十機架連軋機分布傳動直流調(diào)速10組數(shù)據(jù)

1、 摘要直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣精度高動態(tài)性能好和抑郁控制等優(yōu)點，因此本設(shè)計運用電力拖動控制系統(tǒng)的理論知識設(shè)計出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，并詳細分析系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能，且利用SIMULINK隊系統(tǒng)進行各種參數(shù)的給定的仿真。通過仿真驗證理論分析正確性。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的性能很好，具有調(diào)速范圍廣，精度高、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了連個調(diào)節(jié)器，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR。分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。本文對直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計進行了分析，對直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理進行的說明。通過對開環(huán)、單閉環(huán)以及雙閉環(huán)的數(shù)學(xué)和物理模型的電路設(shè)計，調(diào)速方案的方案選定，主電路計算，參數(shù)選定，觸發(fā)電路

2、的選擇與校驗，控制電路設(shè)計計算，以及雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計，最后用MATLAB/SIMULINK仿真，得出仿真結(jié)果，根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用, 并通過對調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計, 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形。并對得到的波形進行分析。關(guān)鍵詞：直流電機；雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；SIMULINK仿真目錄緒論21. 方案設(shè)計31.1 設(shè)計題目和設(shè)計要求31.1.1 設(shè)計題目31.1.2 設(shè)計的要求41.2 調(diào)速的方案選擇51.2.1 直流電動機的選擇51.2.2 電動機供電方案的選擇51.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇62. 主電路的設(shè)計82.1 整流變壓器計算82.2 晶閘管的選擇1

3、02.3 平波電抗器的計算113. 晶閘管的保護143.1 晶閘管過電流保護143.2 過電壓保護154. 觸發(fā)電路的設(shè)計175. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和選擇195.1 電流環(huán)(ACR)的選擇和校驗195.2 轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)的選擇和校驗216. 控制電路的設(shè)計236.1 給定環(huán)節(jié)的選擇236.2 轉(zhuǎn)速檢測裝置的設(shè)計236.3 電流檢測裝置的設(shè)計237. 系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真247.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置247.1.1 開環(huán)物理模型的構(gòu)建247.1.2 單閉環(huán)物理模型的構(gòu)建247.1.3 雙閉環(huán)物理模型的構(gòu)建257.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析26總結(jié)28參考文獻

4、29附錄 主電路圖30緒論1. 課程設(shè)計的意義雙閉環(huán)拖動控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中重要的拖動控制系統(tǒng)，應(yīng)用很廣泛，也是其他復(fù)雜控制的基礎(chǔ)。本專業(yè)學(xué)生應(yīng)充分掌握雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備及器件選擇、參數(shù)整定計算以及繪制系統(tǒng)電路原理圖等內(nèi)容，并且初步掌握設(shè)計的方法和步驟，同時增強獨立查閱資料、分析問題和解決問題的能力以及刻苦鉆研的工作作風(fēng)。本設(shè)計以直流電動機為被控對象，設(shè)計一套雙閉環(huán)無靜差拖動控制系統(tǒng)。2. 課程設(shè)計的要求 (1) 根據(jù)設(shè)計課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，在教師指導(dǎo)下，能夠獨立而正確地進行方案論證和設(shè)計計算，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整。(2) 要求掌握交直流調(diào)速系統(tǒng)的

5、設(shè)計內(nèi)容、方法和步驟。(3) 要求會查閱有關(guān)參考資料和手冊等。(4) 要求學(xué)會選擇有關(guān)元件和參數(shù)。(5) 要求學(xué)會繪制有關(guān)電氣系統(tǒng)圖和編制元件細節(jié)。(6) 要求學(xué)會編寫設(shè)計說明書。3. 課程設(shè)計的目的(1)通過課程設(shè)計，進一步鞏固、深化和擴充在直流調(diào)速及相關(guān)課程方面的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能，達到培養(yǎng)獨立思考、分析和解決實際問題的能力。(2)通過課程設(shè)計，獨立完成一項直流調(diào)速系統(tǒng)課題的基本設(shè)計工作，達到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和實際查閱相關(guān)設(shè)計資料能力的目的。(3)通過課程設(shè)計，使熟悉設(shè)計過程，了解設(shè)計步驟，掌握設(shè)計內(nèi)容，達到培養(yǎng)工程繪圖和編寫設(shè)計說明的目的，為今后從事相關(guān)方面的實際工作打

