雙閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、安徽科技學(xué)院2011年度本科生交流調(diào)速課程設(shè)計(jì) 安徽科技學(xué)院 雙閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)課 程: 交流調(diào)速系統(tǒng) 院 系： 機(jī)電與車輛學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2008 級(jí) 學(xué)生姓名： 孫紅祿 鄧銳 牛淼 張帥 邱明賀 鄧大偉 陳宇學(xué) 號(hào)： 導(dǎo)師及職稱： 范智平（講師） 2011年12月19號(hào) 摘 要本設(shè)計(jì)介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)的基本概況及其研究意義，同時(shí)提出了本設(shè)計(jì)所要研究解決的問(wèn)題，接著對(duì)系統(tǒng)各部分所需元器件進(jìn)行比較選擇并進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后采用工程設(shè)計(jì)方法對(duì)雙閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和近似校驗(yàn)。在調(diào)節(jié)器選擇方面，本設(shè)計(jì)選擇的PI調(diào)節(jié)器，使得線路大為簡(jiǎn)化，且性能優(yōu)

2、良、調(diào)試方便、運(yùn)行可靠、成本降低。觸發(fā)電路則采用一種新型高性能集成移相觸發(fā)器（MC787）設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路，它克服了分立元件缺點(diǎn)，抗干擾性優(yōu)良，具有輸入阻抗高、移相范圍寬、裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠、只需一片MC787就可以完成三相相移功能，使用效果較好。目 錄1 緒論41.1 研究交流調(diào)速系統(tǒng)的意義41.2本設(shè)計(jì)所做的主要工作42 交流調(diào)速系統(tǒng)52.1 交流電機(jī)常用的調(diào)速方案及其性能比較52.2 三相交流調(diào)壓調(diào)速的工作原理52.3 雙閉環(huán)控制的交流調(diào)速系統(tǒng)6 2.3.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成7 2.3.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性.73 電路參數(shù)計(jì)算103.1 系統(tǒng)主電路的參數(shù)計(jì)算103.2 根據(jù)系

3、統(tǒng)方塊圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算103.3 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算123.3.1 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算133.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算144 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)174.1 調(diào)節(jié)器的選擇和調(diào)整174.2觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)184.3系統(tǒng)給定積分器205設(shè)計(jì)體會(huì)226參考文獻(xiàn)221 緒論1.1 研究交流調(diào)速系統(tǒng)的意義 隨著電力電子器件，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論向交流電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的滲透，為交流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究進(jìn)一步創(chuàng)造了有利的條件。諸如交流電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速、各種類型的變頻調(diào)速，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，使得交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在

4、四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能?，F(xiàn)在從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)百千瓦的特大功率高速傳動(dòng)系統(tǒng)，從一般要求的小范圍調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動(dòng)，從單機(jī)傳動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，已幾乎都可采用交流調(diào)速傳動(dòng)。交流調(diào)速系統(tǒng)具有下面幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：1、交流電動(dòng)機(jī)特別是鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的價(jià)格遠(yuǎn)低于直流電動(dòng)機(jī)。2、交流電動(dòng)機(jī)不易出現(xiàn)故障，維修非常簡(jiǎn)單。3、交流電動(dòng)機(jī)的使用場(chǎng)合沒(méi)有限制。4、交流電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量可遠(yuǎn)大于直流電動(dòng)機(jī)。1.2 本設(shè)計(jì)中我們所做的主要工作本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的分析，比較了多種常用的交流調(diào)速方案，并做出了方案選擇。確定了控制系統(tǒng)方案后。對(duì)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行

5、了詳細(xì)計(jì)算。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了交流調(diào)壓器的選擇、和觸發(fā)電路的選擇。最后構(gòu)建了雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，得到了較為滿意的結(jié)果。2 交流調(diào)速系統(tǒng)2.1 交流電機(jī)常用的調(diào)速方案及其性能比較由電機(jī)學(xué)知，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下： (2-1)式中 電動(dòng)機(jī)定子繞阻的磁極對(duì)數(shù)；電動(dòng)機(jī)定子電壓供電頻率；s 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。從式（2-1）中可以看出，調(diào)節(jié)交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三大類方案。1.改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)由異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 (2-2)可知，在供電電源頻率不變的條件下，通過(guò)改接定子繞組的連接方式來(lái)改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，即可改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速的目

