雙閉環(huán)直流可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)教材

1、摘要許多生產(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)系統(tǒng)。雙閉環(huán)可逆直流調(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，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)的優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好 的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速 負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果 對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)

2、載動(dòng)態(tài)速降小等等，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)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn) 矩。本文對(duì)直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，得到其控制電路、主電路和保護(hù) 電路的結(jié)構(gòu)，并利用MATLAB進(jìn)行仿真，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，得到了與理論基本相同的結(jié)果 關(guān)鍵詞：直流調(diào)速系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器負(fù)反饋目錄1直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標(biāo)11.1直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理11.2直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)1靜態(tài)性能指標(biāo)2動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)32直流雙閉環(huán)有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析 52.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析52.

3、2有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理圖63轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR及電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)73.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用73.2電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)83.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計(jì)10電流環(huán)的簡(jiǎn)化10轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 114轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì) 134.1轉(zhuǎn)速反饋電路的設(shè)計(jì) 134.2電流反饋電路的設(shè)計(jì) 135集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)145.1 配合控制145.2集成觸發(fā)電路156主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)166.1主電路設(shè)計(jì)166.2保護(hù)電路17過(guò)電流保護(hù)17過(guò)電壓保護(hù)電路 177 MATLAB 仿真18小結(jié)與體會(huì)20參考文獻(xiàn)21附錄22直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標(biāo)1

4、.1直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以由晶閘管一直 流電動(dòng)機(jī)（VM）組成的直流調(diào)速系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的一種電力傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 它在理論上實(shí)踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系用式（11）表示U -IRK：(1T)式中 n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；U電樞供電電壓；I電樞電流；R電樞回路總電阻，單位為門Ke由電機(jī)機(jī)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)在上式中，Ke是常數(shù)，電流|是由負(fù)載決定的，因此，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三 種方法：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵(lì)磁磁通門；（3）改變電樞回路電阻R。對(duì)于要求

5、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最好。 改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱勵(lì)磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往 只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直 流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)根據(jù)各類典型生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的要求，一般可以概括為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)。 靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)能在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且 要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，速度穩(wěn)定；動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求系統(tǒng)啟動(dòng)、制動(dòng)快而平穩(wěn)，并且 具有良好的抗擾動(dòng)能力?？箶_動(dòng)性是指系統(tǒng)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速上運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量不受

6、負(fù)載變化以及電源電壓波動(dòng)等因素的影響。靜態(tài)性能指標(biāo)1) .調(diào)速范圍生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，提供的最高轉(zhuǎn)速nmaX與最低轉(zhuǎn)速nmin之比, 稱為調(diào)速范圍，用符號(hào)D表示nmin"max(12)2) .靜差率靜差率是用來(lái)表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，用系數(shù)s來(lái)表示。具體是指電 動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)，在一條機(jī)械特性線上，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)，對(duì)應(yīng) 的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速"0之比，用百分?jǐn)?shù)表示為no(13)s 二匹 100% = n 0 一 ned 100% n。顯然，機(jī)械特性硬度越大，機(jī)械特性硬度越大，譏d越小，靜差率就越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn) 定度就越高。然而

7、靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。兩條相互平行的直線性機(jī)械特性 的靜差率是不同的。對(duì)于圖1 1中的線1和線2,它們有相同的轉(zhuǎn)速降落"：ned1= '"：ned2，但由于n02 "門01,因此S2 S1。這表明平行機(jī)械特性低速時(shí)靜差率較大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定 性就越差。在1000r/mi n時(shí)降落10r/mi n,只占1%；在100r/min時(shí)也降落10r/mi n,就占10%;如果n0只有10r/mi n,再降落10r/min時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全都降落完了。由圖11可見(jiàn)，對(duì)一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果能滿足最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行的靜差率s,那么， 其它轉(zhuǎn)速的靜差率也必