6、下良好基礎(chǔ)。1. 方案設(shè)計1.1 設(shè)計題目和設(shè)計要求1.1.1 設(shè)計題目設(shè)計題目：十架連軋機部分傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 在冶金工業(yè)中，軋制過程是金屬壓力加工的一個主要工藝過程，連軋是一種可以提高勞動生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的先進方法，連軋機則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點是被扎金屬同時處于若干機架之中，并沿著同一方向進行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個機架的上下軋輥共用一臺電機實行集中拖動，不同機架采用不同電機實行部分傳動，各機架軋輥之間的速度實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。本課題的十機架連軋機的每個機架對應(yīng)一套直流調(diào)速系統(tǒng)，由此形成10個部分，各部分電動機參數(shù)見表1-1。表1-1 十架連軋機各部分電動機參數(shù)機架序

7、號電動機型號(KW)(V)(A)(r/min)()()P極對數(shù)1Z2-926723029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-514.223018.2514501.23.43

8、11.1.2 設(shè)計的要求(1)電樞回路總電阻取；總飛輪力矩(2)其它參數(shù)可參考教材中“雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計舉例”的有關(guān)數(shù)據(jù)。(3)要求：調(diào)速范圍D=10,靜差率；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時。(4)要求系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護。(5)要求觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。(6)要求對拖動系統(tǒng)設(shè)置給定積分器1.2 調(diào)速的方案選擇1.2.1 直流電動機的選擇 控制對象為直流電動機，其各個數(shù)據(jù)見表1-2。表1-2第10組 電機參數(shù)表電機型號(KW)(V)(A)(r/min)()()P極對數(shù)Z2-514.223018.2514501.23.4311.2.2 電動機供電方案的選

9、擇 由晶閘管相控整流器給直流電動機供電的調(diào)速系統(tǒng)簡稱為V-M系統(tǒng)。V是晶閘管可控整流器，它可以是單相、三廂或者更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。調(diào)節(jié)電樞電壓的直流跳崖調(diào)速除了利用晶閘管整流器將交流電壓整流成可調(diào)的直流電壓外，還可采用脈寬調(diào)制技術(shù)，將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變、大小可調(diào)的直流電壓，利用以實現(xiàn)直流電動機電樞端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。采用門極關(guān)斷（GTO)晶閘管、電力晶體管GTR等全控性電力電子器件組成的直流脈沖寬度調(diào)制。PWM-M系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在許多方面具有較大的

10、優(yōu)越性：(1)主電路線路簡單，需用的功率器件少。(2)開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電動機損耗和發(fā)熱都較小。(3)低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬。(4)系統(tǒng)快速響應(yīng)性性能好，動態(tài)抗擾能力強。(5)主電路器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率高。(6)直流電源采用不可控三相整流時，功率因數(shù)高。 在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的

11、電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。1.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇 采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過

12、程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉(zhuǎn)速負反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動保護。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。綜上所述，可知雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有

13、明顯的優(yōu)點：(1) 具有良好的靜特性(接近理想的“挖土機特性”) 。(2) 具有較好的動態(tài)特性，啟動時間段(動態(tài)響應(yīng)快) ，超調(diào)量也較小。(3) 系統(tǒng)抗干擾能力強，電流環(huán)能較好的克服電網(wǎng)電壓波動的影響，而速度環(huán)能抑制被它保衛(wèi)的各個環(huán)節(jié)擾動的影響，并最后消除轉(zhuǎn)速偏差。(4) 由兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速。這樣，可以分別進行設(shè)計，分別調(diào)整(先調(diào)好電流環(huán)，再調(diào)速度環(huán)) ，調(diào)整方便。 雙閉環(huán)的原理框圖為1-3：圖1-3 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2. 主電路的設(shè)計2.1 整流變壓器計算1、 整流變壓器二次電壓的計算整流變壓器的參數(shù)計算應(yīng)考慮的因素：(1)最小觸發(fā)延遲角：一般可逆系統(tǒng)的取 30&

