雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇：由于電機(jī)上網(wǎng)容量較大，又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。電動機(jī)額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減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A/D聯(lián)結(jié)。因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)。出現(xiàn)故障電流時(shí)過電流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡單，工作可靠，裝置體積小，宜采用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應(yīng)保持恒定，勵磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵磁后加電樞電壓，主接觸器主觸點(diǎn)應(yīng)在勵磁繞組通電后方可閉合，同時(shí)設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)電動機(jī)的額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減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)。1.1整流變壓器的設(shè)計(jì) 變壓器二次側(cè)電壓 U的計(jì)算 2U是一個(gè)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 2延遲角α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。一般可按下式計(jì)算，即：U d2~1 U.1

（1-1）

2 BA

式中A--

理想情況下，α

=0°時(shí)整流電壓

U與二次電壓

U之比，即

A=U/；B-- 延遲角為α?xí)r輸出電壓U與U之比，即 B=U/U；d0dd0dε——電網(wǎng)波動系數(shù)；1——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；～ 1.21 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： U d(1-3)2.~U112BA=0.985B=cosαα角考慮10°裕量，則由表查得A=2.34；取ε=0.9；220V~127U1061~1.2=120V。，取U20.9850.92.34=380/120=3.2。電壓比K=U/U21I的計(jì)算一次、2二次相電流I、1.1.221=0.816K由表查得K=0.816,I2I1考慮變壓器勵磁電流得：IK550.81614A取,dI1A141.05I13.2KA44.955KI0.816Id2I2變壓器容量的計(jì)算1.1.3）（1-4UI；S=m1-5）I；（S=mU22221-6）；1111（S=1/2(S+S)21一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；--m、m式中21=3mm=3，由表查得2114=15.6KVA××380US=mI=3111144.9=14.85KVA110×=3=mUI×S2222=15.3KVA15.6+14.85）S=1/2(S+S)=1/2（21P，取=220×1.6=0.352kW考慮勵磁功率S=15.6kvAL晶閘管元件的選擇1.2晶閘管的額定電壓1.2.1U）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓～3晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（2TNUUU）3等級，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（2～mTNTNU6U，則整流電路形式為三相全控橋，查表得2m261105392~2~33U~2~38086UUV

（3-7）

2TNmU 700V取TN

晶閘管的額定電流I

大于實(shí)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

TN[8]I，即際流過管子電流最大有效值

TIIIIIIII

T

（1-8=1.57=>

） 或

>=K

dT

)T(AVTTNd)T(AVd2）倍的裕量～考慮（1.5II

（1-9）K）=（1.5～2d)AVT(II）電流計(jì)算系數(shù)。（1.57式中K=/Td此外，還需注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。②當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。由表查得K=0.368，考慮1.5～2倍的裕量KI~2.15I（1-10）dAVT0.36848.4A~1.25536.4~1.52I50A。故選晶閘管的型號為KP50-7晶閘管元件。(可用取3CT107替換)。AVT1.3直流調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。 過電壓保護(hù)以過電壓保護(hù)的部位來分， 有交流側(cè)過壓保護(hù)、 直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。3交流側(cè)過電壓保護(hù)1）阻容保護(hù)①=6×10×5200/110=25μFC≥S/U2222=233V=1.5耐壓≥1.5U×110m由公式計(jì)算出電容量一般偏大，實(shí)際選用時(shí)還可參照過去已使用裝置情況來確定保護(hù)電壓250V。的容量，這里選CZJD-2型金屬化紙介電容器，電容量20uF，耐壓U=5取，shU5sh22/S2.3U，取2.2ΩR/5200=2.3×110≥×=2.2Ω210Iem-6-6110=0.69A10×50π××20×I=2πfCU×10=2CC224.2W）×2.2=3.1～4)P≥(3～4)IR=(3～×（0.69CRΩ，5W的金屬氧化膜電阻。選取2.2②壓敏電阻的計(jì)算22××UU=1.3=1.3110=202V21MA流通量取5KA。選MY31-220/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（242V）。2）直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電di/dt加大。因此，一般阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。U=（1.8-2.2）U=(1.8～2.2)×220=396～440VDC1MA選MY31-430/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（484V）。3）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù)查下表：表1-1阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定晶閘管額定電流/Aμ1020501002005001000電容/μF0.10.150.20.250.512Ω電阻/1008040201052抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法?？蛇x加在晶閘管兩端工作電壓峰值倍。 m4