8、然都能滿足。oMed圖11事實(shí)上，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。一 個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所提靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離 了對(duì)靜差率的要求。任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過(guò)來(lái)，脫離了調(diào)速范圍， 要滿足給定的靜差率也就容易得多了。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的抗 擾性能指標(biāo)。一、跟隨性能指標(biāo)在給定信號(hào)(或稱參考輸入信號(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。當(dāng)給定信號(hào)表示方式不同時(shí)，輸出響應(yīng)也不一樣。通常以輸出量的初始 值為零，給定信號(hào)階躍

9、變化下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程，這時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)又稱為階躍響應(yīng)。一般希望在階躍響應(yīng)中輸出量c(t)與其穩(wěn)態(tài)值匚：的偏差越小越好，達(dá)到5的時(shí)間 越快越好。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)間，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間：1)上升時(shí)間tr在典型的階躍響應(yīng)跟隨過(guò)程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值5所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱 為上升時(shí)間，它表示動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，見(jiàn)圖1 2。圖122)超調(diào)量二%在典型的階躍響應(yīng)跟隨系統(tǒng)中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百 分?jǐn)?shù)表示，叫做超調(diào)量：匚% =。詢一&：100%3(14)超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。超調(diào)量越小，則相對(duì)穩(wěn)定性越好，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較 平穩(wěn)。3）調(diào)節(jié)

10、時(shí)間ts調(diào)節(jié)時(shí)間又稱過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，它衡量系統(tǒng)整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程的快慢。原則上它應(yīng)該是從給 定量階躍變化起到輸出量完全穩(wěn)定下來(lái)為止的時(shí)間。對(duì)于線性控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，理論上要到 t：才真正穩(wěn)定，但是實(shí)際系統(tǒng)由于存在非線性等因素并不是這樣。因此，一般在階躍 響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取-5%或- 2%的范圍作為允許誤差帶，以響應(yīng)曲線達(dá)到并不 再超出該誤差帶所需的最短時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間，見(jiàn)圖12。二、抗擾性能指標(biāo)一般是以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中，突加負(fù)載的階躍擾動(dòng)后的動(dòng)態(tài)過(guò)程作為典型的抗擾過(guò)程， 并由此定義抗擾動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，見(jiàn)圖13。常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間：1）動(dòng)態(tài)降落'：Cmax%系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，突

11、加一定數(shù)值的擾動(dòng)（如額定負(fù)載擾動(dòng)）后引起轉(zhuǎn)速的最大降落值 Pmax%叫做動(dòng)態(tài)降落，用輸出量原穩(wěn)態(tài)值C：1的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。輸出量在動(dòng)態(tài)降落后逐漸恢復(fù)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值C：2, Cj -6乂是系統(tǒng)在該擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)降落。動(dòng)態(tài)降落一般 都大于穩(wěn)態(tài)降落（即靜差）。調(diào)速系統(tǒng)突加額定負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)降落稱作動(dòng)態(tài)降落nmax2）恢復(fù)時(shí)間tf從階躍擾動(dòng)作用開(kāi)始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值C：2之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量Cb 的一5%或一2%范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間tf，其中Cb稱為抗擾指標(biāo)中輸出 量的基準(zhǔn)值。實(shí)際系統(tǒng)中對(duì)于各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求各有不同，要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體要求而定。一 般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的

12、動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。2直流雙閉環(huán)有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性雙閉環(huán)直流調(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，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，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。兩者之間實(shí)行嵌套連接，如圖 21 所示。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)。圖2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析圖2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖分析靜特性的關(guān)鍵

13、是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種狀況：飽和一輸出達(dá) 到限幅值，不飽和一輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不 再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔 斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI的作用使輸入偏 差電壓U在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)， 只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。2.2有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理圖主電路由兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電 流雙閉環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASF和電流調(diào)節(jié)器ACF都設(shè)置