14、#176;50°，不可逆系統(tǒng)的取10°15°。(2)電網(wǎng)電壓波動：電網(wǎng)電壓允許波動范圍為+5%-10%，為迪昂王電壓最低時仍能保證最大整流輸出電壓的要求，通常取電網(wǎng)電壓波動系數(shù)為b=0.91.05。(3)漏抗產(chǎn)生換相壓降。(4)晶閘管或整流二極管正向?qū)▔航祅。電動機的額定電壓為230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。 U2是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會造成延遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按

15、(2-1)計算，即： (2-1) 式中，為變壓器二次相電壓；為電動機的額定電壓；b為電網(wǎng)波動系數(shù)，一般取0.900.95；為整流電壓計算系數(shù)，(11.2)考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計要求，在要求不高的場合，可以采用（2-1）公式：取=230V, 由表2-1取=2.34，b=0.9 =令=120V表2-1 常用整流電路計算系數(shù)電路形式換相電抗壓降計算系數(shù)整流電壓計算系數(shù)晶閘管電壓計算系數(shù)晶閘管電流計算系數(shù)整流變壓器二次相電流計算系數(shù)整流變壓器一次相電流計算系數(shù)整流變壓器視在功率計算系數(shù)整流變壓器漏抗計算系數(shù)整流變壓器漏抗折算系數(shù)整流變壓器電阻折算系數(shù)三相全控橋式0.52.342.450.36

16、70.8160.8161.051.22222、 變壓器一次、二次側(cè)電流計算(1)由表2-1查得, 考慮變壓器勵磁電流得：二次相電流的計算如下： (2-2) 式中，為二次相電流計算系數(shù)，為整流器額定直流電流等于電動機的最大額定電流 ,采用公式(2-2) 得 (2)一次相電流I1的計算 (2-3) 式中，電壓比, =18.25A由 (2-3) 得3、 變壓器容量的計算一次容量： (2-4)二次容量： (2-5) 式中分別為變壓器一次、二次繞組的相數(shù)，對于全控橋，；為一次相電流計算系數(shù)；為整流器的空載電壓；為二次相電流計算系數(shù)；為整流電壓計算系數(shù)。由公式(2-4)、(2-5)、由表2-1得 取S=3

17、.35KVA2.2 晶閘管的選擇1、晶閘管額定電壓的選擇應(yīng)考慮下列因素：(1)分析電運行時晶閘管可能承受的最大電壓值(2)考慮實際情況，器件應(yīng)留有余量。通常按（2-6）計算 (2-6)公式中的為晶閘管可能承受的電壓最大值，單位為V。當(dāng)整流器的輸入電壓和整流器的連接方式確定后，常采用查計算系數(shù)表來選擇計算。 即=(23) (2-7)(2-7)式中為晶閘管的電壓計算系數(shù)；為整流變壓器二次相電壓。整流電路形式為三相全控橋，由表2-1得=2.45，由(2-17)得 =（23）*2.45*120=637955.3V2、晶閘管的額定電流的選擇選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于

18、實際流過管子電流最大有效值 ，即 =1.57> 或 >=K 考慮(1.52)倍的裕量 (2-8) 式中為晶閘管電流計算系數(shù);為整流器輸出最大平均電流；當(dāng)晶閘管作為電樞供電時，取為電動機工作電流的最大值。由表2-1得 ，考慮(1.52)倍的裕量，由(2-8)得： 取=10。經(jīng)查表可知：晶閘管的型號為KP(3CT)10。2.3 平波電抗器的計算為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。電抗器的主要參數(shù)有額定電抗、額定電流、額定電壓降及結(jié)構(gòu)形式等。計算各種整流電路中平波電抗器和均衡電抗器電感值時，應(yīng)根據(jù)電抗器在電路中的作用進行選擇計算。

