轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院信息工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 名稱運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績(jī)學(xué)生專(zhuān)業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化1112學(xué)生姓名、學(xué)指導(dǎo)教師姓名蔡金萍課程設(shè)計(jì)起止日期201499-2014.9.17課程設(shè)計(jì)基本要求課程設(shè)計(jì)是工科學(xué)生十分重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜 合運(yùn)用先修課程的理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能，解決工程領(lǐng)域某一方面實(shí)際問(wèn)題的能力。 課程設(shè)計(jì)報(bào)告是科學(xué)論文寫(xiě)作的基礎(chǔ)，不僅可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、 綜合分析能力和文字表達(dá)能力，也是規(guī)范課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求、反映課程設(shè)計(jì)教學(xué) 水平的重要依據(jù)。為了加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)管理，提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，特?cái)M定 如下基本要求。1. 課程設(shè)計(jì)教學(xué)一般可

2、分為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證、項(xiàng)目設(shè)計(jì) 結(jié)果分析、答辯等4個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)有一定的考核要求和考核成績(jī)。2. 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題要符合本課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱的要求，該項(xiàng)目應(yīng)能突出 學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項(xiàng)目有一定的實(shí)用性，且學(xué)生通 過(guò)努力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是可以完成的。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱、目的及技術(shù)要求記錄 于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)一、二項(xiàng)中，課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題考核成績(jī)占 10%左右。3. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要包括可行性設(shè)計(jì)方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實(shí)施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證內(nèi)容記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)第三項(xiàng)中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要考

3、核設(shè)計(jì)方案的 正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績(jī)占 30%左右。4. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析主要包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作結(jié)果的工藝水平，項(xiàng)目測(cè)試性能指標(biāo)的正確性和完整性，項(xiàng)目測(cè)試中出現(xiàn)故障或錯(cuò)誤原因的分析和處理方法。 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)第四項(xiàng)中，考核成績(jī)占25%左右。5. 學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真閱讀與本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目相關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)自 己的閱讀興趣和習(xí)慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻(xiàn)閱讀 摘要記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)第五項(xiàng)中，考核成績(jī)占 10%左右。6. 答辯是課程設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師向答辯學(xué)生提出 23個(gè)問(wèn)題，通過(guò)答辯可進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)中理論知

4、識(shí)和實(shí)際技能掌握 的程度，以及對(duì)問(wèn)題的理解、分析和判斷能力。答辯考核成績(jī)占 25%左右。7. 學(xué)生應(yīng)在課程設(shè)計(jì)周內(nèi)認(rèn)真參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)交給課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師應(yīng)認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)全 過(guò)程，認(rèn)真評(píng)閱學(xué)生的每一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告，給出課程設(shè)計(jì)綜合評(píng)閱意見(jiàn)和每一 個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)分成績(jī)（百分制），最后將百分制評(píng)分成績(jī)轉(zhuǎn)換為五級(jí)分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評(píng)成績(jī)。8. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)是實(shí)踐教學(xué)水平評(píng)估的重要資料，應(yīng)按課程、班級(jí)集成存 檔交實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理。、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及技術(shù)要求設(shè)計(jì)目的:設(shè)計(jì)雙

5、閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)，掌握系統(tǒng)工作原理，學(xué)習(xí)調(diào)速系統(tǒng)的主回路和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法。技術(shù)要求及初始條件:1.直流電機(jī)參數(shù)：電機(jī)型號(hào)：Z4-180-11 ，額定功率：160KW，額定電壓440V， 額定電流339A， 額定轉(zhuǎn)速1500 r/min,電樞內(nèi)阻Ra= 0.08 Q,飛輪慣量GD2=86.24 N. m2，電機(jī)過(guò)載倍數(shù)入=1.5，Ks= 40， Ti= 0.03 s， Tm = 0.18s，a=0.07 v.mi n/r, 3=0.05 v/A2.測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù)：23W，110V，0.21A，1900 r/mi n ，永磁式。3.設(shè)計(jì)指標(biāo)：靜態(tài)：D=10，SW %，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)差

6、；動(dòng)態(tài)：電流超調(diào)量小于5 %，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10 %。具有過(guò)電流過(guò)電壓保護(hù)功能。設(shè)計(jì)任務(wù):1.主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)：i :選擇主回路的電路形式；ii :整流變壓器的計(jì)算；iii : SCR的選擇；iv: SCR的保護(hù)。2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR及電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)。3.觸發(fā)電路設(shè)計(jì)或選擇：要求產(chǎn)生雙窄脈沖。4.提供系統(tǒng)總電路圖。設(shè)計(jì)要求:1 .對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作 原理。2. 畫(huà)出單元電路圖，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程，說(shuō)明工作原理。3. 對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。3.畫(huà)出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。4. 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格

