電力拖動(dòng)V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要2第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)書3第2章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成4 2.1 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定.4 2.1.1 設(shè)計(jì)思路.4 2.1.2 主電路的確定.42.2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成.5第3章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算.73.1 整流變壓器容量計(jì)算.73.1.1 次級(jí)電壓U2.73.1.2 次級(jí)電流I2和變壓器容量.83.2 晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算.8 3.2.1 晶閘管額定電壓UTN8 3.2.2 晶閘管額定電流ITN.83.3 平波電抗器電感量計(jì)算.83.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算.93.4.1過電壓保護(hù)93.4.2過電流保護(hù) .11第4章 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì).13第

2、5章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì).1451電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1452轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)17設(shè)計(jì)小結(jié)18參考文獻(xiàn)19附錄 V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖20摘 要電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它被廣泛地應(yīng)用于一般生產(chǎn)機(jī)械需要?jiǎng)恿Φ膱龊?，也被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械等需要高性能電氣傳動(dòng)的設(shè)備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管

3、整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。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)。 本設(shè)計(jì)報(bào)告首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對(duì)電路各元件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器、整流元件、平波電抗器、保護(hù)電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。最后給出參考資料和設(shè)計(jì)體會(huì)。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書某電動(dòng)拖車， V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)要求：1該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作2系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差

4、率s0.2）3動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量n8%，電流超調(diào)量i5%，動(dòng)態(tài)速降n8-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts1s 4系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)5調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動(dòng)措施設(shè)計(jì)內(nèi)容：1根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖2調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等）3驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)（模擬觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、數(shù)字觸發(fā)器電路 均可）4動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行

5、參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求5繪制V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖）6整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書技術(shù)數(shù)據(jù)：晶閘管整流裝置：Rrec=0.032，Ks=45-48。負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN=90KW，UN=440V，IN=220A，nN=1800r/min，Ra=0.088，=1.5。系統(tǒng)主電路：R=0.12，Tm=0.1s第2章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成21 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定2.1.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電，采用三相橋式全控整流電路作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)直流電源。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角的大

6、小來控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)M的電源電壓。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式 n=( Ud/Ce)-(RO+Ra)T/ CeCT2 Ud 整流電壓 RO 整流裝置內(nèi)阻可知，改變Ud，即可改變轉(zhuǎn)速n。2.1.2 主電路的確定雖然三相半波可控整流電路使用的晶閘管個(gè)數(shù)只是三相全控橋整流電路的一半，但它的性能不及三相全控橋整流電路。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動(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（將近50）。把該電路應(yīng)用于本設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。三相全控橋整流電路實(shí)際上是組成三相半波

7、晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽極組串聯(lián)電路，如圖六所示。三相全控橋整流電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)共陰極組和共陽極組同時(shí)進(jìn)行控制，控制角都是。在一個(gè)周期內(nèi)6個(gè)晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差。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)在共陽極組，另外一個(gè)在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通。晶閘管與 按A相，晶閘管與 按B相，晶閘管與 按C相，晶閘管接成共陽極組，晶閘管 接成共陰極組。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路

8、。由于電網(wǎng)電壓與工作電壓（U2）常常不一致，故在主電路前端需配置一個(gè)整流變壓器，以得到與負(fù)載匹配的電壓，同時(shí)把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾?？紤]到控制角增大，會(huì)使負(fù)載電流斷續(xù)，并且負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流的脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗，故在直流側(cè)串接一個(gè)平波電抗器，以限制電流的波動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電壓、過電流保護(hù)裝置。圖2-122 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就

9、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)。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

10、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。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子電換器的最大輸出電壓Udm。系統(tǒng)組成的原理框圖如下：ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR電流調(diào)節(jié)器， TG測速發(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 圖2-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框第3章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參

11、數(shù)計(jì)算3.1 整流變壓器容量計(jì)算3.1.1 次級(jí)電壓U2： 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（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）電樞電阻的壓降綜合以上因素得到的U2精確表達(dá)式為： A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角=0°時(shí)，整流電壓平均

12、值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。B=Ud/Ud0，表示控制角為時(shí)和=00時(shí)整流電壓平均值之比。UK%變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，1001000千伏安的變壓器取UK%=58為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%-10%，即=1.050.9C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)么值，對(duì)容量為15150KW的電動(dòng)機(jī)，通常ra=0.080.04nUT表示主電路中電流經(jīng)過幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降對(duì)于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知,公式中的控制角應(yīng)取300為宜。=0.9,A=2.34,B=