6、的。2.變頻調(diào)速?gòu)氖剑?-1）中可以看出，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)一定，轉(zhuǎn)差率s定時(shí)，改變定子繞組的供電頻率可以達(dá)到調(diào)速目的，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本上與電源的頻率成正比，因此，平滑地調(diào)節(jié)供電電源的頻率，就能平滑，無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速調(diào)速范圍大，低速特性較硬，基頻以下，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，在基頻以上，屬于恒功率調(diào)速方式，與直流電動(dòng)機(jī)的降壓和弱磁調(diào)速十分相似。且采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，大幅度降低電機(jī)的起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在交流異步電動(dòng)機(jī)中，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率PM可以分成兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率，另一部分是轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比，它

7、的去向是調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。2.2 三相交流調(diào)壓調(diào)速的工作原理異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速是指改變定子電壓調(diào)速。如圖2.1畫(huà)出了定子電壓為、 ()時(shí)的機(jī)械特性。其特點(diǎn)是：1) 變定子電壓時(shí)，不變，也不變。2) 最大轉(zhuǎn)矩及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。因此當(dāng)定子電壓降低時(shí)，和減小很小。3) 定子電壓越低，機(jī)械特性直線段的斜率越大，即特性越軟。圖2-1畫(huà)出了恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性和通風(fēng)機(jī)特性。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩特性，電動(dòng)機(jī)只能在機(jī)械特性直線段(段和0)穩(wěn)定運(yùn)行。在不同電壓下的穩(wěn)定工作點(diǎn)分別為a、b、c。對(duì)于通風(fēng)機(jī)負(fù)載，電動(dòng)機(jī)在機(jī)械特性的全段范圍（即轉(zhuǎn)速0段或轉(zhuǎn)差率01段）都能穩(wěn)定運(yùn)行。在不同電壓下的穩(wěn)定工作點(diǎn)分別是

8、a、b、c。由圖可見(jiàn)，當(dāng)定子電壓降低時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速將降低（,）,從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。TLabcU”1cabnmsSmTemaxU1>U1>U1”通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性圖2-1 異步電動(dòng)機(jī)不同電壓下的機(jī)械特性2.3 雙閉環(huán)控制的交流調(diào)速系統(tǒng)2.3.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)結(jié)，這就是說(shuō)，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)

9、速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，要注意的是，考慮到運(yùn)算放大器的輸出是帶限幅的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅（飽和）電壓是，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。2.3.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)定時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。因此 （2-3） （2-4）由式2-2第一個(gè)關(guān)系式可得 （2-5）由上面的式子得到靜特性圖2-3的段。與此同時(shí)，由于 ASR不飽和，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知：。這

10、是說(shuō) 段靜特性從（理想空載狀態(tài)）一直延續(xù)到，而一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)成開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) （2-6）式中，最大電流是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。式中所描述的靜特性是圖2-3中的A-B段。這樣的下垂特性只適合于的情況。因?yàn)槿绻?，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。圖2-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電

11、流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大、特別是為了避免零點(diǎn)漂移而采用“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時(shí)，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，如圖2-3中虛線所示。圖2-3 雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性4.各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 （2-7） （2-8） （2-9）上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控

12、制電壓的大小則同時(shí)取決于n和，或者說(shuō)，同時(shí)取決于和。這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而 PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算近似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；電流反饋系數(shù)，兩個(gè)給定電壓的最大值和是受運(yùn)算放大器的允許輸入電壓限制的。3 電路參數(shù)計(jì)算3.1 系統(tǒng)主電路的參數(shù)計(jì)算已知系統(tǒng)控制電機(jī)(繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電

