采用α=β配合控制的有環(huán)流V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章設(shè)計(jì)要求 2\o"CurrentDocument"第2章控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"第3章主回路設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"1主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇 7\o"CurrentDocument"3.1.1整流變壓器的參數(shù)計(jì)算 7\o"CurrentDocument"3.1.2晶閘管的選擇 8\o"CurrentDocument"3.1.3電抗器的設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"3.2回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇 10\o"CurrentDocument"3.2.1交流側(cè)過(guò)壓，過(guò)流保護(hù) 10\o"CurrentDocument"3.2.2直流側(cè)過(guò)壓，過(guò)流保護(hù) 12\o"CurrentDocument"3.2.3晶閘管過(guò)壓，過(guò)流保護(hù) 13\o"CurrentDocument"3.3觸發(fā)回路設(shè)計(jì) 14\o"CurrentDocument"4勵(lì)磁回路設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"第4章控制回路設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"1電流環(huán)設(shè)計(jì)（ACR） 174.2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)（ASR） 20\o"CurrentDocument"3反饋回路設(shè)計(jì) 26\o"CurrentDocument"4.3.1電流反饋 264.3.2轉(zhuǎn)速反饋 27\o"CurrentDocument"第5章輔助回路設(shè)計(jì) 28\o"CurrentDocument"1直流穩(wěn)壓電源 28\o"CurrentDocument"5.2接觸器操作回路 29\o"CurrentDocument"5.3反相器 29\o"CurrentDocument"5.4限幅電路 30\o"CurrentDocument"5.5給定電路 31\o"CurrentDocument"第6章設(shè)計(jì)感想 32參考文獻(xiàn) 33

第1章設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)題目：采用a=p配合控制的有環(huán)流V—M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：(1)調(diào)速范圍D=20，無(wú)靜差。在調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)、平滑可調(diào)； (2)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：電流環(huán)超調(diào)量"i<5%空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量5n<10%(3)采用第一組電機(jī)額定參數(shù)直流電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)型號(hào)Z2-32Z2-42ZYS-3A額定容量(KW)2.23.50.022額定電壓(V)220230110額定電流(A)12.515.30.22最大電流(A)18.7522.95額定轉(zhuǎn)速(rpm)150014502000額定勵(lì)磁(A)0.610.61永磁GD2(kg?m2)0.1050.18電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra(Q)1.3電動(dòng)機(jī)電樞電感La(mH)10其他參數(shù)名稱數(shù)值整流側(cè)內(nèi)阻Rn(Q)0.92整流變壓器漏感l(wèi)t(mH)6電抗器直流電阻rh(Q)0.6電抗器電感l(wèi)h(mH)8.0

第2章控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)1?由于a=p配合控制的有環(huán)流V—M可逆調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，先對(duì)此控制簡(jiǎn)要說(shuō)明：圖2-1調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形圖2-1調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形（a）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) （b）理想的快速起動(dòng)過(guò)程帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖a所示，理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖b所示，能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，采用電流負(fù)反饋能夠得到近似的恒流過(guò)程，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。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接如圖2-2所示。

圖中兩個(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"；m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限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm，2?接下來(lái)介紹a=p配合控制的有環(huán)流v—M可逆調(diào)速系統(tǒng)：較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，如下圖所示。但是，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。一般地說(shuō)，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。在不同情況下，會(huì)出現(xiàn)下列不同性質(zhì)的環(huán)流：靜態(tài)環(huán)流。兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流,其中又有兩類(lèi)：直流平均環(huán)流：由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流：兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電壓波形不同，瞬時(shí)電壓差仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。動(dòng)態(tài)環(huán)流。僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)流。為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該當(dāng)正組VF處于整流狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)迫讓反組VR處于逆變狀態(tài)，且控制其幅值與之相等，用逆變電壓Ud0r把整流電壓Udof頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是Udor Udof且Ud0f=UdomaxC°SfUd0r=UdomaxC0Sr其中af和ar分別為VF和VR的控制角。由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓Ud0是一樣的，因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有cosa=-cosa”rf或af+￡=1800如果反組的控制用逆變角0r表示，則af=0f1r由此可見(jiàn)，按照上式來(lái)控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作a=0配合控制。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用af泌如下圖2-4,為a二卩配合控制的有環(huán)流V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖,+?KFj?ASRACR-5+KR-1VF+?KFj?ASRACR-5+KR-1VFTAT-GTFS 圖2-4a=B配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理框圖圖中，主電路由兩組三相橋式晶閘管全控型整流器反并聯(lián)組成，并共用同一路三相電壓。由于采用a二卩配合控制方式，在兩組整流器之間沒(méi)有直流環(huán)流，但還存在瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，在主電路中串入了四個(gè)均衡電抗器Lc1~Lc4，用于抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。平波電抗器Ld起到濾平電流波形的作用。控制電路采用轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)控制。由于可逆調(diào)速電流的反饋信號(hào)不僅要反映電樞電流的大小，還需要反映電樞電流的方向，圖中的電流互感器TA采用了霍爾變換器來(lái)滿足這一要求。

第3章主回路設(shè)計(jì)3.1主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇(一)3.1.1整流變壓器的參數(shù)計(jì)算一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要整流變壓器，通過(guò)變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置與電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)與晶閘管變流裝置的互相干擾。整流變壓器二次相電壓的計(jì)算當(dāng)整流線路采用三相橋式整流，并采用速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)可逆系統(tǒng)：U2①二(1.05?1.1)XUN/運(yùn)二133.4?139.7V 取136V因此變壓器的變比近似為：“U仆380c”K=竺=u2.79U“ 1362?整流變壓器一、二次側(cè)相電流的計(jì)算二次側(cè)相電流‘2的計(jì)算12二KIVJdN式中dNKVV——二次側(cè)相電流計(jì)算系數(shù)，KIV=0.816

