nnnnnnnn配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)工作原理

1、自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系：電氣工程系 班 級(jí)：1102304 設(shè) 計(jì) 者：莫?jiǎng)僭?學(xué) 號(hào)：110230419 同 組 人：關(guān)占奇 于海洋 趙茜夢(mèng) 指導(dǎo)教師：蔡春偉 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年11月 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)1102304學(xué) 生莫?jiǎng)僭笇?dǎo)教師蔡春偉題 目配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)子 題設(shè)計(jì)時(shí)間2014年 11月 3 日 至 2014年 11月 14日 共 1 周設(shè)計(jì)要求直流電動(dòng)機(jī)基本參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V，36A，1460r/min，Ce=0.127Vmin/r，允

2、許過(guò)載倍數(shù)=1.5。晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=33。電樞回路總電阻：R=0.3。時(shí)間常數(shù)：Tl=0.03s，Tm=0.18s。電流反饋系數(shù)：=0.185V/A（10V/1.5Inom）。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.007Vmin/r（10V/Nnom）。設(shè)計(jì)目的：1. 通過(guò)課程設(shè)計(jì)掌握配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法。2. 掌握有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的制動(dòng)和反向過(guò)程，了解配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，優(yōu)缺點(diǎn)和工作原理。3. 掌握設(shè)計(jì)的一般方法。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。2. 各環(huán)節(jié)的特點(diǎn)和參數(shù)選擇。3. 按設(shè)計(jì)思想，敘述設(shè)計(jì)過(guò)程。4. 分析反向制動(dòng)過(guò)程的各點(diǎn)極性

3、變化和兩組整流裝置的工作狀態(tài)。5. 詳細(xì)分析配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。6. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器（ASR，ACR）具有抗干擾濾波能力，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行無(wú)靜差。8. 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差。9. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i15%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。10.用A1號(hào)圖紙（8個(gè)A4）繪制所設(shè)計(jì)的原理圖；原理圖要求清楚、工整，含器件參數(shù)。主要參考文獻(xiàn)：電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)_朱仁初一、 配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)概述及工作原理41) 系統(tǒng)概述42) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)概述43) V-M調(diào)速系統(tǒng)工作原理分析：6二、 主回路的設(shè)計(jì)81) 主回路元器件參數(shù)計(jì)算及型號(hào)選擇82) 主電路保

4、護(hù)元件的參數(shù)計(jì)算及選型。113) 抑制環(huán)流電抗器參數(shù)的計(jì)算144) 晶閘管脈沖觸發(fā)電路設(shè)計(jì)：165) 電機(jī)勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)：186) 轉(zhuǎn)速檢測(cè)及反饋環(huán)節(jié)18三、 控制回路的設(shè)計(jì)191) 電流調(diào)節(jié)器ACR 的設(shè)計(jì)192) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)223) 控制器輸出限幅環(huán)節(jié)264) 反相器設(shè)計(jì)265) 電流反饋環(huán)節(jié)26四、 直流穩(wěn)壓供電電源的設(shè)計(jì)276) 工作原理27五、 操作及系統(tǒng)故障保護(hù)回路的設(shè)計(jì)28六、 參考文獻(xiàn)291、 配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)概述及工作原理1) 系統(tǒng)概述有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說(shuō)

5、，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕枰赡孢\(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。配合控制消除平均直流環(huán)流的原則是正組整流裝置處于整流狀態(tài)，即為正時(shí)，強(qiáng)迫使反組工作在逆變狀態(tài)，即為負(fù)，且幅值與相等，使逆變電壓把整流電壓頂住，則直流平均環(huán)流為零。圖1-1 V-M可逆調(diào)查速系統(tǒng)2) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)概述1. 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題 圖1-2 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖()1) 用

6、一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，2) 環(huán)內(nèi)的任何擾動(dòng)，只有等到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)降落大。3) 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)限制起動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。圖1-3 時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程2. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)查系統(tǒng)，如門(mén)刨床、可逆軋鋼機(jī)等級(jí)，縮短起，制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在起動(dòng)（或制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中，始終保持電流為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來(lái)，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這類理想的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程如下圖。