13、0=，C=0.5，UK%=5 取U2=270V3.1.2 次級(jí)電流I2和變壓器容量：I2=KI2·Id , KI2為各種接線形式時(shí)變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。對(duì)于本設(shè)計(jì)KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故I2=0.816×220=179.52A S=1/2（S1+S2）=m1U1I1=m2U2I2=3×270×179.52=145.41KVA3.2 晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算3.2.1 晶閘管額定電壓UTN 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)和操作過電壓等因素，還要放寬23倍

14、的安全系數(shù)，即按下式選取UTN=（23）UM，式中系數(shù)23的取值應(yīng)視運(yùn)行條件，元件質(zhì)量和對(duì)可靠性的要求程度而定。對(duì)于本設(shè)計(jì)，UM=U2，故計(jì)算的晶閘管額定電壓為UTN=（23）U2=（23）×270=13231984V,取1800V3.2.2 晶閘管額定電流IT（AV） 為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來計(jì)算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值。可按下式計(jì)算：IT（AV）=(1.52)KfbIMAX，式中計(jì)算系數(shù)Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當(dāng)=00時(shí)，三相全控橋電

15、路Kfb=0.368故計(jì)算的晶閘管額定電流為IT（AV）=(1.52)KfbIMAX =(1.52) ×0.368×(220×1.5)=182.16242.88A，取200A3.3 平波電抗器電感量計(jì)算 由于電動(dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量時(shí)，要從根據(jù)等效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種電感量。電樞電感量LM按下式計(jì)算 P電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，KD計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無補(bǔ)償電機(jī)：KD=812對(duì)于本設(shè)計(jì)，P=2，KD=10則整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算 U2變壓器次級(jí)相電壓有效值Id晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載

16、電流KB與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)對(duì)于本設(shè)計(jì)，KB=3.9，=5則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按下式計(jì)算，K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693則使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L平L平=L-LM-2LB=17.01-2.77-2×0.24=13.76(mH)電抗器電感量應(yīng)大于15 mH3.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 過電壓保護(hù)：交流側(cè)過電壓的保護(hù)圖3-1 采用RC過電壓抑制電路如圖3-1所示，在變壓器次級(jí)并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲(chǔ)起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一

17、部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的震蕩。本設(shè)計(jì)采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為Y聯(lián)結(jié)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù) 電容C的耐壓 電阻R的功率為式中 ST變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）U2變壓器次級(jí)相電壓有效值（V）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)=35UK%變壓器的短路電壓百分比IC,UC當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值（A，V） 對(duì)于本設(shè)計(jì)，UK%=5， =5，ST=145.41/3=48.47KVA（1） 電容器的計(jì)算,取7,取1200V選擇C=7F，耐壓1200V的金屬化紙介電容(2)電阻值的計(jì)算取R=20RC支路電流IC

18、近似為電阻R的功率為 直流側(cè)的過電壓保護(hù) 整流器直流側(cè)開斷時(shí)，如直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生 過電壓，如圖3-2所示本設(shè)計(jì)用非線性元?dú)饧种七^電壓，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，過電壓時(shí)(擊穿后)則能通過達(dá)數(shù)千安的浪涌電流， 所以抑制電流能力很強(qiáng)。圖3-2壓敏電阻的額定電壓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)于本設(shè)計(jì)：通常用于中小功率整流器操作過電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻通流容量可選擇（35）KA晶閘管換相過電壓保護(hù)

19、如圖3-3，在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶閘管換相過電壓的保護(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。圖3-33.4.2 過電流保護(hù) 在電路中串接的器件是快速熔斷器，這是一種最簡單有效而應(yīng)用最普遍的過電流保護(hù)元件，其斷流時(shí)間一般小于10ms，按圖3-4接法熔斷器與每一個(gè)晶閘管元件相串聯(lián)，可靠的保護(hù)每一個(gè)晶閘管元件。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： 電流裕度系數(shù)，取=1.11.5環(huán)

20、境溫度系數(shù)，取=11.2實(shí)際流過快熔的電流有效值對(duì)于本設(shè)計(jì)：因U2=270V，取URN=550V； ， 取=120A。 因而可選取RS3型550V/120A的快熔。圖3-4第4章 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì) 由于集成觸發(fā)電路不僅成本低、體積小，而且還有調(diào)式容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用KJ041集成觸發(fā)電路。 KJ041為6路雙脈沖形成器，它是三相全空橋式電路的觸發(fā)器，它具有雙脈沖形成和電子開關(guān)封鎖等功能。KJ041實(shí)用電路如圖4-1所示，移相觸發(fā)器輸出脈沖加到該器件的16端，器件內(nèi)的輸入二極管完成“或”功能，形成補(bǔ)脈沖，該脈沖經(jīng)放大后分6路輸出。當(dāng)控制端7接邏輯“0”電平時(shí)，器件內(nèi)的電子開關(guān)