7、式打印，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。第1章主電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1主電路設(shè)計(jì)原理對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)效 率的重要因素。為此，在起、制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中，希望始終保持電流為允許的最大 值，使調(diào)速系統(tǒng)以以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖 長(zhǎng)。對(duì)于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率 的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，希望充分地利用電機(jī)的過(guò) 載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng) 盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流

8、立即降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行這樣的理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖1-1b所示，帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-1a所示。起動(dòng)電流呈方形波，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過(guò)程。0t圖1-1調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形(a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程(b)理想快速啟動(dòng)過(guò)程但是，實(shí)際上由于主電路電感作用，電流不可能突變，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下 的最快起動(dòng)，可以在電路中同時(shí)使用轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，在系統(tǒng)同中設(shè)置兩 個(gè)調(diào)節(jié)器，分別接入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，為了獲得良

9、好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。原理圖如圖1-2所示。+圖1-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖第2章控制電路設(shè)計(jì)2.1轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指 標(biāo)。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必 要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計(jì)思路。在以下四項(xiàng)中，前兩項(xiàng)屬于穩(wěn)態(tài)性能 指標(biāo)，后兩項(xiàng)屬于動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。(1) 調(diào)速范圍D :生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即Dnmaxnmin(2) 靜差率S：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的

10、轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即s竝 100%no靜差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。(3) 跟隨性能指標(biāo)：在給定信號(hào)R(t)的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。具體的跟隨性能指標(biāo)有下列各項(xiàng)：上升時(shí)間tr，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間ts。(4) 抗擾性能指標(biāo)：此項(xiàng)指標(biāo)表明控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力，它由以下兩項(xiàng)組成：動(dòng)態(tài)降落 Cmax%，恢復(fù)時(shí)間tv。已知本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)，已知如下基本數(shù)據(jù):直流電動(dòng)機(jī):電機(jī)型號(hào)額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速過(guò)載倍數(shù)(/)Z4-180-11160KW440V339A1500r/mi n1.5晶閘管放大系數(shù)

11、：Ks 40轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:GD2 86.24N ?m2時(shí)間常數(shù):Ti0.0313s, Tm 0.18s電流反饋:Uim*I dm0.05V/A轉(zhuǎn)速反饋:Unm0.07v?mi n/ rnmax電樞回路內(nèi)電阻：& 0.08設(shè)計(jì)要求:1.靜態(tài)指標(biāo):轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，D=10，S<=5% ；2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)小于 5%，轉(zhuǎn)速超調(diào)小于5%。2.2主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖2.2.1主電路整流電路選用三相橋式全控整流電路，它的輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī) 的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，是目前應(yīng)用最為廣泛的整流電 路。三相半波整流電路晶閘管使用數(shù)量為三相橋式可

12、控整流電路的一半，但是性 能不如三相橋式全控整流電路要好，故這里我們選擇三相橋式整流電路。三相橋式全控整流電路實(shí)際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽(yáng)極組串聯(lián)電路，如圖所示。共陰極組的三個(gè)晶閘管分別為 VT1、VT3、VT5，共陽(yáng)極組的三個(gè)晶閘管分別為VT4,、VT6、VT2。從分析可知，按此編號(hào)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。為了構(gòu)成一個(gè)完整的電流回路，要求有兩個(gè)晶閘 管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè)在共陽(yáng)極組，另外一個(gè)在共陰極組，且不能為同一相的晶 閘管。222閉環(huán)系統(tǒng)組成開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓 Uc就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)

13、的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú) 級(jí)調(diào)速，但是，對(duì)靜差率有較高要求時(shí)，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時(shí) 就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng) 用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩 種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者 之間實(shí)行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。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

14、控制電力電子變換器 UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面,稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，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)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。如圖為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。223變壓器的計(jì)算與選擇為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓 U2只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓 U2。影響U2值的因素有:(1)U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值Ud。Ut表示。(2)晶閘管并非是理想的可控開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用(3 )變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換

15、相壓降。(4)平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)就要產(chǎn)生一定的電壓降。(5) 電樞電阻的壓降。(6) 電網(wǎng)的波動(dòng)。(7) 整流主電路形式。所以，綜上所述，可得 U2表達(dá)式:其中得一表格:變流變壓器的計(jì)算系數(shù)整流電路單相雙半波單相半控橋單相全控橋三相半波三相半控橋三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形A Ud0/U20.90.90.91.172.342.341.17B Ud /UdoCOS1 COS2COSCOS1 COS2COSCOSC0.7070.7070.7070.8660.50.50.5K|2 l2/ldO.7O7110.5780.8160.8160.289由表格可得，A=2.34

