運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)鄭兵自動(dòng)化

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系信息工程系專業(yè)自動(dòng)化班級(jí)1081班姓名鄭兵學(xué)號(hào)10212408108指導(dǎo)教師李向明2011年6月14日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：鄭兵專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化1081指導(dǎo)教師：李向明工作單位：信息工程系題目：直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：1 .直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為：UN=220V,In=136A,Ce=0.132v.min/r,Ra=0.5Q2 .電機(jī)過(guò)載倍數(shù)入=1.5,Ks=40,Tl=0.03s,Tm=0.18s,調(diào)節(jié)a=0.07v.min/r,3=0.

2、05v/A3 .測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù)：23W110V,0.21A,1900r/min,永磁式4 .主電路采用三相全控橋，反并聯(lián)連接，進(jìn)線交流電源：三相380V要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1 .轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRM電流調(diào)節(jié)器ACR勺設(shè)計(jì)2 .轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)3 .集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)4 .主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。滿足如下要求:1 .采用a=3配合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)差，電流超調(diào)量小于5%,轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10%。2 .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，

3、說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。3 .畫(huà)出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程。4 .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)。時(shí)間安排：收集課程設(shè)計(jì)相關(guān)資料系統(tǒng)設(shè)計(jì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)及答辯2011.6.13-2011.6.152011.6.16-2011.6.232011.6.24-2011.6.26指導(dǎo)教師簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名:摘要直流調(diào)速1是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看，就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流調(diào)速系

4、統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動(dòng)中獲得了廣泛應(yīng)用。本文從直流電動(dòng)機(jī)的工作原理入手，建立了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。然后按照自動(dòng)控制原理，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)主電路、反饋電路、觸發(fā)電路及控制電路的具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，表明所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞直流電機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真3武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院電力拖動(dòng)自動(dòng)

5、控制系統(tǒng)一一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)目錄第一章直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理11.2 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析21.2.1 雙閉環(huán)調(diào)速的工彳過(guò)程和原理21.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性21.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型51.4 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法51.5 電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì)6第二章觸發(fā)電路設(shè)計(jì)92.1 TC787介紹92.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)9第三章晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)113.1 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)113.2 晶閘管過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)13設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)14參考文獻(xiàn)15附錄16#武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)3

6、第一章直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1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)1 , 6O(VM必成的直流調(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)從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)(伺服系統(tǒng))、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式(21)表不U IRKe(21)式中n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；U電樞供

7、電電壓；I電樞電流；R一一電樞回路總電阻，單位為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I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；(3)改變電樞回路電阻R。對(duì)于要求在一定范圍內(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電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析1.2.1 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過(guò)程和原理雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作過(guò)

8、程和原理：電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)階段，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速（電壓）低于給定值速度調(diào)節(jié)器的輸入端存在一個(gè)偏差信號(hào)，經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅值，速度調(diào)節(jié)器工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調(diào)節(jié)器，此時(shí)則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號(hào)，直流電壓迅速上升，電流也隨即增大直到等于最大給定值，電動(dòng)機(jī)以最大電流恒流加速啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的最大電流（堵轉(zhuǎn)電流）可以通過(guò)整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來(lái)改變。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號(hào)減小到近于零，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器,使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化，從,還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動(dòng)引起的電動(dòng)退出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調(diào)節(jié)開(kāi)始起作用。對(duì)

9、負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號(hào)將隨時(shí)通過(guò)速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來(lái)修正觸發(fā)器的移相電壓機(jī)電樞電流的變化進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還未來(lái)得及發(fā)生改變時(shí)而校正和補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時(shí)間常數(shù)，迅速使電流恢復(fù)到原來(lái)1.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性一、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2-4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

10、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24轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)其中：ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR-電流調(diào)節(jié)器TG-測(cè)速發(fā)電機(jī)TA-電流互感器UPE-電力電子變換器*Un-轉(zhuǎn)速給定電壓Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓Ui-電流給定電壓Ui-電流反饋電壓雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析圖25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