19、(1)電動機電感量和變壓器漏電感量電動機電感量（單位為mH）可按下式計算： (2-9)式中 直流電動機電壓，單位為V；為直流電動機的額定電流，單位為A；為直流電動機的額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min；p為電動機的極對數(shù)；為計算系數(shù)，一般無補償電動機取812快速無補償電動機取68，有補償電動機取56。本設(shè)計中取=8、=230V、=18.25A、n=1450r/min、p=1由(2-9）得 = mH =4.34mH (2)整流變壓器漏電感量計算 (2-10)式中計算系數(shù)，三相全橋取3.9；為整流變壓器阻抗電壓百分比，一般取0.051.0；為整流變壓器的二次相電壓；為直流電動機額定電流。為變壓器的短路比，

20、取3。本設(shè)計中取=3.9、=0.6。所以 =3.9×0.6×120/（100×18.25）=0.1539H (3)保證電流連續(xù)的臨界電感量。使輸出電流在最小負載電流時仍能連續(xù)所需的臨界電感值（mH）。 (2-11) 式中為臨界計算系數(shù)，三相全控橋為0.693；為最小負載電流，常取電動機額定電流的5%10%計算；為整流變壓器的二次相電壓。 =0.05=0.05×18.25A=0.9125A=0.695*120/0.9125mH=91.40mH (2-12)(4)限制電流脈動所需電抗器的電感值由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。

21、該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。通常負載需要的只是直流分量，對電動機負載來說，過大的交流分量會使電動機換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。平波電抗器的臨界電感量(單位為mH)可用(2-13)式計算： (2-13)式中為臨界計算系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，三相全控橋為1.045；為電流最大允許脈動系數(shù)，通常三相電路（510）%；為整流變壓器的二次相電壓，為電動機最小工作電流，取額定電流的5%10%，由(2-13)得=1.045*120/10%*18.25=68.71mH(5)實際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時的實際

22、電感量：mH (2-14) (6) 電樞回路總電感:=64.084.342×0.1539 mH =68.73mH (2-15)3. 晶閘管的保護3.1 晶閘管過電流保護晶閘管承受過電流的能力比一般的電器差的多，必須在短時間內(nèi)把電源斷開或者把電流值降下來。3-2 常見的過電流保護方案(1)快速熔斷器保護?？焖偃蹟嗥饔锌焖偃蹟嗟奶匦裕蹟鄷r間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷。快速熔斷器的選擇主要考慮下述幾個方面： 1)快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值，即 (3-1)2)快速熔斷器的額定電流（有效值）應(yīng)大于等于被保護晶閘管的額定電流。若熔斷器與橋臂晶閘管串聯(lián)時

23、，熔體的額定電流可按計算： 1.57 (3-2)式中，為被保護將閘管的額定電流；為快速熔斷器的額定電流；為實際流過晶閘管的最大電流有效值。 由于晶閘管額定電流在選擇時已經(jīng)考慮了安全裕量1.52，因此通常按下式計算： = (3-3)由于快速熔斷器的價格較高，一般情況下，總是先讓其他過電流保護措施動作，盡量避免直接快速熔斷器熔斷。(2)過電流繼電器保護。過電流繼電器可以安裝在交流側(cè)或者直流側(cè)，檢測主電路的電流。由于過電流繼電器和斷路器或接觸器動作需要幾百毫秒，只能用于當(dāng)機械過載引起的過電流或短路不大于保護晶閘管。(3)直流快速開關(guān)。直流快速開關(guān)常用于大容量的整流器的直流側(cè)過載和短路保護。快速開關(guān)的

24、動作時間為23ms。分?jǐn)鄷r間不超過2530ms。選擇時，其額定電壓、額定電流應(yīng)不小于變流裝置的額定值。3.2 過電壓保護針對形成過電壓原因不同，可采取不同的抑制方法。3-2常見的過電壓保護(1)交流側(cè)過電壓保護措施1)阻容保護 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進行保護。本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=18.13KVA, =121.29V取值：當(dāng) S=50100KVA時，對應(yīng)的=41，所以取3。C6S/U22=6×3×18.12×103/121.292=22.18µF耐壓1.5Um =1.5×121.29×=257.25V選取20µ