7、為了在啟動(dòng)或者制動(dòng)過(guò)程中保持電流最大值，需要再加入一個(gè)電流調(diào)節(jié)器。圖1-4 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖1-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖1-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1) 具有良好的靜特性(接近理想的“挖土機(jī)特性”)。2) 具有較好的動(dòng)態(tài)特性，起動(dòng)時(shí)間短(動(dòng)態(tài)響應(yīng)快)，超調(diào)量也較小。3) 系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，電流環(huán)能較好地克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，而速度環(huán)能抑制被它包圍的各個(gè)環(huán)節(jié)擾動(dòng)的影響，并最后消除轉(zhuǎn)速偏差。4) 由兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速。這樣，可以分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別調(diào)整(先調(diào)好電流環(huán)，再調(diào)速度環(huán))，調(diào)整方便。3) V-M調(diào)速系統(tǒng)工作原理分

8、析：圖1-7 V-M調(diào)速系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)的起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程與不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，在突加給定信號(hào)為正時(shí)，正組橋工作于整流狀態(tài)，反組橋工作于逆變狀態(tài)，由正組橋向電動(dòng)機(jī)提供正向電流，電動(dòng)機(jī)經(jīng)歷電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段后，進(jìn)入正轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行階段，反組橋僅有少量脈動(dòng)環(huán)流通過(guò)。在突加給定信號(hào)為負(fù)時(shí)，正組橋工作于逆變狀態(tài)，反組橋工作于整流狀態(tài)，由反組橋向電動(dòng)機(jī)提供反向電流，電動(dòng)機(jī)同樣經(jīng)歷電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段后，進(jìn)入反轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行階段，而正組橋僅有少量脈動(dòng)環(huán)流?？赡嫦到y(tǒng)的特點(diǎn)在于反轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)需要改變轉(zhuǎn)矩的方向，由改變轉(zhuǎn)矩方向即需要改變電樞電流的方向，由于電樞回路存在著電感

9、，電樞電流的流向改變則要經(jīng)歷電流的下降和反向電流上升和建立的過(guò)程。由于電感是儲(chǔ)能元件，電感儲(chǔ)能與電流有關(guān)，因此電流下降就意味著電感儲(chǔ)能的釋放，電流上升就意味著電感的儲(chǔ)能增加的過(guò)程。因此，電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程可以分為本橋逆變、它組反接制動(dòng)和它組回饋制動(dòng)三個(gè)主要階段，現(xiàn)以正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過(guò)程給予說(shuō)明。(1) 本組逆變階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速給定由正變負(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出即電流調(diào)節(jié)器的輸入改變極性，從而電流調(diào)節(jié)器的輸出改變符號(hào)，使正組橋從整流改變?yōu)槟孀儬顟B(tài)，反組橋從逆變改變?yōu)榇鳡顟B(tài)，正轉(zhuǎn)回路的電感能量釋放，由電感反電動(dòng)勢(shì)維持電樞正轉(zhuǎn)回路電流的流通，電動(dòng)機(jī)的正向迅速電流下降，電感儲(chǔ)能經(jīng)正組橋(逆變狀態(tài))流向交流

10、電源，而反組整流器由于不能通過(guò)反向電流，除少量脈動(dòng)環(huán)流外，沒(méi)有負(fù)載電流通過(guò)，處于待整流狀態(tài)。因時(shí)間很短，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。(2) 它組反接制動(dòng)階段。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的正向電流下降到零后，電感反電動(dòng)勢(shì)作用消失，處于整流狀態(tài)的反組整流器開(kāi)始輸出電流，電樞電流開(kāi)始反向，由于整流器輸出電壓與電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的方向相間，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，電流上升很快。在這階段中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，正組整流器同樣由于不能通過(guò)反向電流，除少量脈動(dòng)環(huán)流外，沒(méi)有負(fù)載電流通過(guò)，處于待逆變狀態(tài)。(3) 它組回饋制動(dòng)階段。在反接制動(dòng)階段中由于電流上升很快，當(dāng)電流反饋大于電流給定值時(shí)，電流調(diào)節(jié)器的輸出Uc 又改變極性，使正組整流器處

