V，這時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=Ufn/n =0.004 5。3系統(tǒng)調(diào)試5.3。1系統(tǒng)開環(huán)外特性測定控制電壓Uct由定輸出Ug直接接入，“三相全控整流”電路接電動機,Ld用700mH，直流發(fā)電機接負載電阻R，負載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零