16、 ,a=30。時(shí),B=73/2，查曲線（變壓器短路電壓百分值與表觀功率的關(guān)系）可取 Uk%=5，為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，通常取 0.91.1.這里取0.9，C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，這里取 0.5 0 ra 陞，為電動(dòng)U N機(jī)電樞電路總電阻Ra的標(biāo)么值,nUT表示主電路中電流經(jīng)過(guò)幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管 壓降，取n=2，晶閘管本身壓降很小，在1V左右，取Ut=1V?？傻?|NRra U NU2=262.34 ( V)，這里取 U2=27O ( V)。l2=Ki2ld=0.816 X22O=179.52(A)。Ii=I 2U2/U 1=110.16(A)。S= (S1+S2)/2=ml 1U1=3

17、X110.16 X440=145411.2VA=145.411(KVA)。2.2.4晶閘管參數(shù)的計(jì)算查表格可得，Udn AHOV時(shí)，Udrm （額定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓）與 Up RM （額定反向重復(fù)峰值電壓）1600V 。2.2.5晶閘管額定電壓晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓Um，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，即按下式選取Utn= （23 ） Um，查表可得三相半控橋的電壓計(jì)算系數(shù)Kut=2.45 ,即約為 代 電流計(jì)算系數(shù)為Kit=0.367。故晶閘管額定電壓為Utn= (23 ) 6 U2= (23 ) 恵 X270=1323 198

18、4.5(V)。取 Uvt=1700(V)。226晶閘管的額定電流It(av)晶閘管額定電流指的是在指定管殼溫度和散熱條件下所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值，一般取計(jì)算結(jié)果的1.52倍，這里取:It (av) =(1.52)K itImax =(1.52) XO.367 X22O X1.5=181.67242.22(A)，這里取Itn=220(A)。2.2.7平波電抗器的計(jì)算與選擇(1)總電感的計(jì)算三相橋式整流的總電感 L=O.693 XU2/I Dmin，其中iDmin =(5%1O%)I D，故L= 0.693 U 2O-693 270 8.5117.01( mH)，要求變流器在最小輸出

19、電流I dmin (O.O5O.1O) 22OIdmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L，則要令I(lǐng)dmin =5%I d，故可得L=17.01(mH)。La=2PnN1N(2 )電樞電感的計(jì)算103,其中P為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，Kd為計(jì)算系數(shù)，一般電機(jī)Kd取812，對(duì)于本設(shè)計(jì)取 p=2，Kd=10La=1O 4401O32.78mH)2 2 18OO 22O(3 )折算到整流變壓器二次側(cè)的每項(xiàng)漏感的計(jì)算Lb KBUK%?U(mH)1OO Id其中U2為變壓器次級(jí)相電壓有效值，Id為晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流，Kb為整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)。這里 Kb=3.9，Uk%=5Lb 3.9 270

20、O.。50.24mH22O計(jì)算系數(shù)單相全控橋三相半波三相全控橋fd/Hz1OO150300Su1.20.880.46K12.851.460.693Kb3.186.753.9(4)使平波電感器電感Lk的計(jì)算Lk=L-L a-2L b=17.01-2.78-2 X0.24=13.75(mH)故：平波電抗器電感量取15 mH228保護(hù)電路的計(jì)算與選擇交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù) 可采用RC過(guò)電壓抑制電路，該保護(hù)電路如圖所示，在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)個(gè)RC保護(hù)電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量， 并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電 場(chǎng)能而存儲(chǔ)起來(lái)，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以消耗一部分能量并且抑 制LC回路可能產(chǎn)生的震

21、蕩。由于本次課程設(shè)計(jì)用的是三相橋式可控整流電路，變壓器的繞組為丫聯(lián)結(jié)，故該保護(hù)電路應(yīng)用型接法。aC其中：6i 0% 筆(U 22F），且電容c的耐壓Uc 1.5並U 2（V ）R 3 2.3叵丿空(St V i 0%），且電阻R的功率Pr (34)|c2R(W)|C 2 fCUc 10 6(A)式中，St為變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）, i0%為勵(lì)磁電流百分比，當(dāng)StW幾百伏安時(shí)i0%=10，當(dāng)St>1000伏安時(shí)io%=35 , Ic,Uc當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值（a，V）。取 i0%=5，St=145.411/3=48.47KVAo（1）電容C的計(jì)算6 5 48 47C 6