13、動(dòng)機(jī))的參數(shù)為：,cos=0.87,E2N=340V，I2N=81A，/Y聯(lián)結(jié),m=3，J=2.367kg.m2。Y接晶閘管未導(dǎo)通時(shí)，均承受本相相電壓，導(dǎo)通時(shí)電流為，流過(guò)晶閘管最大電流時(shí)，對(duì)應(yīng)波形為全波，根據(jù)有效值I公式為： (3-1)負(fù)載平均電流，所對(duì)應(yīng)的電流有效值應(yīng)小于額定電流所對(duì)應(yīng)的有效值電流，即,這里取1A?？蛇x取KP1系列型號(hào)普通晶閘管作為主電路反并聯(lián)調(diào)壓器電路的導(dǎo)通管，其參數(shù)如下：通態(tài)平均電流 額定結(jié)溫 門(mén)極觸發(fā)電流/電壓 門(mén)極不觸發(fā)電流/電壓 1A 100 3mA30mA / 2.5V 0.4mA/0.3V 3.2 根據(jù)系統(tǒng)方塊圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算圖3-1中為三相異步電動(dòng)機(jī)的近似傳函，

14、這里為電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，為機(jī)電時(shí)間常數(shù)，它可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者銘牌數(shù)據(jù)求取。Un*UUi*U1Uct WASR(S) WACR(S) WGT-V(S) WMA(S) WFBS(S)n(S)Un（S）圖3-1 調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置GT-V中可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如晶閘管觸發(fā)與整流裝置一樣。傳遞函數(shù)可寫(xiě)成 （3-2）式中 為可控硅的傳遞函數(shù)； 為可控硅的時(shí)滯或慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。反饋環(huán)節(jié)FBS考慮到反饋濾波的作用，其傳遞函數(shù)為 （3-3）因此，調(diào)節(jié)對(duì)象的總傳遞函數(shù)為 （3-4）式中為調(diào)節(jié)對(duì)象總傳遞函數(shù)； 為時(shí)間常數(shù)。輸入段加濾波器：用PI調(diào)節(jié)器： （3-5）調(diào)節(jié)器電路圖如圖3-

15、2所示。-+R3R2R1C1R5圖3-2 PI調(diào)節(jié)器3.3 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算（1）根據(jù)以上推導(dǎo)的異步電動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù)，首先計(jì)算它的參數(shù)電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)近似認(rèn)為與機(jī)械特性斜率kM成正比，即 (3-6)式中為負(fù)值，可由試驗(yàn)測(cè)出：2800/0.13電動(dòng)機(jī)與負(fù)載總飛輪慣性取0.01kgN·m則 (3-7)由得 (3-8)（2）求晶閘管交流調(diào)壓器的時(shí)間常數(shù)電路采用三相全波Y型接法調(diào)壓電路，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可取3.3ms。調(diào)壓器輸出電壓為0V220V,輸出控制電壓為0V7V變動(dòng)，所以放大倍數(shù)=220/730倍。（3）求速度反饋系數(shù)采用55CYD11系列永磁低速直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，最大工作轉(zhuǎn)速可達(dá)，

16、當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，,即得輸出電壓為5.4V，則 (3-9)（4）求速度反饋濾波常數(shù)由于反饋輸出均由波紋，在低速時(shí)尤為嚴(yán)重，一般都需要濾波，負(fù)責(zé)無(wú)法應(yīng)用。太小，濾波效果不佳，但太大，又將影響系統(tǒng)性能，通常取之間，這里取。3.3.1 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)中不超過(guò)允許值，因而在突加控制作用時(shí)不希望由超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該把電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。確定時(shí)間常數(shù)電流濾波器時(shí)間常數(shù)電流濾波器時(shí)間常數(shù)選取與速度調(diào)節(jié)器反饋時(shí)間常數(shù)相同。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取2）電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 （3-10）3）選擇電