14、了雙向輸出限幅，以限制最大制動(dòng)電 流和最小控制角?min與最小逆變角Fin。根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行的需要，給定電壓Un, 電流反饋電壓Ui都應(yīng)該能反映正和負(fù)的極性。圖2-3中的電流互感器TA采用霍爾變換器 可以滿足這一要求。直流平均環(huán)流可以用-1配合控制消除，而瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流卻是自然存在的。為了抑 制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，課在環(huán)流回路中串入電抗器，環(huán)路電抗器，如圖2-3中的Lc1、Lc2、Lc3 和Lc4。環(huán)流電抗器的大小可以按照瞬時(shí)環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的5%-10來(lái) 設(shè)計(jì)。Ld為平波電抗器，用于減少電動(dòng)機(jī)電樞電流的脈動(dòng)，減少電樞電流的斷續(xù)區(qū)，改善 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，在流過(guò)較大的負(fù)載電流時(shí)，

15、環(huán)流電抗器會(huì)飽和，而Ld體積大，可以不 飽和，從而發(fā)揮濾平電流波形的作用。為了確保兩組整流器的工作狀態(tài)相反，電流調(diào)節(jié)器的輸出分兩路，一路經(jīng)正組橋觸發(fā) 器GTF空制正組橋整流器，另一組經(jīng)反相器AR反組橋GTF控制反組橋整流器。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，另一組晶閘管裝置處于“待逆變 狀態(tài)”電動(dòng)機(jī)若需要制動(dòng)，整流組晶閘管進(jìn)入“待整流狀態(tài)”，待逆變組晶閘管真正開(kāi)始 逆變，電動(dòng)機(jī)回饋電能，配合控制時(shí)，只有一組晶閘管裝置投入使用，另一組處于等待工 作狀態(tài)。系統(tǒng)的組成圖有以下特點(diǎn)：主電路采用兩組晶閘管反并聯(lián)連接（也可采用交叉連接），因?yàn)橛卸l并聯(lián)的環(huán)流通路， 所以要用四個(gè)環(huán)流電抗器。由于

16、環(huán)流電抗器流過(guò)較大的負(fù)載電流飽和。因此在電樞回路中 還要另設(shè)一個(gè)體積較大的平波電抗器Ld。 控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，ASR ACR都設(shè)置了雙向輸出限幅，限 制 _：亦、：min 0 Ut=-Uct 滿足=：。給定電壓 應(yīng)有正負(fù)極性，由繼電器KF和KR來(lái)切換。可逆，所以轉(zhuǎn)速和電流方向可變，轉(zhuǎn)速和電流檢測(cè)也要反映相應(yīng)極性。圖2-3有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理圖3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR及電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Um*變化，當(dāng)偏差電壓為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差； 對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用； 其輸出限幅值決定允許的最大電流。2

17、）電流調(diào)節(jié)器的作用 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓Ui*變化； 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用； 起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動(dòng)； 當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護(hù)作用。當(dāng)故障消失時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常3.2電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化框圖如圖3-1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量二匚乞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)象是雙慣性的， 采用PI型調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)可寫成：Wacr(s) =Ki( iS巧式中K i 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；j 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)圖3-1電流環(huán)

18、結(jié)構(gòu)圖圖中KIKg 1 KiJi RTl R(1) 確定時(shí)間常數(shù) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts二0.0017s ； 電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi =0.002 s(三相橋式電路每個(gè)波頭是時(shí)間是3.3ms為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1 2) Toi =3.33ms 因此取 T°i =2ms=0.002$ 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，TTs To 0.0037s(2) 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：二j乞5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型I型設(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，所以把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成PI型的。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性 能：衛(wèi)，8.11。各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。

19、T 近 0.0037(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).j =0.03s。電流環(huán)開(kāi)環(huán)時(shí)間增益：要求二匚空5%時(shí)，應(yīng)取KITi =0.5，因此10.5K|s 135.1s2Ti 0.0037于是，ACR 的比例系數(shù) Q =0遲=1351 0.03 0.5 1.013 Ks040x0.05(4)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：匕=Ki =135.1s校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件13Ts1 1s 196.1s_ ci3 0.0017滿足近似條件校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件二 31 10.03 0.18s 40.82s"ci滿足近似條件校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l