11、于待整流狀態(tài)，反組整流器處于逆變狀態(tài)，這時(shí)由于電樞反電動(dòng)勢(shì)與整流器輸出電壓反向相反，且電樞反電動(dòng)勢(shì)大于整流器輸出電壓，這時(shí)回路的電流由電樞電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，且經(jīng)反組整流器(逆變狀態(tài))流向交流電源，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電回饋制動(dòng)階段。這階段的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷下降，電動(dòng)機(jī)的慣性儲(chǔ)能經(jīng)反組整流器回輸電網(wǎng)。隨著轉(zhuǎn)速的下降，電樞電動(dòng)勢(shì)也不斷下降，但由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有反向超調(diào)時(shí)，始終保持著最大限幅狀態(tài)，這時(shí)電流調(diào)節(jié)器發(fā)揮作用，維持電動(dòng)機(jī)以最大電流回饋制動(dòng)，即電流調(diào)節(jié)器的輸出隨轉(zhuǎn)速的下降而減小，力圖保持最大的制動(dòng)電流，取得最快的制動(dòng)效果。如果緊接著反轉(zhuǎn)，的過(guò)程就會(huì)延續(xù)下去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)為止。正

12、轉(zhuǎn)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)完全銜接起來(lái)，沒(méi)有間斷或死區(qū)?？刂频挠协h(huán)流可逆調(diào)速方式，在實(shí)際應(yīng)用中由于難以準(zhǔn)確保持的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)時(shí)，就有可能產(chǎn)生直流環(huán)流，使整流器過(guò)載或損壞，故實(shí)際上并不采用，但研究控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，對(duì)理解直流電動(dòng)機(jī)的可逆過(guò)程有很大幫助。2、 主回路的設(shè)計(jì)1) 主回路元器件參數(shù)計(jì)算及型號(hào)選擇1. 整流變壓器的參數(shù)計(jì)算一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，需要通過(guò)變壓器與電網(wǎng)我連接。另外，合適的輸入電壓可以使得晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行；變壓器的隔離作用還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分，減小對(duì)電網(wǎng)的污染。主電路選用的變壓器一次側(cè)繞組采用聯(lián)接，二次側(cè)采用

13、Y聯(lián)接。電網(wǎng)一次側(cè)線電壓為380V。整流變壓器二次相電壓的選擇： 注意U2過(guò)高會(huì)使得設(shè)備運(yùn)行中為保證輸出直流電壓符合要求而導(dǎo)致控制角過(guò)大，使得功率因數(shù)小，如果U2選擇過(guò)小又會(huì)導(dǎo)致在觸發(fā)角的情況下仍然得不到要求的直流電壓?？梢愿鶕?jù)以下公式來(lái)計(jì)算整流變壓器二次相電壓的，為電動(dòng)機(jī)額定電壓。在實(shí)際運(yùn)行中整流器輸出的平均電壓還受其它因素的影響，諸如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，晶閘管的正向?qū)▔航狄约盎芈冯s散電阻的影響等。所以系數(shù)代入數(shù)據(jù)得：，取因此變壓器的變比近似為整流變壓器一、二次側(cè)相電流的計(jì)算。二次側(cè)相電流為二次側(cè)相電流的計(jì)算系數(shù),在三相橋式整流中。為整流器額定直流電流。代入?yún)?shù)數(shù)得：則一次側(cè)電流為：,式中為變

14、壓器變比代入數(shù)據(jù)計(jì)算得變壓器一次容量二次側(cè)容量為,，為相數(shù)，變量器容量代入?yún)?shù)計(jì)算得考慮一定的裕量，選取容量為30KVA的變壓器。2. 晶閘管的參數(shù)計(jì)算及選型 選擇晶閘管主要是選擇它的額定峰值電壓(重復(fù)峰值電壓)、額定電流(通態(tài)平均電流)、門(mén)極觸發(fā)電壓和門(mén)極觸發(fā)電流即可，尤其是額定峰值電壓與額定電流這兩個(gè)指標(biāo)。在本設(shè)計(jì)我們采用的是三相橋式全控整流電路，在阻感負(fù)載中晶閘管承受的最大電壓考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，需乘上一個(gè)23的安全系數(shù)，這樣可以得到:晶閘管額定電流的計(jì)算：晶閘管在使用是應(yīng)按實(shí)際電流有效值與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管額定電流，即：，為裕量系數(shù)實(shí)際使用時(shí)還就

15、留一定的裕量，一般取。流過(guò)晶閘管的電流的有效值為：為直流側(cè)最大電流，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：在普通電機(jī)調(diào)速中用普通晶閘管即可，查ZP系列整流管參數(shù)表：正向平均電流正向峰值電壓反向得復(fù)峰值電壓VRRM（V）反向重復(fù)峰電流工作結(jié)溫推薦用安裝力型號(hào)IF（AV）（A）VFM（V）IRM（mA)散熱器ZP5A51.65020002TJ-40+150SZ13ZP螺旋式ZP10A101.65020005SZ14ZP20A201.85020005SZ15ZP30A302.05024007SZ16ZP50A502.05024008SZ16ZP100A1002.050300010SL17ZP200A2002.050300