電容耐壓

U的

1.1～1.15，由上表得C=0.5μF，R=10Ω66UU110=566V××=1.5電容耐壓≥1.5×=1.52m400V。型金屬化紙介質(zhì)電容器,電容量0.22μF，耐壓為CZJD-2選C為0.5μF的2-6-623P=0.8W××(×10=50×0.5×10110)=fCUmRRJ-0.5。為R10Ω普通金屬膜電阻器，選1.3.2過電流保護(hù)快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。1）晶閘管串連的快速熔斷器的選擇（I55dI=31.75A=接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管的有效值=T33。選取RLS-35快速熔斷器，熔體額定電流35A）過電流繼電器的選擇（2型手動復(fù)位100A的JL14-11ZS因?yàn)樨?fù)載電流為55A，所以可選用吸引線圈電流為100A55=68.75A≈直流過電流繼電器，整定電流取1.25×1.3.3平波電抗器的計(jì)算為了使直流負(fù)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L，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電心電抗器d抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。L可用下式計(jì)算，單位mH。1）算出電流連續(xù)的臨界電感量1U2KL（3-11）11IdminK－與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；式中1I－最小負(fù)載電流，常取電動機(jī)額定電流的5％～10％計(jì)算。mindK=0.695根據(jù)本電路形式查得11200.695L=30.3mH所以=1555%L2）限制輸出電流脈動的臨界電感量2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。該脈5動電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對電動機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會使電動機(jī)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L（單位為mＨ）可用下式計(jì)算電感量UKL（3-12）SIKS22di22流最大允許脈動系數(shù)，通常三相－系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，式中2iS≤（5～10）％。電路iK=1.045,根據(jù)本電路形式查得2U12021.045KL=22.8mH=所以22di電動機(jī)電感量和變壓器漏電感量TD（單位為10%55SILLLmH電動機(jī)電感量）可按下式計(jì)算DU3D10LK（3-13）dD2pnIDUI、n－直流電動機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；式中、DDK－計(jì)算系數(shù)。一般無補(bǔ)償電動機(jī)取8～p－電動機(jī)的磁極對數(shù)；12，快速無補(bǔ)償電DKUI=55A、=220V、設(shè)計(jì)中取=8、～有取6～8，補(bǔ)償電動機(jī)取56。本動機(jī)DDDn=1000r/min、p=1U22033D81010LK==16mHdD211000552pnID（單位為mH）L可按下式計(jì)算變壓器漏電感量UUKL（3-14）T2shTT100IDK式中－計(jì)算系數(shù)，查表可得TU5%－變壓器的短路比，一般取～10%。shKU=0.05、本設(shè)計(jì)中取 =3.2Tsh6L=3.2×0.05×120/（100×55）=3.5mH 所以T4）實(shí)際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電感量：(L2L) Lmax4L,L.56mH （3-15）Td112D5) 電樞回路總電感 :LL2L=4.56+6.91+2×6.9=19.51mHTDd11.4 勵磁電路元件的選擇整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取800V。額定電流可查得K=0.367，I=(1.5～2)×0.367×I=(1.5~2)K3.77A=2.08～2.77AD(AV)L可選用ZP型3A、800V的二極管。RP為與電動機(jī)配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流。L為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場回路中串入了欠電流繼電器KA，動作電流通過RP調(diào)整。根據(jù)額定勵I(lǐng)磁電流I=1.2A，可選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流ex繼電器。1.5繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)I12A，故選為使電路工作更可靠，總電路由自動開關(guān)引入，由于變壓器一次側(cè)DZ51－50型三極自動斷路器，脫扣器的額定電流為30A的三極自動斷路器即可滿足要求。I=39A,故可選故選CJ10用交流接觸器來控制主電路通斷，由于－60、線電壓為220V2的交流接觸器。在勵磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼器，吸引電流可在3/10～65/100范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，釋放電流在1/10～2/10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。選用AL18-22Y型按扭，啟動按扭用綠色，并帶有工作指示燈，停止按扭色。選用XDX2型紅色指示燈。7主電路圖電路圖 1-2雙閉環(huán)的動態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)章第2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)2.1）確定時(shí)間常數(shù)s.002s0017T0T0.，已知，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)TTT1ois=0.0017+0.002=0.0037S 。oiis 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 2） %5，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器因?yàn)殡娏鞒{(diào)量 i 1K ii Ws型電流調(diào)節(jié)器。 