17、流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取,因此于是，ACR的比例系數(shù)為 (3-11)4）校驗(yàn)條件電流截止頻率。小時(shí)間常數(shù)近似處理的條件: 現(xiàn)在，滿足近似條件。5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容其原理圖見(jiàn)圖3.3所示，按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值計(jì)算如下： 取80 （3-12） （3-13） （3-14）按照以上參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)性能為：，滿足設(shè)計(jì)要求。3.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算1）確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為。（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取。（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取2）選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速

18、調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，器傳遞函數(shù)為 （3-15）3）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性和抗擾性能都較好的原則，取，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 （3-16）轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 （3-17）于是，ASR的比例系數(shù)為 （3-18）4)校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：（1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：現(xiàn)在 滿足簡(jiǎn)化條件。（2） 小時(shí)間常數(shù)近似條件：現(xiàn)在，滿足近似條件。5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-3Ui*RdnCdnR5R4-+ConConUn*R0/2R0/2R0/2R0/2RnR3Cn圖3-3 帶給定濾波和反饋濾波的PI調(diào)節(jié)器取，各

19、電阻和電容值計(jì)算如下： 取120 (3-19) (3-20) (3-21)4 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的控制原理異步電動(dòng)機(jī)變電壓調(diào)速時(shí)，若采用普通電動(dòng)機(jī)則調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電動(dòng)機(jī)時(shí)，調(diào)速范圍雖然可以大一些，但機(jī)械特性變軟，負(fù)載變化的靜差率太大。開(kāi)環(huán)控制很難解決這個(gè)矛盾。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，調(diào)速范圍要求在D2時(shí)，一般采用帶轉(zhuǎn)速負(fù)返饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖4-1所示。ASRACR+UUg速度給定裝置Ui*Uk UctSCRSF 測(cè)速發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)H觸發(fā)器UfUf圖4-1 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理圖4.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)不同的觸發(fā)電路有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所發(fā)脈沖適用于不

20、同的整流電路。在本課題中，觸發(fā)電路采用一種新型高性能集成移相觸發(fā)器（MC787）設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路，它克服了分立元件缺點(diǎn)，抗干擾性優(yōu)良，具有輸入阻抗高、移相范圍寬、裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠、只需一片MC787就可以完成三相相移功能，使用效果較好，對(duì)于電力電子產(chǎn)品的小型化和方便設(shè)計(jì)具有重要意義。MC787電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2圖4-2 MC787電路結(jié)構(gòu)框圖該集成塊由同步過(guò)零和極性檢測(cè)電路、鋸齒波形成電路、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。電路采用單電源供電，同步電壓的零點(diǎn)設(shè)計(jì)在12電源電壓處。三相同步電壓信號(hào)經(jīng)T形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入過(guò)零檢測(cè)和極性判別電路，檢測(cè)出零點(diǎn)和

21、極性后，在鋸齒波形成電路的、三個(gè)電容上積分形成鋸齒波。鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流源，相對(duì)誤差很小，具有良好的線性和一致性。因此要求選取的積分電容的相對(duì)誤差也應(yīng)小。鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交點(diǎn)，移相電壓由腳4通過(guò)電位器調(diào)節(jié)或由外電路控制得到。移相電壓為正極性，當(dāng)移相電壓增加時(shí)，輸出控制角a增大。移相電壓的調(diào)整范圍可按積分電容的大小，在間選取?？垢蓴_電路具有鎖定功能，在交點(diǎn)后，鋸齒波和移相電壓的波動(dòng)不會(huì)影響電路的輸出，直到下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，以保證交點(diǎn)的惟一與穩(wěn)定，這對(duì)于防止因晶閘管換相所引起的干擾是非常必要的。MC787的最大絕對(duì)額定值和推薦工作條件見(jiàn)表4.1。表4.1 MC787的最大絕對(duì)額定值和推薦工作條件最大絕對(duì)額定值推薦工作條件電源電壓-0.518v電源電壓818v輸入電壓-0.5UDD同步電壓UDD工作溫度-4085OC控制輸入電壓0UDD最大功耗300mW同步信號(hào)頻率101000HZ存儲(chǔ)溫度-651