16、012SL188ZP300A3002.050300015SL1911ZP500A5002.050300020SF15 SS1215陶瓷型螺旋式ZP800A8002.050300025SF15 SS1319ZP1000A10002.050300025SF16 SS 1324ZP1500A15002.050300030SS1430ZP2000A20002.050300030SS1436ZP3000A30002.050300035SS1440圖2-1 ZP系列整流管參數(shù)表選取ZP50型號(hào)的晶閘管即可滿足要求，其額定電流。3. 平波電抗器參數(shù)的計(jì)算 在V-M系數(shù)中，脈動(dòng)電流會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，同時(shí)也會(huì)

17、產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利。此外，電流波形的斷續(xù)給予平均值描述的系統(tǒng)帶來(lái)一種非線性的因素，也引起機(jī)械特性的非線性，影響系統(tǒng)的運(yùn)行性能。為了減輕電流脈動(dòng)的影響，這里采用設(shè)置平波電抗器的方式來(lái)抑制電流脈動(dòng)。對(duì)于三相橋式整流電路，總電感量的計(jì)算公式為：一般情況下為電動(dòng)機(jī)額定電流的。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得其中電動(dòng)機(jī)電樞的電感量為：因此無(wú)需電抗器即可滿足要求。2) 主電路保護(hù)元件的參數(shù)計(jì)算及選型。1. 變壓器二次側(cè)過(guò)電壓保護(hù)整流設(shè)備晶閘管能夠承受的最大峰值電壓是重要參數(shù)之一，該參數(shù)表征晶閘管承受過(guò)電壓的能力。過(guò)電壓主要是指電氣系統(tǒng)內(nèi)部合閘、分閘和電力電子器件的關(guān)斷等原因造成的操作過(guò)電壓。例如，降壓變壓器初次合

18、閘時(shí)，初級(jí)施加的高壓會(huì)通過(guò)初、次級(jí)繞組間的分布電容耦合到次級(jí)，使之出現(xiàn)感應(yīng)過(guò)電壓；交、直流側(cè)的分閘操作切斷電感回路電流時(shí)，會(huì)因電感釋放磁場(chǎng)儲(chǔ)能而形成數(shù)倍額定電壓的過(guò)電壓；在晶閘管管斷過(guò)程中，因反向電流迅速減小。回路電感中會(huì)產(chǎn)生很高的換相過(guò)電壓。除了操作過(guò)電壓外，還有由于雷擊等外部因素侵入電網(wǎng)的偶然性的浪涌過(guò)電壓，過(guò)電壓倍數(shù)會(huì)很高。 采取過(guò)電壓保護(hù)措施后，會(huì)使經(jīng)常發(fā)生的操作過(guò)電壓限制在器件額定電壓以下，偶然性的浪涌電壓限制在其間的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓數(shù)值以下。 過(guò)電壓保護(hù)措施有基于吸收原理的阻容保護(hù)和基于泄放原理的非線性元件保護(hù)兩種，其目的都是為將過(guò)電壓限制在允許范圍之內(nèi)

19、。阻容保護(hù)圖2-1 過(guò)電壓阻容吸收保護(hù)電路原理圖在本設(shè)計(jì)中采用阻容吸收保護(hù)的方式來(lái)抑制過(guò)電壓，阻容吸收裝置中的計(jì)算公式為：的阻值（）計(jì)算公式為：的功率（）計(jì)算公式為：以上各式中，為變壓器次級(jí)空載線電壓，為變壓器次級(jí)線電流，為電源頻率，、為計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)下表，為變壓器勵(lì)磁電流對(duì)額定電流的標(biāo)么值，一般取。電路形式單相橋式三相橋式三相半波三相雙反星形表2-2變壓器的容量30KVA，將數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得：,取E24系列標(biāo)準(zhǔn)電容值。電容的耐壓值：計(jì)算電阻阻值：計(jì)算電阻功率：因此電阻可以取標(biāo)準(zhǔn)值的水泥電阻。金屬氧化物壓敏電阻的過(guò)電壓保護(hù)壓敏電阻是由氧化鋅，氧化鉍等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，它具有正反相同很陡