11、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AU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1568。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)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此，*Un=Un=n=noUi*=Ui=Id*Un由第一個(gè)關(guān)系式可得：n=n0*Um從而得到圖2-5所示靜特性曲線的CA段。與此同時(shí)，由于ASR不飽和，Ui可知1dIdm,這就是說(shuō)，CA段特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到1d=Idm。而1dm，一般都是大于額定電流Idn的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。

12、2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和*五Uim一士丁+一士、八f這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再?gòu)V生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)：*UimIdIdm其中，最大電流Idm取決于電動(dòng)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，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于nn0的情況，因?yàn)槿绻鹡叫，則*UnUn,ASR將退出飽和狀態(tài).雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特T在負(fù)載電流小于Idm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*Uim要的調(diào)節(jié)作用，但負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí),對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)

13、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。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，因此，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差。各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算由雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有以下關(guān)系:* 一一Un =Un=_ *Ui Ui i = i =Id-Udo Ce nUc Ksc = s =nodlCe UnId RIdi RKsKs*,*上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓Un決定，asr的輸出量Ui是由負(fù)載電流Idl決定的，而控制電壓Uc的

14、大小則同時(shí)取決于n和Id,或者說(shuō)，同時(shí)取決*PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值,于Un和Idl。PI調(diào)節(jié)器輸出量在動(dòng)態(tài)過(guò)程中決定于輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出的穩(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)有靜差武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)完全不同，而是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，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)：a=Unm/nmax；*電流反饋系數(shù)：3=Uim/Idm;1.1 *兩個(gè)給定電壓的最大值Unm、Uim由設(shè)計(jì)者給定，受

15、運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制。1.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立涉及到可控硅觸發(fā)器和整流器的相關(guān)內(nèi)容，這里僅作簡(jiǎn)單介紹，具體的內(nèi)容將在第三章內(nèi)加以說(shuō)明。全控式整流在穩(wěn)態(tài)下，觸發(fā)器控制電壓Uct與整流輸出電壓Ua0的關(guān)系為：UaoAU2cosAU2cos(KUct)其中：A-整流器系數(shù)；U2-整流器輸入交流電壓；-整流器觸發(fā)角；Uct-觸發(fā)器移項(xiàng)控制電壓；K-觸發(fā)器移項(xiàng)控制斜率；整流與觸發(fā)關(guān)系為余弦，工程中近似用線性環(huán)節(jié)代替觸發(fā)與放大環(huán)節(jié)，放大系數(shù)為：K=Ua0/Uct繪制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖27雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖1.

16、4 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法pi調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如下圖所式123：19VilMRiUexUin由圖可得：R0EIR0C1C1II-1UindtKpiUinUindtK、一r-，一一Kpi:PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù):PI調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù)wKpiPI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：1.5 電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式全控整流電路基本數(shù)據(jù)如下:1)晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=402)電樞回路總電阻：R=0.5 Q3)時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.03s機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.18s4)調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0 =20 k設(shè)計(jì)指標(biāo)：靜態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差;動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i峪5%空載

17、起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量計(jì)算反饋關(guān)鍵參數(shù)：a=0.07v.min/r,3=0.05v/A一.電流環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)a）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts0.0017s;（見(jiàn)附錄表一）為了基本濾平波頭,電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s（三相橋式電路每個(gè)波頭是時(shí)間是3.3ms,應(yīng)有(12)Toi=3.33ms,因止匕取Toi=2ms=0.002s)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T按小時(shí)間常數(shù)近似處理TsToi0.0037sT一T.T。(Ts和Toi一般都比Tl小得多，可以當(dāng)作小慣性群近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)(2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)Ti0.012根據(jù)設(shè)計(jì)要求：?？?%0.00422.8610可按典型I型

18、設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。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.Ti檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：Ti0.012s3.240.0037s10由附錄表二，各項(xiàng)指標(biāo)可接受.(3)選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)KiACR超前時(shí)間常數(shù)iTl=0.012s電流環(huán)開(kāi)環(huán)時(shí)間增益0.5T0.50.0037s135.1siR的比例系數(shù)KiKiR135.10.0120.18300.0260.37(4)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率ciKi135.1s1cia)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件:3Ts,現(xiàn)為3Ts0.0017s196.1135.1近似條件;b)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)ci3信3:30.120.001279.06sci,滿足