22、5 4826.65( F)，可取 C=7 F 。3 2701.5 乘 270 992(V)，取 Uc=1200V o可選擇C=7 uF,耐壓1200V的電容。（2）電阻R的計(jì)算2702R 3 2.3J510.39(48.47 1000 Y 5),取 R=15 QoIc 2 fCUc 10 62 3.14 50 6Te 270 10 61.246(A)2R 的功率為 Pr (3-4) 1.2461569.86- 93.15(W)Uc 1.572U2如圖所示，在A、B之間接入的是壓敏電阻，這是由氧化鋅、氧化鉍等燒結(jié)制 成的非線性電阻元件，它具有正反向相同的很陡的伏安特性，擊穿前漏電流為微所以抑制電

23、流能安數(shù)量級(jí)，損耗很小，過(guò)電壓時(shí)則能通過(guò)達(dá)數(shù)千安的浪涌電流, 力很強(qiáng)。壓敏電阻的額定電壓UlmA的選取可按下式計(jì)算:U1mA 1.82.2Ud0(V)UdO為晶閘管控制角 =0 0時(shí)直流輸出電壓對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)：U1mA1.82.2 Ud01.8 2.22.34 270 11381390(V)通常用于中小功率整流器操作過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻通流容量可選擇（35 ）kA。2.2.10晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)VT在晶閘管元件兩端并聯(lián) RC電路，起到晶閘管換相過(guò)電壓的保護(hù)。串聯(lián)電阻R的作用一是阻尼LTC回路的震蕩，二是限制晶閘管開(kāi)通瞬間的損耗且可減小電流上升率di/dt。R、C值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，對(duì)于本

24、設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為220A，故C可取0.3 F ,R可取202.2.11過(guò)電流保護(hù)采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施。接法如下圖所示。熔斷器的額定電壓、電流可按下式計(jì)算額定電壓Urn :不小于線路正常工作電壓的方均根值額定電流：Irn KiKaIR(A)Ki為電流裕度系數(shù)，取Ki=1.11.5，Ka為環(huán)境溫度系數(shù)，取Ka=11.2，Ir為實(shí)際流過(guò)快熔的電流有效值。對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)：因 U2=27OV，取Urn=550V ；IR -Id 亠 22O127.17aRN KiKaiR 1.5 1.2 127.17229(A)，取V3J3I RN =23OA。因而二次

25、側(cè)可選取RS3系列550V/230A 的快熔。一次側(cè)可選440V/180A 。2212模擬量檢測(cè)通道設(shè)計(jì)361直流測(cè)速發(fā)電機(jī)選型及額定參數(shù)計(jì)算由已知條件可知，反饋系數(shù):如0.0056V? mi n/rnN 1800電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù):Ce 仏嚴(yán)響產(chǎn) 0.234V|mjn/r轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Cetg和其輸出電位器RP2的分壓系數(shù)a2,即:2 Cetg取測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為 Un=110VIn=0.21A,P N=23.1W,n N=1900r/min,則可得:C110etg 19000.058V min / r，2_0.00560.096V |mi n/rCteg 0.

26、058TUn2 Cetg1800r / min10.02V穩(wěn)態(tài)時(shí)Un很小，故用15V的直流穩(wěn)壓電源完全能滿足給定電壓的要求,因此，選擇0.096V ?min/r是完全正確的。RP2的選擇方法如下：為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線性度沒(méi)有顯著的9.6%。則:影響，取測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的RP2Cetgn N0.096lN.g0 5178.57此時(shí)Rp2所消耗的功率為:Wrp2 CetgnN 0.096 0.210.058 1800 0.096 0.212.1CW為了不致使電位器的溫度很高，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為所消耗功率的一倍以上，故可將RP2選為10W,10k

27、Q的可調(diào)電位器。2213電樞電流檢測(cè)及反饋通道設(shè)計(jì)如圖所示電流檢測(cè)電路:電流反饋系數(shù)Umi dm80.024V / A1.5 2203.2電流環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)的等效靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖:3.2.1保護(hù)電路的計(jì)算與選擇交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù) 可采用RC過(guò)電壓抑制電路，該保護(hù)電路如圖所示，在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)個(gè)RC保護(hù)電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量， 并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場(chǎng)能而存儲(chǔ)起來(lái)，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以消耗一部分能量并且抑 制LC回路可能產(chǎn)生的震蕩。由于本次課程設(shè)計(jì)用的是三相橋式可控整流電路，變壓器的繞組為丫聯(lián)結(jié)，故該保護(hù)電路應(yīng)用型接法。C其中：St6i0%U7(F），且電容C的耐壓UC