20、的伏安特性，正常工作時(shí)漏電流小、損耗小，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)，除此之外，它對(duì)沖擊電壓反映快，體積又比較小，應(yīng)用廣泛。壓敏電阻的選擇可按下式式中為壓敏電阻的額定電壓；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1.051.10。取得：，查壓敏電阻型號(hào)表得知MYG-32D471K型號(hào)的壓敏電阻即可滿足要求。以下是其技術(shù)參數(shù)：型號(hào) 最大連續(xù)工作電壓壓敏電壓最大限制電壓 通流容量（8/20u s）最大能量（J）額定功率電容量AC(V) DC(V) V0.1mA Vp(V) lp(A) 1次(A) 2次(A) 10/1000us 2ms (W) 1KH Z (pF) MYG-32D471K 300 38

21、5 470(423-517) 775 200 25000 20000 380   2800 表2-3 MYG-32D471K技術(shù)參數(shù)表2. 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)圖2-2 直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成加大（上升率大會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通）。因此，一般只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)可以按照下式來(lái)計(jì)算所需要的壓敏電壓：a=表示電源電壓波動(dòng)系數(shù)一般取1.2V=表示電路直流工作電壓（交流時(shí)為有效值）B=壓敏電阻的公差，一般取0.85C=表示元件的老化系數(shù)一般取0.9代入數(shù)據(jù)計(jì)算得:查壓敏電阻的規(guī)格表，選擇型號(hào)為DC 385V的MYG-

22、32D471K的壓敏電阻。3. 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)：圖2-3 晶閘管阻容吸收保護(hù)電路原理圖為了抑制晶閘管的換相過(guò)電壓，并限制電路電壓上升率（過(guò)大會(huì)導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通），確保晶閘管安全工作，需要在晶閘管兩端并聯(lián)RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)。上圖中阻容保護(hù)的元件參數(shù)可以根據(jù)下表列出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選定。電容耐壓值，通常按加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.11.5倍計(jì)算： 電阻功率RP（W）為式中f電源頻率（Hz），C電容值（F），晶閘管工作電壓峰值（V）。晶閘管額定電流（）1020501002005001000電容/0.10.150.20.250.512電阻/1008040201052表2-4  

23、阻容保護(hù)的元件參數(shù) 晶閘管額定電流/A在本設(shè)計(jì)中所選擇的晶閘管的型號(hào)ZP50的額定電流，對(duì)應(yīng)上表選擇電容，耐壓值，相應(yīng)耐壓值為400V。選擇電阻，電阻功率為4. 晶閘管的過(guò)電流保護(hù)：當(dāng)變流裝置內(nèi)部元件損壞、控制或觸發(fā)系統(tǒng)發(fā)生故障、可逆?zhèn)鲃?dòng)環(huán)流過(guò)大或逆變失敗、交流電壓過(guò)高、過(guò)低或缺相、負(fù)載過(guò)載等，均會(huì)引起裝置中電力電子器件的電流超過(guò)正常工作電流。由于晶閘管的過(guò)流能力比一般電氣設(shè)備低得多，因此，必須對(duì)晶閘管采取過(guò)電流保護(hù)措施。在這里我們采用串聯(lián)快速熔斷器的方式來(lái)對(duì)晶閘管進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。一般說(shuō)來(lái)快速熔斷器額定電流值（有效值）應(yīng)小于被保護(hù)晶閘管的額定方均根通態(tài)電流（即有效值）即，同時(shí)要大于流

24、過(guò)晶閘管的實(shí)際通態(tài)方均根電流（即有效值）。即：通過(guò)查表得熔斷器可以選用370RSM30Z78-80A型號(hào)的快速熔斷器。3) 抑制環(huán)流電抗器參數(shù)的計(jì)算圖2-4 環(huán)流電抗器電路原理圖在采用配合控制之后，使得，消除了直流平均環(huán)流，但這只是就電壓的平均值班而言的，由于整流與逆變瞬時(shí)電壓值上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電壓的情況，從而仍能產(chǎn)生瞬時(shí)的環(huán)流，這類因?yàn)樗矔r(shí)電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流被稱為瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，做環(huán)流電抗器。上圖中電抗器的電感量可以按照把瞬時(shí)環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的來(lái)設(shè)計(jì)。1. 抑制環(huán)流電抗器參數(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)環(huán)流電抗器須考慮產(chǎn)生環(huán)流的最嚴(yán)重情況，反