20、件4180.8s _ci(5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容滿足近似條件含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖3-2所示，按所用運(yùn)算放大器 取R, =40k，各電阻和電容值計(jì)算如下：R =KR =1.013><40k0 =40.52S 取 40kQCij=0.75 10“F=0.75，F(xiàn) 取 0.75 "FRi40 10Coi 二包=4 0.002f =0.2 10'F=0.2F 取 0.2 JFR。40 103圖3-2電流調(diào)節(jié)器的原理圖3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計(jì)電流環(huán)的簡(jiǎn)化電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量為U(s)，輸出量為ld(s)，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控 制對(duì)

21、象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明, 電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)(內(nèi)環(huán))控制的 一個(gè)重要功能。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng) 該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速 環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型U型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也 能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)小慣性的近似處理等效成單位負(fù)反 饋系統(tǒng)如圖3-3所示。電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中可等效為：Id(S)= %s)1/ ：5 (s)： s/KI 1再把時(shí)間常數(shù)為和To

22、n的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為T*的慣性 Kl_1環(huán)節(jié)，其中TnTon則轉(zhuǎn)速還結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化為圖3-3所示的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。K|圖3-3轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)器ASR中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函 數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型n型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài) 抗擾性能好的要求。(1) 確定時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。已知取K|Ti =0.5,則1/K =2T、i=2 0.0037s = 0.0074s 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton。

23、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)間常數(shù)近似處理，取0 =1/KI Ton =0.0074 0.01 = 0.0174s(2) 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為:WASR(s)一 Kn(nS 1)nS式中 K n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；I n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。(3) 選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)取h =5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為.n =hT、n =5 0.0174 = 0.087sh +1CCC /2- 396.4s2h Tn(hX)PCeTm _仁仃由此的轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 Kn可求得ASR的比例系數(shù)為(4)校驗(yàn)近似條件Kn

24、2兇只頂仞cn =轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件Kn - n = 34.5s 1®11 匝 1 135.1 二3下 3o.oo37S=63.7s1滿足簡(jiǎn)化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1 135.1 二31 0.01S=38.7s，cn滿足簡(jiǎn)化條件（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3-4所示，取Ro =40心，則Rn =©尺=1.17 40k=46.8k取 47kCn n 0.0873 F =1.85 10F =1.85F 取 2 Rn 470on4TonR0器1汩訃取j'F圖3-4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖（6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量空載起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)

25、速超調(diào)量為：=2些岐乙）込魚(yú) =9.62%<10% I Cb 丿n Tm滿足性能指標(biāo)。校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-5所示:*U n(S)Kn(s 1)2S (TnS 1)圖3-5校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)4轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)4.1轉(zhuǎn)速反饋電路的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速反饋電路如圖4-1。與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速 成正比的負(fù)反饋電壓Un ,與給定電壓U；相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓，Un輸送給轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器。測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，測(cè)速電路如圖轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)器所示，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。4.2電流反饋電路的設(shè)計(jì)電流反饋放大器不受基本增益帶寬積的限

26、制，隨著信號(hào)幅度的增加，帶寬的損失非常 小。因?yàn)榭梢栽谧钚∈д娴臈l件下對(duì)大信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些放大器在非常高的頻率下通常 都具有優(yōu)異的線性度。而電壓反饋放大器的帶寬隨著增益的增加降低，電流反饋放大器在 很寬的增益范圍上維持其大部分帶寬不變。由于放大器的交流特性部分地取決于反饋電阻，這就讓我們能夠針對(duì)每一個(gè)特定的應(yīng) 用“量身定制”放大器。降低反饋電阻的數(shù)值將提升環(huán)路增益。為了保持穩(wěn)定性和最大的 帶寬，在低增益時(shí)，反饋電阻要設(shè)置為較高的數(shù)值；隨著增益的上升，環(huán)路增益自然降低。 如果需要高的增益，可以利用較小的反饋電阻來(lái)部分地恢復(fù)環(huán)路增益。電流反饋電路如圖 4-2所示：圖4-2電流反饋電路5集成觸發(fā)電