25、;F,耐壓300V的鋁電解電容器。 選取: S=18.13KVA, S=50100KVA，=15，所以 =3R2.3 U22/S =2.3×121.292/18.13×103=1.87取 R=2IC=2fCUC×10-6=2×50×10×121.29×10-6=0.381 APR(3-4)IC2R=(34) ×0.3812×2=（0.82.32）W選取電阻為2，2W的金屬膜電阻。2)壓敏電阻的計算=1.3××121.29=222.96V (3-4)流通量取5KA。選MY31-330/5

26、型壓敏電阻（允許偏差+10%）作交流側(cè)浪涌過電壓保護。(2)直流側(cè)過電壓保護直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)保護相同保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。(1.82)=(1.82.2) ×230=414460V (3-5) 選MY31-440/5型壓敏電阻(允許偏差+10)作直流側(cè)過壓保護。(3)晶閘管換相電壓保護措施 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路的方法。電容耐壓值，通常按加在晶閘管兩端工作電壓的峰值的1.11.5倍計算。電阻功率(W)為 (3-

27、6) 4. 觸發(fā)電路的設(shè)計三相整流電路中必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時給觸發(fā)脈沖為此可以采用兩種辦法：一種是使每個觸發(fā)脈沖寬度大于60°，稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一信號晶閘管的同時給前一號晶閘管補發(fā)一個脈沖，相當(dāng)于用兩個窄脈沖等效代替一個寬脈沖，稱雙脈沖觸發(fā)。1、為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應(yīng)保證按觸發(fā)角的大小在正確的時刻相電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖，因此，習(xí)慣上也將實現(xiàn)對相控電路相位控制的電路總稱為觸發(fā)電路。晶閘管的觸發(fā)電路應(yīng)滿滿足下列要求：(1)觸發(fā)電路的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通；(2)觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠大的幅度；(3)所提供的觸發(fā)脈沖不應(yīng)超過晶閘管的電

28、壓。此設(shè)計選用SG3524作為觸發(fā)電路的主要器件，SG3524是通用型脈寬調(diào)制器(PWM)，屬于數(shù)子、模擬混合型集成電路，占空比可在0100%之間調(diào)節(jié)。觸發(fā)電路圖如4-1：圖4-1 觸發(fā)電路圖在上圖中，ACR的輸出Uc可以調(diào)節(jié)占空比在0100%內(nèi)變化。使整流器的輸出電壓在0UN內(nèi)變化，電機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速也跟其變化。如果電機轉(zhuǎn)速由于外界機械原因發(fā)生改變，對應(yīng)測速發(fā)電機的輸出也跟隨變化。測速發(fā)電機輸出的變化直接影響ASR的調(diào)節(jié)，從而Uc的大小，Uc大小的變化改變GS3524輸出波形的占空比，從而使斬波電路的輸出電壓平均值改變，使電機轉(zhuǎn)速返回到預(yù)先設(shè)定的值。2、根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，正確供給各

29、觸發(fā)電路特定相位的同步型號電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖，這種正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步信號電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步。5. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和選擇晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三項橋式全控整流電路?；緮?shù)據(jù)如下：直流電動機：230V、18.25A 、1450r/min 、允許過載倍數(shù)；整流裝置放大系數(shù)：；電樞回路總電阻：；時間常數(shù)：；電流反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：設(shè)計要求如下：靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速超調(diào)量。5.1 電流環(huán)(ACR)的選擇和校驗1、確定時間常數(shù)。1)整流裝置滯后時

30、間常數(shù)： 對于三相橋式電路，平均失控時間為。2)電流濾波時間常數(shù)：三相橋式電路的每個波頭時間為3.33ms，為基本濾平波頭，應(yīng)有（1這里?。﹦t電流環(huán)小時間常數(shù)3)電流環(huán)小時時間常數(shù)：按小時時間常數(shù)近似處理，。2、確定將電流環(huán)設(shè)計成何種典型系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)計要求，而且，因此，電流環(huán)可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。 3、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇。ACR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為(5-1)。 (5-1)ACR參數(shù)選擇如下： 電流環(huán)開環(huán)增益，要求%時，故應(yīng)取，因此 電流反饋系數(shù)：于是，ACR的比例系數(shù)為：ACR的積分系數(shù)：5-1 ACR電路3、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算:因為 且 有電機參數(shù)可知： =； 即給定值為

