VM雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計報告含電氣原理圖

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計報告摘要：本設(shè)計是一個雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，采用了晶閘管直流調(diào)速裝置來調(diào)節(jié)直流電動機的轉(zhuǎn)速。采用晶閘管的好處是能使該直流電動機進行連續(xù)平滑的調(diào)速，且具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍（D≥10）。此裝置有可靠的過電壓過電流保護措施，該調(diào)速裝置在5%負載以上變化的運行范圍內(nèi)工作時，晶閘管的輸出電流連續(xù)，并且具有良好的靜特性與動態(tài)性能。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)晶閘管轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器第1章主電路各器件的選擇和計算1．1變流變壓器容量的計算和選擇在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器，這里選項用的變壓器的一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接。S為整流變壓器的總?cè)萘?，S為變壓器一次側(cè)的容量，U為一次側(cè)電1壓,I為一次側(cè)電流,S為變壓器二次側(cè)的容量，U為二次側(cè)電壓， 1 2 2I為二次側(cè)的電流，m、m為相數(shù)，以下就是各量的推導(dǎo)和計算過程。 2 1 2為了保證負載能正常工作，當主電路的接線形式和負載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，2為此必須精確計算整流變壓器次級電壓U。2影響U值的因素有：2(1)U值的大小首先要保證滿足負載所需求的最大電流值的2I。dmax(2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時有一定的管壓降，用V表示。T(3)變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降。(4)平波電抗器有一定的直流電阻，當電流流經(jīng)該電阻時就要產(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U精確表達式為：2IU[1r(dmax1)]nU UN aId T 2 CU%IA[BKdmax] 100 Id（4-1）式中AUd0表示當控制角00時，整流電壓平均值與變壓器次級U2相電壓有效值之比；Ud表示控制角為時和00時整流電壓平均值之比；BUd0C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)；U%為變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取KU%5，100～1000千伏安的變壓器取U%510； K K為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。通常取0.91.05,供電質(zhì)量較差，電壓波動較大的情況應(yīng)取較小值； a INR表示電動機電樞電路總電阻R的標么值，對容量為rUN15~KW的電動機，通常r0.040.08。nU表T I--負載電流最大值；I I所以Idmax,表示允許過載dmax dmax dN IdN倍數(shù)。對于本設(shè)計：為了保證電動機負載能在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn),計算所得U2應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗所知,公式中的控制角應(yīng)取300為宜。0.9，A2.34，Bcoscos30O3，C0.5,U%5，（其中A、 2 KB、C可以查表4.1中三相全控橋）表4.1變流變壓器的計算系數(shù)整流電路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抗器的雙反星形02/dAUU0.90.90.91.172.342.341.170/ddBUUcos1cos2coscos1cos2coscosC0.7070.7070.7070.8660.50.50.522/IdKII0.707110.5780.8160.8160.289rINR501.550.369aU210N（4-2）以下為計算過程和結(jié)果：IU[1r(dmax1)nU] UN aId T210[10.369(1.511)4]42.V431 2 A[BCUK%Idma]x 2.34(0.930.55 1.5) 100 I 2 100d（4-3）這里可以取U150V。實際選取為標準變壓器時可以通過改變線圈匝2數(shù)來實現(xiàn)。根據(jù)主電路的不同的接線方式，由表4.1查得KII0.816即I2 2d得出二次側(cè)電流的有效值IKI,從而求的、出變壓器二次側(cè)容2 I2 d量SmUI。而一次相電流有效值II/(U/U)，所以一次側(cè)容量 2 222 1 2 1 2SmUI。一次相電壓有效值U取決于電網(wǎng)電壓。所以變流變壓 2 222 1器的平均容量為S12(S1S2)。KI2為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負載電流平均值之比。對于本設(shè)計K取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損I2耗，故IKI1.50.8165061.2A 2 I2 N（4-4）根據(jù)整流變壓器的特性，即mUImUIm取3，所以UIUI，所以整流變壓器的容量為：11 222 11 22S1(SS)1(mUImUI)mUI1 22 1 11 2 2 2 2 2 2（4-5）SmUI315061.227.54KVA（4-6）111設(shè)計時留取一定的裕量，可以取容量為30KVA整流變壓器。