28、 “庇應(yīng)U2（V）R 3 2.3UJ(St V i0%），且電阻r的功率Pr (34)|c2R(W)Ic 2 fCUc 10 6(A)式中，St為變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）, i0%為勵(lì)磁電流百分比，當(dāng)StW幾百伏安時(shí)i0%=1O，當(dāng)St>1000伏安時(shí)i0%=35，Ic,Uc當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值（a，V）。取 i0%=5，St=145.411/3=48.47KVA。（1）電容C的計(jì)算6 5 48 47 C 6 526.65( F)，可取 C=7 F 。3 2702UC 1.5 巧 血U2 1.5 恵 270 992(V)，取 Uc=1200V?？蛇x擇C=7 uF,耐壓12

29、00V的電容。（2）電阻R的計(jì)算Ic 2 fCUc 10 62 3.14 50 6 76 270 10 61.246(A)R的功率為Pr (3 - 4)21.2462 1569.86- 93.15(W)321確定時(shí)間常數(shù)(1 )整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts。三相橋式電路的平均失控時(shí)間：Ts=0.0017s 0(2)電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。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(12)Toi=3.3ms，因此取 A =2ms=0.002s。(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和Ti 0按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T i =Ts+Toi=0.0037s。3.2.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)

30、計(jì)要求i 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:WACR ( s)Ki( iS 1)iS式中:Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);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：+=00證=8.46,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)。3.2.3選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)(1 )電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i Tl =0.0313s。(2)電流開(kāi)環(huán)增益：要求i 5%時(shí)，取KiTi 0.5，因此Ki 亜135.1s叩0荷云03 40.82 wci，滿足近似條件。(3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件

31、: 怎 3/0.0017s' 0.002s 180.7抹ci，滿足近似條件。T i 0.0037s于是，ACR的比例系數(shù)為:0.162KI iR 135.1 0.03 0.0840 0.05Ki R式中：電流反饋系數(shù):Uim*1 dm0.05v/A晶閘管專(zhuān)制放大系數(shù)：Ks40。3.2.4校驗(yàn)近似條件1 電流環(huán)截止頻率：ci Ki 135.1s13TS晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:3 0.0017s 196.1s1 ci，滿足近似條件。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:325計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖2-1，按所用運(yùn)算放大器取Ro 40K ，各電阻和電容值為：RKiR0 0.16

32、2 40K6.48K，取 6.5K ；Ci 丄0.03 3 4.6 10 6F 4.6uF，取 4.7uF；R 6.5 103他 4 0.0020.2 10 6F 0.2uF，取 0.2uFR040 103按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i 4.3%5%，滿足設(shè)計(jì)要求。2圖2-1含濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器3.3轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下:331確定時(shí)間常數(shù)1電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 一，由前述已知，KiTi 0.5，則K|1K|2T i 2 0.0037s0.0074s轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01S.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn。按小時(shí)

33、間常數(shù)近似處理，取TnTon 0.0074s 0.01s 0.0174sKI3.3.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖，同樣進(jìn)行單位反饋系統(tǒng)的處理及小慣性環(huán)節(jié)的處理, 如圖所示。由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(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n型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，故 ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：Wasr(S)Kpn( nS BnS333計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，先取 h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：n=hTn=5 0.0174s=0.087s則轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益:K N h2 12 r-6 s 2 396.4s 2N 2h2T n22 52 0.0174

34、2可得ASR的比例系數(shù)為:Kn(h 1) CeTm2h RT n 6 0.05 0.275 0.1825 0.07 0.08 0.017415.24式中:電動(dòng)勢(shì)常數(shù)CeUn InR 440 339 0.08 nN15000.275/ ?min/ r轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)Unmnmax0.07v?min/r。3.3.4校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為:Kcn Kn n 396.4 0.087s 134.5s 11(1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為需3儘吾63.7 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件為瞪 3 溜1 38.7s 1cn，滿足近似條件。IN 339A， nN 1500 min，1.5，

35、 R 0.5， Ce 0.275V ?min/ r，335計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖2-2所示，取Ro 40k ，則RnCnConKnR015.2 40K609.6K，取 610K ；0.087 30.143 10 6F 0.143uF，取 0.2uF；Rn 610 1034Ton-RT4 0洛 1 106f 1uF，取1uF40fin CnHFO an-on念工咼I圖2-2含濾波環(huán)節(jié)的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器3.3.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量按抗擾性能都較好的原則，取 h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為:n 5 0.0174 0.087s，設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)Z 0,已知:Tm 0.18s，Tn 0.0174s。當(dāng) h