21、斷開，各路輸出觸發(fā)脈沖。 采用KJ041集成觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180度。本設(shè)計(jì)主電路整流變壓器采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。這時(shí)，同步電壓選取的結(jié)果見表4-1。圖4-1同步變壓器和整流變壓器接法 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub同步電壓-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc+Usb表4-1 各晶閘管的同步電壓第五章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)51 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)5.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù)Tl：由上可知L=35.98mH，R=0.5，整流電路形式最大失控時(shí)間Tsmax/ms平

22、均失控時(shí)間Ts/ms單相半波20 10單相橋式 10 5三相半波 6.67 3.33 三相橋式3.33 1.67表5-1 各種整流電路的失控時(shí)間（f=50Hz）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts：按表5-1，三相橋式電路的平均失控時(shí)間為Ts=0.0017s。 電流濾波時(shí)間Toi：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1-2）Toi=3.33s，因此取Toi=2ms=0.002s。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和Ti：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。5.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控

23、制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為，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： =0.142/0.0037=38.31，對(duì)照典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)i=Tl=0.07s。電流開環(huán)增益：要求i5%時(shí)，按表5-2應(yīng)取KITi=0.5，因此KI=0.5/Ti=0.5/0.0037=135.1s-1。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A于是，ACR的比例系數(shù)為參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691

24、.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tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間tp8.3T 6.2T 4.7T3.6T相對(duì)穩(wěn)定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率c0.243/T0.367/T0.455/T 0.596/T 0.786/T表5-2 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系5.1.4 近似條件校驗(yàn) 電流環(huán)截止頻率：ci=KI=135.1s-1。 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:1/（3Ts）=1/（3×0.0017）=196

25、.1s-1ci，滿足近似條件。 忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件: ，ci，滿足近似條件。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:ci，滿足近似條件。5.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為Ri=KiR0=1.642×40=65.68k，取65 k； Ci=i/Ri=0.07/（65×103）1.08×10-6F=1.08F，取1.1F； Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6F，取0.2F。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%（見表5-2），滿足設(shè)計(jì)要

26、求。52 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)5.2.1 時(shí)間常數(shù)的確定 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：已取KITi=0.5，則1/KI=2Ti=2×0.0037=0.0074s。 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(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)間近似處理, Tn=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s 5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，選用典型型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 5.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 按跟隨和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=hTn=5×0.0174=0.087s，可求得轉(zhuǎn)

27、速環(huán)開環(huán)增益，因?yàn)镃e=（UN-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1000=0.234Vmin/r，=10V/ nN =10/1800=0.006 Vr/min，于是可得ASR的比例系數(shù)為5.2.4 近似條件校驗(yàn) 由式K=1c得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件，滿足簡化條件，轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿足近似條件。5.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 取R0=40k，則Rn=KnR0=3.36×40=134.48k，取1400k； Cn=n/Rn=0.087/（140×103）0.621×10-6F=0.621F，取0.7F；Con=

28、4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1×10-6=1F，取1F。5.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，由表5-3查得，n=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。h3 4567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%tr/T2.402.652.853.003.103.203.303.35ts/T12.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111

29、表5-3 典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)z=0，已知=1.5，IN=220A，nN=1800r/min，Ce=0.234Vmin/r，Tm=0.1s，Tn=0.0174s。當(dāng)h=5時(shí)，由表5-4查得，Cmax/Cb=81.2%，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降nN=INR/ Ce=220×0.12/0.234=94.01 r/min，代入式 ， 計(jì)算得：n=能滿足設(shè)計(jì)要求。h345678910Cmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.00

30、3.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85表5-4 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系設(shè)計(jì)小結(jié)通過本次對(duì)一個(gè)V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)使我對(duì)電力電子技術(shù)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)。對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到工程設(shè)計(jì)時(shí)與實(shí)際相聯(lián)系的重要性，比如在計(jì)算元件參數(shù)時(shí)計(jì)算出來的值往往與實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)不符，這就需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行取舍。另外，做設(shè)計(jì)時(shí)信息十分重要，我運(yùn)用文件檢索工具查閱了大量的相關(guān)資料，這對(duì)設(shè)計(jì)大有益處。本次課程設(shè)計(jì)為對(duì)我將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作需要打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。通過三周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少。我可以將我所學(xué)理論知識(shí)很好的運(yùn)用到了實(shí)際當(dāng)中，在具體