1．2整流元件晶閘管的選型正確選擇晶閘管能夠使晶閘管裝置在保證可靠運行的前提下降低成本。選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓U和額定電流TM I T(AV)首先確定晶閘管額定電壓U，晶閘管額定電壓必須大于元件在電TM路中實際承受的最大電壓U，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓RM等因素，還要放寬2～3倍的安全系數(shù)，則計算公式： U (2~3)U TM RM（4-7）對于本設(shè)計采用的是三相橋式整流電路，晶閘管按1至6的順序 導(dǎo)通，在阻感負載中晶閘管承受的最大電壓U 6U2.45U， RM2 2故計算的晶閘管額定電壓為U(23)6U(23)2.451506735V1102VTM2（4-8）取800V。 再確定晶閘管額定電流I ，額定電流有效值大于流過元件實際T(AV)電流的最大有效值。一般取按此原則所得計算結(jié)果的1.5～2倍。 I I1.55075A dmax N（4-9） I1/3I 43.30AVTdmax（4-10）由此可求出晶閘管的額定電流，其公式為： I (1.5~2)IVT41.37~55.16 T(AV) 1.57（4-11）可以取額定電流為50A。本設(shè)計選用晶閘管的型號為KP（3CT）-50A額定電壓：VDRM800V額定電流：IT(AV)50A門極觸發(fā)電壓：VGT3.5V門極觸發(fā)電流：IGT300mA1．3電抗器設(shè)計直流側(cè)電抗器的選擇直流側(cè)串接一個只有空氣隙的鐵心平波電抗器，以限制電流的波動分量，維持電流連續(xù),提高整流裝置對負載供電的性能及運行的安全可靠性。直流側(cè)電抗器的主要作用為了限制直流電流脈動；輕載或空載時維持電流連續(xù)；在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中限制環(huán)流；限制直流側(cè)短路電流上升率。（1）用于限制輸出電流的脈動的臨界電感L（單位為mH）mLSuU2103m2fdSiIN（4-12）式中S電流脈動系數(shù)，取5%~20%；iS電壓脈動系數(shù)，三相全控橋S0.46； u uf輸出電流的基波頻率，單位為H，對于三相全控橋 d Zf300H。 d Z即LSuU21030.461501037.32mHm2fSI23.1430010%50diN（4-13）用于保證輸出電流連續(xù)的臨界電感L（單位為mH）LK1U2lImin（4-14）式中，I為要求的最小負載電流平均值，單位為A，本設(shè)計中minI5%I；min N為計算系數(shù)，三相全控橋K0.693。 I I即 LK1U20.69315041.58mHlI 0.0550dmin（4-15）直流電動機的漏電感L（單位為mH）LKDUN103a2npnwIN（4-16）式中，K計算系數(shù)，對于一般無補償繞組電動機K=8～12，對 D D于快速無補償繞組電動機K=6～8，對于有補償繞組電動機D=5～6，其余系數(shù)均為電動機額定值。Dn極對數(shù)，取n=2。 p p即 LKDUN1031021010311.66mHa2nnI 2290050pwN（4-17）折合到交流側(cè)的漏電抗L（單位為mH）BL=KBU2UK%B100IN（4-18）式中，U%變壓器短路比，一般取為5%；k為計算系數(shù)，三相全控橋K3.9。 B B即 LKBU2UK%3. 09mH.1558B 1I 0 0 1 0N（4-19）實際要接入的平波電抗器電感LKLmax(L,L)L2L41.5811.6620.58528.75mHm l a B（4-20）可取L30mHK （ 6 ） 電 樞 回 路 總 電 感L2LL3020.58511.6642.83mH（4-21） K B1．4主電路保護電路設(shè)計電力半導(dǎo)體元件雖有許多突出的優(yōu)點，但承受過電流和過電壓的性能都比一般電氣設(shè)備脆弱的多，短時間的過電流和過電壓都會使元件損壞，從而導(dǎo)致變流裝置的故障。因此除了在選擇元件的容量外，還必須有完善的保護裝置。1．4．1過電壓保護設(shè)計過電壓保護可分為交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護，前常采用的保護措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護。1．交流側(cè)過電壓保護壓敏電阻采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護，其主要優(yōu)點在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作時只有很微弱的電流（1mA以下）通過元件，而一旦出現(xiàn)過電壓時電壓，壓敏電阻可通過高達數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，并具有損耗低，體積小，對過電壓反映快等優(yōu)點。因此，是一種較好的過電壓保護元件。本設(shè)計采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結(jié)，在變壓器交流側(cè)，采用壓敏電阻的保護回路，如下圖4.1所示。圖4.1二次側(cè)過電壓壓敏電阻保護（1）壓敏電阻的額定電壓U選擇可按下式：1mAU1.332U1mA2l（4-22）式中，U壓敏電阻的額定電壓，VYJ型壓敏電阻的額定電壓1mA有：100V、200V、440、760V、1000V等；U變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，對于星形接法的線電壓2l等于相電壓，U3U。