19、近似條件;cic)小3.TsToi=30.00170.00251161.69s1ci,滿足近似條件。電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：%4.3%5%,也滿足設(shè)計(jì)要求。速度環(huán)的設(shè)計(jì)(1)確定時(shí)間常數(shù)11K-1 2T i 2 0.0037 0.0074s1 ：1 =0.014sT n 2T i Ton 0.0074 0.014 0.0214sn hT n 5 0.02140.107s轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益:Kn2T 22h T n5 12 Z 22 50.0214262.03s 2電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：Ton轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理：(2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都能較好的原則，在負(fù)載擾動(dòng)

20、點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差,還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此需要n由設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型n型系統(tǒng)一選用設(shè)計(jì)pi調(diào)節(jié)器。典型n型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)見(jiàn)附錄表三。(3)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)轉(zhuǎn)速截止頻率為:Kncn1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件: 轉(zhuǎn) 速 環(huán) 小54.05s 1 5T 5 0.0037i時(shí) 間 常 數(shù) 近 似cn,滿足條件；處 理 條11113、2T iTon3 2 0.0037 0.014s32.75scn(5)檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) h=5時(shí)，37.6% ,不能滿足要求.按 ASR退飽和的情況計(jì)算超調(diào)C-ma%81.2%,量：Cbnni

21、dRCe305 0.180.2274.5r miny 工十,滿足設(shè)計(jì)要求。ASR的比例系數(shù):h1CeTm60.0260.20.12Kn36.482hRT0250.0150.180.0214(4)近似校驗(yàn)-1Knn262.030.107s28.03s第二章觸發(fā)電路設(shè)計(jì)2.1 TC787介紹一、管腳介紹用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路，它可單電源工作，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)速和交流裝置，他們是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行的TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與TCA78

22、5及KJ（或KC）系列集成電路相比，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個(gè)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)，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。其管腳圖如圖2所示。圖2TC787管腳圖2.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)VcLLo18JY4VtDZ立口蠅支王,151C立V

23、r14WCcPiL5_TC787141chbelUCz-berTT1AC|_8_11H：-An-亞B（1） TC787適用于主功率器件是晶閘管的三相全控橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為晶閘管的移相觸發(fā)電路。而TC788適用于以功率晶體管（GTR）或絕緣柵雙極晶體管（IGBT）為功率單元的三相全橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為脈寬調(diào)制波產(chǎn)生電路，且任一種芯片均可同時(shí)產(chǎn)生六路相序互差60”的輸出脈沖。（2） TC787/TC788在單、雙電源下均可工作，使其適用電源的范圍較廣泛，它們輸出三相觸發(fā)脈沖的觸發(fā)控制角可在0180范圍內(nèi)連續(xù)同步改變。它們對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別非常可靠，使它們可方便地用作過(guò)零開(kāi)關(guān)，同

24、時(shí)器件內(nèi)部設(shè)計(jì)有移相控制電壓與同步鋸齒波電壓交點(diǎn)(交相)的鎖定電路，抗干擾能力極強(qiáng)。電路自身具有輸出禁止端，使用戶可在過(guò)電流、過(guò)電壓時(shí)進(jìn)行保護(hù)，保證系統(tǒng)安全。(3) TC787/TC788可方便地通過(guò)改變引腳6的電平高低，來(lái)設(shè)置其輸出為雙脈沖列還是單。、具體設(shè)計(jì)電路圖圖3由TC787構(gòu)成的三相六脈沖觸發(fā)電路第三章晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)3.1 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)正常工作時(shí)，晶閘管承受的最大峰值電壓為um,超過(guò)此峰值電壓的就算過(guò)電壓。在整流裝置中，任何偶然出現(xiàn)的過(guò)電壓均不應(yīng)超過(guò)元件的不重復(fù)峰值電壓udsm,而任何周期性出現(xiàn)的過(guò)電壓則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓UrsmO這兩種過(guò)電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可