25、并聯(lián)線路在時(shí)最為嚴(yán)重，此時(shí) 。圖2-5 MATLAB模擬的環(huán)流電壓波形在Simulink進(jìn)行環(huán)流仿真：圖2-6 Simlink框圖由等式得出上面的仿真原理圖圖2-7 當(dāng)電感時(shí)的仿真結(jié)果（平均電流)因此抑制環(huán)流電抗器的電感量取即可滿足要求4) 晶閘管脈沖觸發(fā)電路設(shè)計(jì)：在配合控制的有環(huán)流可逆V-M調(diào)速系統(tǒng)中，要求正組的移相脈沖觸發(fā)延遲角和反組的觸發(fā)延遲角滿足以下關(guān)系式：，避免正組和反組同時(shí)工作在整流狀態(tài)或者狀態(tài)，從而達(dá)到消除直流平均環(huán)流的目的。另外，觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路還應(yīng)滿足以下一些要求。1） 觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有一定的功率及寬度，以確保晶閘管在各種條件下均能可靠地觸發(fā)并導(dǎo)通2） 為使晶閘管在每個(gè)周期都在相

26、同的控制角下觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，也就是說(shuō)觸發(fā)信號(hào)應(yīng)與電源保持固定的相位關(guān)系。3） 為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角太小而導(dǎo)致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中進(jìn)行限幅，形成最小逆變角保護(hù)，同時(shí)對(duì)角也應(yīng)實(shí)施保護(hù)，以免出現(xiàn)而產(chǎn)生直流平均環(huán)流，通常取。我們采用的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路原理圖如下：圖2-8 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路原理圖其中集成晶閘管三相移相觸發(fā)集成芯片TC787，TC787是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和變流裝置，是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行的TCA785及KJ

27、(或KC)系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5只KJ(3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042)(或KC)系列器件組合才能具有的三相移相功能。因此，TC787可廣泛應(yīng)用于三相半控、三相全控、三相過(guò)零等電力電子、機(jī)電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，從而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同類電路，為提高整機(jī)壽命、縮小體積、降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑。同步電壓輸入脈沖放大電路隔離

28、輸出電路原理圖圖 2-9如上圖所示，TC787的同步電壓輸入經(jīng)RC濾波電路再輸入TC787的同步脈沖端，可以起到抑制高頻躁聲的作用TC787輸出的脈沖信號(hào)通過(guò)一個(gè)達(dá)林頓管得到放大，驅(qū)動(dòng)能力得到提升。觸發(fā)電路通常采用單獨(dú)的低電壓電源供電，因此應(yīng)采用某種方法將其與主回路電源隔離。常用的是在觸發(fā)電路與主回路之間連接脈沖變壓器或者磁耦隔離電路。與光耦比較采用，些種方式可以避免光耦上速度限制、功耗以及LED老化問(wèn)題。耦合變壓器輸出側(cè)接兩個(gè)反串聯(lián)的二極管以保證輸出電壓的方向和晶閘管觸發(fā)電壓方向一致，保證晶閘管可靠導(dǎo)通。5) 電機(jī)勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)：圖2-10 直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路通過(guò)調(diào)節(jié)電壓輸入的變壓器的變比或者

29、調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，可以給直流電機(jī)動(dòng)提供所需的額定直流勵(lì)磁電流。欠電流繼電器KA2起失磁保護(hù)作用，當(dāng)勵(lì)磁回路斷開(kāi)或者勵(lì)磁電流過(guò)低時(shí)，KA2能及時(shí)動(dòng)任從而防止直流電動(dòng)機(jī)發(fā)生飛車。6) 轉(zhuǎn)速檢測(cè)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)速發(fā)電機(jī)接線原理圖轉(zhuǎn)速反饋電壓反相放大器圖2-11 轉(zhuǎn)速反饋實(shí)現(xiàn)電路圖本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)采用測(cè)速發(fā)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中測(cè)速發(fā)電機(jī)采用CYH型直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，55CYH型直流永磁測(cè)速發(fā)電機(jī)為環(huán)型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可與各種規(guī)格直流伺服電動(dòng)機(jī)同軸安裝作為速度檢測(cè)元件，為系統(tǒng)提供相應(yīng)的反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，使直流伺服電動(dòng)機(jī)具有很寬的無(wú)級(jí)調(diào)速比。而且其磁場(chǎng)可以開(kāi)路，定、轉(zhuǎn)子可以隨便脫開(kāi)，便于安裝和維