2l2U1.3323150487.22V1mA（4-23）（2）計算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時：23IKI23RmZ02l（4-24）式中，K能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，K0.3~0.5； Z ZI三相變壓器空載線電流有效值，02lI5%I5%0.816502.04A。 02l 2l23IKI20.42.041.053A23 RmZ02l 3（4-25）（3）計算壓敏電阻的最大電壓U的公式為RmUKI1a Rm RRm（4-26）式中，K壓敏元件特性系數(shù)；Ra壓敏元件非線性系數(shù)。一般a在20～25之間，在取a20時，K1.4U。 R 1mAUKI1a1.4487.221.053201683.87V Rm RRm（4-27）因此，壓敏電阻額定電壓取760V型壓敏電阻。2．直流側(cè)過電壓保護整流器直流側(cè)在快速開關(guān)斷開或橋臂快速熔斷等情況，也會在A、B之間產(chǎn)生過電壓，可以用非線性元氣件抑制過電壓，本設(shè)計壓敏電阻設(shè)計來解決過電壓時(擊穿后)，正常工作時漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強，抑制過電壓能力強，除此之外，它對沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖4.2所示。壓敏電阻的額定電壓U的選取可按下式計算：1mA U 壓敏電阻承受的額定電壓峰值 1mA 0.8~0.9式中U為壓敏電阻的額定電壓；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1mA1.05～1.10。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角=300圖4.2壓敏電阻保護電路時輸出電壓U。dU6Ucos2.451503318.26Vd2min2（4-28）對于本設(shè)計： U U1.05318.2637V1.23~V417.63 1mA0.8~0.9d (0.8~0.9)（4-29）因此，壓敏電阻額定電壓取350V型壓敏電阻。3．晶閘管的過電壓保護晶閘管對過電壓很敏感，當正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時，就會誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當外加的反向電壓超過其反 向重復(fù)峰值電壓U 一定值時，晶閘管將會立即損壞。因此，必須研DRM究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時消散而造成的。本設(shè)計采用如右圖4.3阻容吸收回路來抑制過電壓。通過經(jīng)驗公式C(24)I103TR1030 1 2PCU R2 m圖4.3阻容吸收回路得： C(24)I103(24)501030.10.2F T（4-30）E1CU210.210615022.25103J R2 m 2（4-31）由于一個周期晶閘管充放電各一次，因此2E22.251034.5103JR（4-32）PE4.51030.225W T 0.02（4-33功率選擇留5～6倍裕量P(5~6)P(5~6)0.2251.125W~1.35W（4-34）因此，電阻R選擇阻值為20,功率選擇1W的電阻。電容C選擇容量為0.20F的電容。1．4．2過電流保護設(shè)計過電流保護措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)種。在交流進線中串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，這些措施可以限制短路短路電流。在交流側(cè)設(shè)置電流檢測裝置，利用過電壓信號去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進行封鎖。交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在發(fā)生過電流時動作，斷開主電路。對于大容量和中等容量的設(shè)備以及經(jīng)常逆變的情況，可以用直流快速開關(guān)進行過載或短路保護。直流開關(guān)的應(yīng)根據(jù)下列條件選擇：快速開關(guān)的額定電流I額定整流電流I。 l2d N快速開關(guān)的額定電壓U≥額定整流電壓U。 Kld N快速開關(guān)的分斷能力I直流側(cè)外部短路時穩(wěn)態(tài)短路電流平fd2d均電流平均值I?？焖匍_關(guān)的動作電流I按電動機最大過載電流整d20 g2d定IKI g2d N式中，K為電動機最大過載倍數(shù)，一般不大于2.7；I為直流電動機N的額定電流。（5）快速熔斷器它可以安裝在交流側(cè)或直流側(cè)，在直流側(cè)與元件直接串聯(lián)。在選擇時應(yīng)注意以下問題：快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。熔斷器的額定電流應(yīng)大于溶體的額定電流。溶體的額定電流IKN可按下式計算1.5I7TaIKNIT1．三相交流電路的一次側(cè)過電流保護在本設(shè)計中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護，保護原理圖4.4如下：圖4.4一次側(cè)過電流保護電路熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的線電壓為380V，熔斷器額定電壓可選擇400V。熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的電流I1 U2I215061.2 I 24.16A 1 U 3801（4-35）熔斷器額定電流I1.6I1.624.1638.65A FU 1（4-36）因此，如圖4.4在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個熔斷器，按本課題的設(shè)計要求熔斷器的額定電壓可選400V，額定電流選25A。2．晶閘管過電流保護晶閘管不僅有過電壓保護，還需要過電流保護。