25、避免的。抑制暫態(tài)過(guò)電壓的方法一般有三種：用電阻消耗過(guò)電壓的能量；用非線性元件限制過(guò)電壓的幅值；用儲(chǔ)能元件吸收過(guò)電壓的能量。若以過(guò)電壓保護(hù)裝設(shè)的部位來(lái)分，有交流保護(hù)，直流保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元器件保護(hù)3種。一、交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)交流側(cè)過(guò)電壓一般都是外因過(guò)電壓，在抑制外因過(guò)電壓的措施中，采用RC過(guò)電壓抑制電路是最為常見(jiàn)的。通常是在變壓器次級(jí)（元件側(cè)）并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能而儲(chǔ)存起來(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)生的振蕩。當(dāng)整流器容量較大時(shí)，RC電路也可以接在變壓器的電源側(cè)。RC參數(shù)計(jì)算變壓器每相平均計(jì)算容量為

26、_1_3_3STM20106.6710(VA)3(1)電容器的計(jì)算3,S6.6710由Ca6i0%浮(F)得：Ca68219.85(F)取Ca=20F。U21272電容器Ca的耐壓值為根據(jù)UCa1.5&U2(V)得：UCa1.5V2220446.7(V)取500V。故選擇參數(shù)為20F,500V的電容。(2)電阻值計(jì)算Ra2.31272510 103，82.93()考慮到所取電容Ca已大于計(jì)算值，故電阻Ra可適當(dāng)取小些。取Ra=2。正常工作時(shí)，RC支路始終有交流電流過(guò)，過(guò)電壓總是短暫的，所以可按長(zhǎng)期發(fā)熱來(lái)確定電阻的功率。RC支路電流Ic可由式(2.13)確定，即由IC2fCaUC106(A)得：

27、Ic25020y/31271061.38(A)a電阻Ra的功率為由PR(34)ICR(W)得：PR(34)1.3822(1115)(W)aa故選用2,50W的電阻。式中Stm變壓器每相平均計(jì)算容量(VA)。U2變壓器二次相電壓有效值(V)。i。一勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)當(dāng)Stm幾百伏安時(shí)i0%=10,當(dāng)Stm1000伏安時(shí)i0%=35。Uk%變壓器的短路比，當(dāng)變壓器容量為101000KVA時(shí)，Uk%=510。Ic,UCa一當(dāng)Ra正常工作時(shí)電流電壓的有效值(A,V)三、晶閘管換相過(guò)電壓的保護(hù)由于晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般只承受換相過(guò)電壓，沒(méi)有關(guān)斷過(guò)電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒(méi)有較大的du/dt,所以晶閘管的緩沖電路就

28、簡(jiǎn)化為了晶閘管的換相過(guò)電壓保護(hù)，即采用RC吸收電路即可。其電路圖如圖5所示。圖5晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)電路圖電容C的選擇為C(24)Itav103(24)50103(0.10.2)(F)取C=0.2F,電阻一般取403.2晶閘管過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)變流裝置發(fā)生過(guò)電流的原因歸納起來(lái)有如下幾個(gè)方面：(1)外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。(2)內(nèi)部短路：如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路。(3)可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過(guò)大。(4)生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生過(guò)載或堵轉(zhuǎn)等。晶閘管元件承受過(guò)電流的能力也很低，若過(guò)電流數(shù)值較大而切斷電路的時(shí)間又稍長(zhǎng)，則晶閘管元件因熱容量小就會(huì)產(chǎn)生熱擊穿而損壞。晶閘管變流裝置可能采用的過(guò)流保護(hù)措施有：交流斷路器；進(jìn)線電抗器；靈敏過(guò)電流繼電器；斷路器；電流反饋控制電路；直流快速開(kāi)關(guān)；快速熔斷器。本設(shè)計(jì)采用的晶閘管過(guò)電流保護(hù)措施是快速熔斷器保護(hù)方法，其參數(shù)的選擇為：因工作時(shí)電壓為380V，取URN500V。IR11rId r 55 31.75(A) ,33流過(guò)快速熔斷器的電流的有效值IR快速熔斷器的額定電流為IRNkikaIR1.51.231,7557.15(A)選取IRN80