30、修。如圖，可以通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電位器以獲得設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，反向放大電路用于形成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，以便和運(yùn)放構(gòu)成負(fù)反饋運(yùn)算電路。本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，選用55CYH02型號(hào)的測(cè)速發(fā)電機(jī)即可滿足要求。下型號(hào)輸出斜率線性誤差(%)最大工作轉(zhuǎn)速紋波系數(shù)(%)輸出電壓不對(duì)稱度(%)最小負(fù)載電阻()-1級(jí)0級(jí)55CYH02<=0.5<=0.12000<=1<=110表2-5 55CYH02測(cè)速發(fā)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)3、 控制回路的設(shè)計(jì)圖3-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1) 電流調(diào)節(jié)器ACR 的設(shè)計(jì)圖3-2 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化忽略反電動(dòng)勢(shì)的影響（b）等效成單位負(fù)

31、反饋系統(tǒng)（c）小慣性環(huán)節(jié)近似處理1） 確定時(shí)間常數(shù)1. 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)通過(guò)查下表3-1得整流電路形式最大失控時(shí)間平均失控時(shí)間單相半波2010單相橋式105三相半波6.673.33三相橋式3.331.67表3-12. 電流濾波時(shí)間。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms,為了基本濾平波頭。應(yīng)有，因此取3. 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和根據(jù)設(shè)計(jì)要求并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型型系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。27.8%16.6%9.3%6.5%2.83.43.84.014.721.728.730.4表3-2檢查對(duì)電源電壓的抗干擾性能：，查看下表對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗干擾性能指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。2） 計(jì)算電

32、流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度（º）76.369.965.559.251.8截止頻率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T表3-3 典型型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，根據(jù)上表可得:取時(shí)響應(yīng)比較快速并可以滿足超調(diào)量要求，因此：3） 檢驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止條件：1） 檢驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函

33、數(shù)的近似條件，滿足近似條件。2） 校驗(yàn)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，滿足近似條件。3） 校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件,滿足近似條件。4） 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖3-3 電流調(diào)節(jié)器電路原理圖電流調(diào)節(jié)器原理圖如上：按所用放大器OP07取，取，取，取2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)圖3-4 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化（a）用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)（b）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性環(huán)節(jié)的近似處理（c）校正后成為典型型系統(tǒng)1） 確定時(shí)間常數(shù)1. 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)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） 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。按照設(shè)計(jì)要求

34、，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為3） 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)34567891021.671.51.41.331.291.251.221.51.61.671.711.751.781.801.822.02.53.03.54.04.55.05.5表3-5 不同值時(shí)的值及最佳頻比按跟隨和抗干擾性能都比較好的原則，取，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器開(kāi)環(huán)增益為:ASR的比例系數(shù)為4) 檢驗(yàn)近似條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為1. 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件，滿足簡(jiǎn)化條件2. 轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿足簡(jiǎn)化條件5） 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容。圖3-5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如上圖，取，取，取，取6） 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量。345

35、67891052.643.637.633.229.827.225.023.32.402.652.853.03.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111表3-6 典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表當(dāng)時(shí)，由查上表得超調(diào)量不能滿足要求。按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。其中為調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械的額定穩(wěn)態(tài)速降，由上面調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)過(guò)過(guò)程已知：當(dāng)時(shí),查典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗干擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表可得允許過(guò)載倍數(shù)，轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：，電樞回路總電阻，機(jī)械時(shí)間常數(shù)電機(jī)勵(lì)磁常數(shù)設(shè)理想空載超動(dòng)是，代入計(jì)算得能滿足設(shè)計(jì)要求。3) 控制器輸出限幅環(huán)節(jié)圖3-6 輸出限幅環(huán)節(jié)電路原理圖本設(shè)計(jì)通過(guò)兩個(gè)反串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)放輸出電壓進(jìn)行限幅。穩(wěn)壓二極管可以選擇穩(wěn)壓值為10V的。4) 反相器設(shè)計(jì)圖3-7 移相電壓反向器配合控制中正組與反組的脈沖觸發(fā)角成互補(bǔ)關(guān)系，即 ,而TC787的移相脈沖觸發(fā)角是由輸入的移相電壓來(lái)決定的。因此可以把控制器的