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴格的控制，否則將遭至徹底損壞。當晶閘管中流過的大于額定值的電流時，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。晶閘管過電流保護方法中最常用的是快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔摄y質(zhì)熔絲埋于石英砂內(nèi)，熔斷時間極短，可以用來保護晶閘管。如右圖4.5快速熔斷器保護根據(jù)快速熔斷器的要求 熔斷器的額定電壓U U 2.45U2.45150367.5V KN RM 2（4-37）因此，按本課題的設(shè)計要求，用于晶閘管過電流保護的快速熔斷器的額定電壓可選擇350V。第2章驅(qū)動電路的設(shè)計2．1晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在學(xué)要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括觸發(fā)時刻進行控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：（1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60°或采用相隔60°的雙窄脈沖。（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流3～5倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達1～2A∕us。所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。在本設(shè)計中最主要的是第1、2條。理想的觸發(fā)脈沖電流波形如圖5.1。圖5.1理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t~t脈沖前沿上升時間（1s） 1 2t~t強脈沖寬度I強脈沖幅值（3I~5I） 1 3 M GT GTt~t脈沖寬度I--脈沖平頂幅值（1.5I~2I） 1 4 GT GT常用的晶閘管觸發(fā)電路如圖5.2。它由V、V構(gòu)成的脈沖放大環(huán)1 2節(jié)和脈沖變壓器TM及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當V、V導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出出發(fā) 1 2脈沖。VD和R是為了V、V由導(dǎo)通變?yōu)橹苯貢r脈沖變壓器TM釋放其 1 3 1 2儲存的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強脈沖部分，還需適當附加其它的電路環(huán)節(jié)。 1 2 3 4圖5.2觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路類型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式B相控同步模擬電路相對來說電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機上來實現(xiàn)，需要通過編程來實現(xiàn)，本設(shè)計不采用。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，所以本設(shè)計采用DCR2DCR2R4R3R1TMVD1VD2VD3V1V2E1E2 集成塊和1 KJ041集成塊。2 3 4對于三相全控整流或調(diào)壓電路，要求順序輸出的觸發(fā)脈沖依次間隔60°。本設(shè)計采用三相同步絕對式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號的上升沿和下降沿，形成兩個同步點，分別發(fā)出兩個相位互差180°的觸發(fā)脈沖。然后由分屬三相的此種電路組成脈沖形成單元輸出6路脈沖，再經(jīng)補脈沖形成及分配單元形成補脈沖并按順序輸出6路脈沖。本設(shè)計課題是三相全三相全控橋整流電路中有六個晶閘管，觸發(fā)順序依次為：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶閘管必須嚴格按編號輪流導(dǎo)通，6個觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，可以選用3個KJ004集成塊和一個KJ041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖5.3。(1(1~3腳為6路單脈沖輸入)(15~10腳為6路雙脈沖輸出)至VT1至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6圖5.3三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路2．2脈沖變壓器的設(shè)計本方案的雙脈沖電路是采用性能價格比優(yōu)越的、每個觸發(fā)單元的一個周期內(nèi)輸出兩個相隔60°的脈沖的電路。如圖5.4中兩個晶閘管構(gòu)成一個“或”門。當V、V都導(dǎo)通時，u約為-15V，使截止， 5 6 c5沒有脈沖輸出，但只要中有V、V中一個截止就使得變?yōu)檎妷海?5 6使得V、V導(dǎo)通就有脈沖輸出。所以只要用適當?shù)男盘杹砜刂频?7 8V或V截止（前后間隔60°），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖了。 5 6其中VD和R的作用，主要是防止雙窄脈沖信號相互干擾。此觸發(fā) 4 17脈沖環(huán)節(jié)的接線方式為：以VT器件的觸發(fā)單元而言，圖5.4電路中1的Y端應(yīng)該接VT器件觸發(fā)單元的X端，因為VT器件的第一個脈 2 2沖比VT器件的第一個脈沖滯后60°。所以當VT觸發(fā)單元的V由 1 2 4截止變導(dǎo)通時，本身輸出一個脈沖，同時使VT器件觸發(fā)單元V的 1 6管截止，給VT器件補送一個脈沖。