27、路設(shè)計(jì)5.仁-配合控制將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90。，即當(dāng)控制電壓Uc=0時(shí)，使=0 ='r0=9°， U do f -U d0r 0。電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。增大uc時(shí)，使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號(hào)相反。 正組VF整流，應(yīng)接 收正的Uc，所以f減小而：-r增大或一：r減小，使正組整流而反組逆變，在控制過(guò)程中始終保持：' r。 反轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)保持:f = -r。二1配合控制電路和二1配合控制特性如圖和匚所示：TMGTFVF0a-一 T SJTGTF：正紺鮭狡裝宣GTE：反姐幅發(fā)裝盤AR：反號(hào)器圖5-1 :二：配合控制電路圖5-2 :二：配合控制特性為了防止晶

28、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 十n保護(hù)。與此同時(shí)，對(duì)a角也實(shí)施 :min保護(hù)，以免出現(xiàn)乞1而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取：aminmin305.2集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。正組晶閘管VF,由GTI控制觸發(fā)，正轉(zhuǎn)時(shí)，VF整流；反轉(zhuǎn)時(shí)，VF逆變。反組晶閘管VR由GT控制觸發(fā)，反轉(zhuǎn)時(shí)，VR6流；正轉(zhuǎn)時(shí)，VF逆變。通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)刻，就能控制整流電路的觸發(fā)角的大小。在整流 電路合閘啟動(dòng)過(guò)程中或電流斷

29、續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘 管均有觸發(fā)脈沖。在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給序號(hào)緊前的一個(gè)晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。即用兩 個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差6(f,脈寬一般為20° 3(f,稱為雙脈沖觸發(fā)。 雙脈沖電路較復(fù)雜，但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。觸發(fā)電路如圖5-3所示。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)于控 制精度要求不高的小功率系統(tǒng)，可采用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路來(lái)控制；對(duì)于大容量晶閘管一 般采用晶體管或集成電路組成的觸發(fā)電路。計(jì)算機(jī)數(shù)字觸發(fā)電路常用于控制精度要求較高 的復(fù)雜系統(tǒng)中。各類觸發(fā)電路有其共同特點(diǎn)，一般由同步環(huán)節(jié)、移

30、相環(huán)節(jié)、脈沖形成環(huán)節(jié) 和功率放大輸出環(huán)節(jié)組成。6主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)6.1主電路設(shè)計(jì)直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路如圖6-1所示，兩組橋在任何時(shí)刻只有一組 投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不會(huì)存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時(shí), 不能簡(jiǎn)單的把原來(lái)工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即圭寸鎖，而同時(shí)把原來(lái)圭寸鎖著的一組橋立 即開(kāi)通，因?yàn)橐呀?jīng)導(dǎo)通的晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關(guān)斷，必須待晶閘 管承受反壓時(shí)才能關(guān)斷。如果對(duì)兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開(kāi)放同時(shí)進(jìn)行，原先導(dǎo)通的那 組橋不能立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開(kāi)通，出現(xiàn)兩組橋同時(shí)導(dǎo)通的情況，因沒(méi) 有環(huán)流電抗器，將會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，把晶閘管燒毀。為此首先應(yīng)是已導(dǎo)通的的晶閘 管斷流，要妥當(dāng)處理主回路中的電感儲(chǔ)存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機(jī) 上，直到儲(chǔ)存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開(kāi)通 原來(lái)封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。6.2保護(hù)電路621過(guò)電流保護(hù)晶閘管本身流過(guò)電流超過(guò)其所能承受最大電流時(shí)，電流所產(chǎn)生熱量會(huì)將晶閘管燒毀擊 穿，弓I起事故。常見(jiàn)的保護(hù)措施是在晶閘管回路中串入快速熔斷器。如圖6-2為過(guò)電流