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)告書課 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 業(yè) 班級(jí) 自動(dòng)化1112 學(xué)生姓名、學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 姓名 蔡金萍 課程設(shè)計(jì)起止日期4.9.17 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)

2、教學(xué)一般可分為設(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)中理論知識(shí)和實(shí)際技能掌

4、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。一、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)雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)，

5、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Ra0.08，飛輪慣量GD2=86.24 N.，電機(jī)過(guò)載倍數(shù)1.5，Ks40，Tl0.03 s，Tm0.18 s，0.07 v.min/r,=0.05 v/A 。2.測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù)：23W，110V，0.21A，1900 r/min，永磁式。 3.設(shè)計(jì)指標(biāo)：靜態(tài)：D=10，S5，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)差；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

6、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)明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，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)

7、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-

8、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。nIdnIdlt0Idl（a) （b)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，為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器一般都

9、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（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)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即靜差率是用來(lái)衡

10、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，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間。（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，恢復(fù)時(shí)間。 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/min1.5晶閘管放大系數(shù)：電樞回路內(nèi)電阻：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：時(shí)間常數(shù)：電流反饋: 轉(zhuǎn)速反饋：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)

11、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

12、,、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。2.2.2閉環(huán)系統(tǒng)組成開環(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)的靜差率要求不高，這樣的開環(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)

13、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。2.2.3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

14、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。（2）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用UT表示。（3）變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降。（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

15、抗器的雙反星形0.90.90.91.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289 由表格可得，A=2.34，=30°時(shí)，B=/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。，為電動(dòng)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?？傻茫篣2=262.34（V），這里取U2=270（V）

16、。I2=KI2Id=0.816×220=179.52（A）。I1=I2U2/U1=110.16（A）。S=（S1+S2)/2=mI1U1=3×110.16×440=145411.2VA=145.411(KVA）。2.2.4 晶閘管參數(shù)的計(jì)算 查表格可得，UDN440V時(shí)，UDRM（額定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓）與UPRM（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)KU

17、T=2.45，即約為，電流計(jì)算系數(shù)為KIT=0.367。故晶閘管額定電壓為UTN=（23）U2=（23）×270=13231984.5(V)。取UVT=1700(V)。2.2.6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)KITIMAX=(1.52)×0.367×220×1.5=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=0.69

18、3×U2/IDmin，其中IDmin=(5%10%)ID，故L=，要求變流器在最小輸出電流IDMIN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%ID，故可得L=17.01(mH)。 （2）電樞電感的計(jì)算 La=,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=10 La= （3）折算到整流變壓器二次側(cè)的每項(xiàng)漏感的計(jì)算 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%=5計(jì)算系數(shù)單相全控橋三相半波三相全控橋/1001503001.20.880.462.8

19、51.460.6933.186.753.9（4）使平波電感器電感LK的計(jì)算 LK=L-La-2LB×0.24=13.75(mH) 故：平波電抗器電感量取15 mH2.2.8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)一個(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Y聯(lián)結(jié)，故該保護(hù)電路應(yīng)用型接法。 其中:，且電容C的耐壓，且電阻R的功率式中，ST

20、為變壓器每相平均計(jì)算容量（VA），為勵(lì)磁電流百分比，當(dāng)ST幾百伏安時(shí)=10，當(dāng)ST1000伏安時(shí)=35，IC,UC當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值（A，V） 。取=5，ST=145.411/3=48.47KVA。（1）電容C的計(jì)算C，可取C=7。，取UC=1200V?？蛇x擇C=7F，耐壓1200V的電容。（2）電阻R的計(jì)算，取R=15。R的功率為2.2.9直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù) 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， 所以抑制電流能力很強(qiáng)。壓敏電

21、阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計(jì)算：Ud0為晶閘管控制角=00時(shí)直流輸出電壓 對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)：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）。2.2.10晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)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)于本設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為220A，故C可取0.3,R可取20。2.2.11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

22、URN：不小于線路正常工作電壓的方均根值額定電流： 為電流裕度系數(shù)，取=1.11.5，為環(huán)境溫度系數(shù)，取=11.2，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=270V，取URN=550V； ， 取=230A。 因而二次側(cè)可選取RS3系列550V/230A的快熔。一次側(cè)可選440V/180A。2.2.12模擬量檢測(cè)通道設(shè)計(jì)3.6.1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)：電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)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)2，即：取測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為UN=110V，IN=0.21A,PN=23.1W,nN=1900r/

23、min，則可得：，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=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9.6%。則： 此時(shí)所消耗的功率為：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的可調(diào)電位器。2.2.13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)3.2 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

24、如圖所示，在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)一個(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Y聯(lián)結(jié)，故該保護(hù)電路應(yīng)用型接法。 其中:，且電容C的耐壓，且電阻R的功率式中，ST為變壓器每相平均計(jì)算容量（VA），為勵(lì)磁電流百分比，當(dāng)ST幾百伏安時(shí)=10，當(dāng)ST1000伏安時(shí)=35，IC,UC當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值（A，V） 。取=5，ST=145.411/3=48.47KVA。（1）電容C的計(jì)算C，可取C=7。，取UC=120

25、0V。可選擇C=7F，耐壓1200V的電容。（2）電阻R的計(jì)算，取R=15。R的功率為3.2.1確定時(shí)間常數(shù)（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路的平均失控時(shí)間：=0.0017s。（2）電流濾波時(shí)間常數(shù)。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）=3.3ms，因此取=2ms=0.002s。（3）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，取。 3.2.2 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，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：式中： -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

26、數(shù)。 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：,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)：。（2）電流開環(huán)增益：要求時(shí)，取，因此 于是，ACR的比例系數(shù)為：式中：電流反饋系數(shù)： 晶閘管專制放大系數(shù)：。 3.2.4 校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率:（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ，滿足近似條件。（2）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）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足近似條件。3.2.5 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，各電阻和電容值為: 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)

27、到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿足設(shè)計(jì)要求。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：3.3.1 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，由前述已知，則（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3.3.2 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:3.3.3 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:則轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：可得ASR的比例系數(shù)為：式中： 電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。3.3.4 校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速截止頻率為:（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為,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,滿足近似條件。 3.3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 根據(jù)圖2-2 所示，取，則圖2-