同理，VT器件觸發(fā)單元的X端 1 1應(yīng)接VT器件觸發(fā)單元的Y端。依次類推，可以確定六個器件相應(yīng)6觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線。220V36V220V36V+BTPV+15AVS接封鎖信號RQustVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R18R17RP1upC2C3C3C56C7R1RP2V1Ic1V3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14+15Vuco-15VXY-15V 圖5.4同步型號為鋸齒波的觸發(fā)電路圖5.4中脈沖變壓器TP主要用于完成觸發(fā)脈沖信號的電流放大，解決觸發(fā)電路與晶閘管控制極電路之間的阻抗匹配，并實現(xiàn)弱電回路（觸發(fā)回路）和強電回路（晶閘管主電路）之間的電隔離。如圖可以得出TP脈沖變壓器的一次側(cè)電壓U強觸發(fā)電壓50V弱觸1發(fā)電壓15V。取變壓器的變比K=5，脈沖寬度0600，脈沖變壓器的磁鐵材料選擇DR320。查閱資料可得鐵心材料的飽和磁密B1.45BT，飽和磁場強度H1900Am2，剩磁磁密B0.02BTsSr設(shè)計計算步驟為：確定變壓器的二次側(cè)的強電壓UUU15010V 20 20K 5（5-1）確定變壓器的二次側(cè)的強電壓UUU151V 20 20K 5（5-2）確定空載勵磁電流I0I(0.2~0.3)IK(0.2~0.3)0.650.024A~0.036A 0 2（5-3）式中，I為一般取晶閘管最大觸發(fā)電流的兩倍2I2I23001030.6A。 2 GT（3）計算脈沖磁導(dǎo)率，選定鐵心材料。無偏移繞組時(BB)H(1.450.02)19007.5104Hm s rs（5-4）式中，B的單位為T，1T1Wbm21AHm2,H的單位Am，由此得出的單位為Hm。4）確定鐵心體積V無偏移繞組時VU1I0500.00330.30.0242 (BB)2 (1.450.02)2 s r（5-5）式中，為脈沖電壓寬度，與電角度間的換算關(guān)系為 0.01o0.01 0 600.0033 180o 1800（5-6）第3章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動態(tài)設(shè)計本章主要設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)設(shè)計。通過軟件來實現(xiàn)模擬電路的功能。先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。在設(shè)計過程的時候要注意設(shè)計完要校驗。在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時候，校核轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)量，如果不滿足設(shè)計要求時候，重新按照ASR退飽和的情況設(shè)計超調(diào)量。3．1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計1.確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)Ts。由附表6.1知，三相橋式電路的平均失控時間Ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù)Toi。三相橋式電路的每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.3ms，因此取Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和T。按小時間常數(shù)近似處理，取iT=Ts+Toi=0.0037s。i（4）電磁時間常數(shù)T的確定。由前述已求出電樞回路總電感。lLKU20.69315020.79mHl1I0.150dmin（6-1）則電磁時間常數(shù)TLl20.79mH0.01341slR 1.55（6-2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I型系i統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 W Ki(is1)ACR(s)si（6-3）式中K電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；i電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。i檢查對電源電壓的抗擾性能：Tl=0.01341s=3.62,參照附表6.2的 T 0.0037si典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：T=0.01341s。 i l電流開環(huán)增益：要求5%時，取KT0.5， i Ii 因 此 K0.50.5135.1s1 IT 0.0037si（6-4）于是，ACR的比例系數(shù)為KKIiR135.10.013411.550.570iK370.133s（6-5）式中電流反饋系數(shù)10V/I100.133；N1.550晶閘管專制放大系數(shù)K36。s校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：K135.1s1 ci I晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 1 1 196.1s1 3T 30.0017s cis（6-6）滿足近似條件。忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件1mlTT 33 1 64.36s11mlTT 0.162s0.01341s ci（6-7）滿足近似條件。