31、4、校驗近似條件 電流環(huán)截至頻率為： (1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件： 滿足近似條件。 (2)忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：滿足近似條件。(3)電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：滿足近似條件5.2 轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)的選擇和校驗1、確定時間常數(shù)。1)電流環(huán)等效時間常數(shù)為。2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取。3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時常數(shù)近似處理，取 。2、 確定將轉(zhuǎn)速設(shè)計成何種典型系統(tǒng)。由于設(shè)計要求轉(zhuǎn)速環(huán)無靜差，ASR必須含有幾分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)設(shè)計要求：應(yīng)按典型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。3、 ASR的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇。ASR可選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例

32、系數(shù)，為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)選擇ASR的參數(shù)如下：按跟隨性和抗擾性能都較好的原則取，則ASR時間常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 電流反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：ASR的比例系數(shù)為：。ASR的積分系數(shù)：5-2 ASR電路4、檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為，滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：，滿足近似條件。6. 控制電路的設(shè)計6.1 給定環(huán)節(jié)的選擇轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動變阻器即可獲得相應(yīng)大小的發(fā)、給定信號。轉(zhuǎn)速給定電路可以產(chǎn)生幅度可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或者可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。其中，在設(shè)計過程會發(fā)現(xiàn)，滑動變阻器的輸出端會產(chǎn)生分流現(xiàn)象，這會導(dǎo)致其分壓的值

33、產(chǎn)生很大誤差，影響試驗效果；最終，我們采用了電壓跟隨其來對其進行電位隔離，由于電壓跟隨其的輸入阻抗非常大，所以不會產(chǎn)生分流現(xiàn)象，有效的解決了上述問題。6.2 轉(zhuǎn)速檢測裝置的設(shè)計轉(zhuǎn)速檢測電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號變換為與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，濾除交流分量，成系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號。轉(zhuǎn)速檢測電路主要由測速發(fā)電機組成，將測速發(fā)電機與直流電動機同軸連接，測速發(fā)電機輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速稱正比的電壓信號，經(jīng)過濾波后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號反饋回系統(tǒng)。6.3 電流檢測裝置的設(shè)計電流檢測電路主要作用是獲得與主電路電流成正比的電壓信號，經(jīng)過濾波整流后，再作用于控制系統(tǒng)中。該電路主要由電流互感器構(gòu)成，將電流互

34、感器接于主電路中，在輸出端即可獲得與主電路電流構(gòu)成正比的電壓信號，起到電器隔離的作用。7. 系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真SIMULINK是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。SIMULINK可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，SIMULINK提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠

35、標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。7.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置7.1.1 開環(huán)物理模型的構(gòu)建 根據(jù)設(shè)計的要求搭建物理模型，利用仿真模型仿真找到合適的的值，經(jīng)仿真找到的范圍為145V180V，如圖7-1:圖7-1 開環(huán)物理模型7.1.2 單閉環(huán)物理模型的構(gòu)建圖7-2為轉(zhuǎn)速單閉環(huán)物理模型及其仿真結(jié)果。采用了PI控制器的單閉環(huán)系統(tǒng)，雖然實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速，但因其結(jié)構(gòu)中含有電流截至負反饋環(huán)節(jié)，限制了起制動的最大電流。加上電機反電勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流達到最大值之后迅速降下來，這樣電動機轉(zhuǎn)速也減小下來，使起動過程變慢，起動時間增長。 圖7-2 單閉環(huán)物理模型7.1.3 雙閉環(huán)物理模型的構(gòu)建 為了提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，要求盡量雖短過度過程時間。我們希望使電流在起動時始終保持在最大允許上，電動機輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而可使轉(zhuǎn)速直線上升過渡過程時間大大縮短。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。雙閉環(huán)仿真模型如圖7-3所示。仿真結(jié)果符合要求。圖7-3 雙閉環(huán)物理模型7.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模