PI電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用ACRsi電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算：）3%TT5，電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)=0.0133s=，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量ili50.50.1S1.KTK系==以，有查135得=0.5所例數(shù)比ACR所，以的iII0037.0Ti8RK601330.135.10.iI0781.K=。i050.40Ks校驗(yàn)近似條件）41SKW。電流環(huán)截止頻率=135.1=Ici晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：111W196.1S，滿足條件。>ci0017.3T30s忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件：111W19.318S3，滿足條件。ci01330.T1.84Tlm電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：11111W180.8S，滿足條件。ciTT3002.030.0017is計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容）5RRRKkkk，取=1.078取運(yùn)算放大器的45=4040=43.12，，有0i0iT4002.4001330.oiiF2.00.C296CFFF，。取0.3，取0.2，oii40Rk45kR0i1K1s0.01330781.iisW故，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：=ACRs0.0133si2-1 圖電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn) 2.29確定時(shí)間常數(shù)： 1）1,5KT0.s0074.0037s0.02T2，有已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)則K，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)=0.01s。K：2）選擇轉(zhuǎn)iiIInononI速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)1KsnnWsPI調(diào)節(jié)器按設(shè)計(jì)要求，選用ASRsn3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：：間常數(shù)為超則，取h=4,則ASR的前時(shí)和按跟隨抗干擾性能較好原s0.0696hT40.0174，nn51h1s1516.K。轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益N22220174.02hT24nTh1C84..050115150.me3890.K4ASR的比例系數(shù)為：。n0174.0.604202hRT.007n檢驗(yàn)近似條件4）KN92069635.K516.10W.轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。ncnNW1K11.11351IW7s63.電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為，滿足條件。3T30.0037K11351.11I7sW38.，滿足近似條轉(zhuǎn)cni01.303T速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：cnon件。5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：RRKR90.483403619.32kkk。取=403700，則，取0nn00.0696nF.0C0188F0.02，取n3700kRn1040.01FC1F40k1Ks1.069690.483s0Ws故。。，取1onnn其結(jié)構(gòu)圖如下：ASRs0696.s0n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器圖2-2校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：6）%106%43.，查得由h=4退飽和重，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASRnCCmaxzmax）=2（）（查得。設(shè)理想空載z=0，h=4時(shí)，=77.5%，所以計(jì)算nnCCbb0.6209Tn0.11510%0.023977.5%1.52.39%2nN.=，滿足設(shè)計(jì)要求Tn1000m觸發(fā)電路選擇與校驗(yàn)3章第觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)3.1選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，其電路如電氣原理總圖所示。V3VI。由已知條件觸發(fā)電壓＜250mA,從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為GTGT可以計(jì)算出*V70.007U1000n，maxnm*V4510.050.209UI，dmimRInC0.620910000.115deV7.304U。c40Ks11U7.304c 2.K43V.304VV3U7，，因?yàn)樗杂|發(fā)變壓器的匝數(shù)比為，GGTcV3GT取3:1。設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù)BV45V,I300mA.cmCEO觸發(fā)電路需要三個(gè)互差120°，且與主電路三個(gè)電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設(shè)計(jì)一個(gè)三相同步變壓器。這里用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY型。同步電壓二次側(cè)取30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。觸發(fā)器的電路圖如下圖3—1所示：12仿真系統(tǒng)MATLAB 第四章MATLABMATLAB ，使用本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種， 一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，工具箱對其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系的 MATLABSimulink 使用工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng) PowerSystem統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使