電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 1 11 1 180.78s1 3TT 30.0017s0.002s cisoi（6-8）滿足近似條件。計算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖6.1，按所用運算放大器取R=40k，各電阻和電容值為0RKR0.57040k42.5k,取45k i i0（6-9）Ci0.01341F0.29106F，取0.3FiR 45103i（6-10）C4Toi40.002F0.2106F0.2F，取0.2FoiR 401030（6-11）按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為4.3%5%，滿足設(shè)計要求。i圖圖6.1含濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器3．2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計1.確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/K。由前述已知，KT0.5，則 I Ii12T20.0037s0.0074s KI i（6-12）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)T，根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取onT=0.01s.on（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T。按小時間常數(shù)近似處理，取nT1T0.0074s0.01s0.0174s nKI on（6-13）2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為 W (s)Kn(ns1) ASR sn（6-14）3.計算轉(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的超前時間常數(shù)為=hT=50.0174s=0.087s n n（6-15）則轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 Kh1 6 s2396.4s2N2h2T22520.01742n（6-16）可得ASR的比例系數(shù)為K(h1)CeTm60.1330.2160.1629.32n2hRT250.01111.550.0174n（6-17）式中電動勢常數(shù)CUNINRa210500.30.216V.min/r， e n 900N轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)10V10V0.0111V.min/r。 nN 900rmin4.檢驗近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為KNK396.40.087s134.5s1cnNn1（6-18）（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 1K 1135.1 I s163.7s1 3T 30.0037 cni（6-19）滿足簡化條件。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為1KI1135.1s138.7s1 3T 30.01 cnon（6-20）滿足近似條件。5．計算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖6.2所示，取R40k，則0RKR9.3240k372.8k，取400K n n0（6-21）Cn0.087F0.211060.21F,取0.25FnR 400103n（6-22）C4Ton40.01F1F,取1FonR401030（6-23）圖6.2含濾波環(huán)節(jié)的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器6.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當h=5時，查附表6.3典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標得，37.6%，不能滿足設(shè)計要求。實際上，由于附表6.3是按線性系n統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，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算超調(diào)量。計算超調(diào)量。設(shè)理想空載起動時，負載系數(shù)Z0，已知I50A，n900r/min， N N1.5，R1.55，C0.2166Vmin/r，T0.162s，T0.0174s。 e m n當h5時，由附表6.4查得，C /C81.2%而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特 max b性的額定穩(wěn)態(tài)速降nCCmaxbnn*b2CCmaxb(Z)nn*NTTmn（6-24）式中電機中總電阻RRR0.31.551.85； a 調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 INR501.85 ；n427.05r/minNC0.2166en*為基準值，對應(yīng)為額定轉(zhuǎn)速n900r/min。N根據(jù)式（6-24）計算得281.2%1.50.017412.4%8%n 900 0.162（6-25）不能滿足設(shè)計要求。7.校核動態(tài)最大速降設(shè)計指標要求動態(tài)最大速降n8%~10%。在實際系統(tǒng)中，n可定義為相對于額定轉(zhuǎn)速時的動態(tài)速降nmax。nN由nCmaxn， max Cb bn2FTnn210.0174427.0591.73r/min