――整流器額定直流電流(A),IdN=12.5式中dN=IT=0.816x12.5=10.2A3dN一次側(cè)相電流11的計(jì)算11二KJdNX1.05式中1K式中kil——一次相電流計(jì)算系數(shù)K――變壓器的變壓比變壓器的變比近似為：“U仆380c”K=竺=u2.79U“ 136I產(chǎn)1.05x0.816X12.5/2.79A二3.84A3.變壓器的容量計(jì)算變壓器二次側(cè)容量S2二m2U2①12。變壓器一次側(cè)容量S=m1U邊11。一次相電壓有效值U1取決于電網(wǎng)電壓，所以變流變壓器的平均容量為S= (S+S)212已矢口m=m=312所以s=2(S+S)=(miU1①11+m2U2①12)/2212=(3x380x3.84+3x136x10.2)/2(V)=4269.6(V)設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為4.3KV?A的整流變壓器。3.1.2.晶閘管的選擇晶閘管額定電壓匕的選擇Tn本設(shè)計(jì)采用的是三相橋式整流電路，在阻感負(fù)載中晶閘管承受的最大電壓Um=?2O=2.45x136=333.2V，而考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，還要放寬2?3倍的安全系數(shù)，則晶閘管額定電壓U計(jì)算Tn結(jié)果：UT=(2~3)U=(2~3)x2.45x136=6664?9996V取100oVm晶閘管額定電流IT(AV)晶閘管額定電流I 的有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電流的最大有效值。T(AV)一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5?2倍。已知I=12.5A,I—流過(guò)晶閘管的最大電流有效值TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"T T可得晶閘管的額定電流I 計(jì)算結(jié)果：T(AV)、=(1.5?2)倖=11.9?15.9A 取16A\o"CurrentDocument"T(AV) 1.57額定電壓：UT1000V額定電流：I 16A經(jīng)查閱資料本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為KP20-103.1.3電抗器的設(shè)計(jì)1?平波電抗器的設(shè)計(jì)

為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持整流電流連續(xù)，通常在變流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。⑴電動(dòng)機(jī)電樞電感La(mH)L=10mHa(2)整流變壓器漏感l(wèi)t(mH)Lt=6mH⑶電抗器的電感Lh(mH)Ha.保證電流連續(xù)所需電抗器的電感值L1二K1U2L111

dmin為了使輸出電流在最小負(fù)載電流時(shí)仍能連續(xù)，所需的臨界電感值式中 K]—臨界計(jì)算系數(shù)，三相全控橋取0.693【dmin—電動(dòng)機(jī)最小工作電流，取電動(dòng)機(jī)額定電流的10%所以L二0.693 二75.4mH1 12.5x0.1實(shí)際串聯(lián)的電抗器的電感值L“=L-L-2L=75.4-10-2x6=53.4mHH1a Tb.限制電流脈動(dòng)所需電抗器的電感值將輸出電流的脈動(dòng)量限制在要求的范圍內(nèi)需要的最小電感量L2(mH)按下式計(jì)算L2=22fdSd查表后計(jì)算得L2二=53.1mH0.46x1000 L2二=53.1mH x 2x兀x3000.05x12.5實(shí)際串聯(lián)的電抗器的電感值L=L2-L—2L=53.1—10—2x6=31.1mHH2a T因?yàn)長(zhǎng)2<L1所以平波電抗器Lh取53?4mH。均衡電抗器的選擇限制環(huán)流所需的電抗器的電感值L3=Kr字式中Kr—計(jì)算系數(shù)，三相全控橋取0.693IR--環(huán)流平均值，取額定電流的10%所以L3=0.693x =75.4mH3 0.1x12.5實(shí)際所需的均衡電感量L=L3—2L=75.4—2x6=63.4mHR3 T3.2主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇(二)3.2.1交流側(cè)過(guò)壓，過(guò)流保護(hù)交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)阻容吸收保護(hù)通常在變壓器二次側(cè)并接電阻R和電容C串聯(lián)支路進(jìn)行保護(hù)。此種接法電容電阻的計(jì)算：SC>61 (RF)emU2

電容的耐壓>1.5UmU2UR>電容的耐壓>1.5UmU2UR>2.3如dS\I本系統(tǒng)S=4.3a.電容的計(jì)算KV-AemU2①=136VI=3AemUdl=3Vb.電阻的計(jì)算C>6x3X"43=4.18rF1362R>2"在\3=10.13。取112.交流側(cè)過(guò)電流保護(hù)交流一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)可通過(guò)斷路器實(shí)現(xiàn)。交流二次側(cè)過(guò)電流保護(hù)用快速熔斷器實(shí)現(xiàn)。圖3-2交流二次側(cè)側(cè)過(guò)電流保護(hù)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2.45x136V>235.6VK2.45x136V>235.6VU>—UTU>FN>邁2①>快速熔斷器熔體的額定電流應(yīng)大于等于被保護(hù)晶閘管額定電流:IFN>IT(AV)二16A則選型為RS3/20-200.

322直流側(cè)過(guò)壓，過(guò)流保護(hù)1直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)圖3-3直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成di/dt加大。因此，一般只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。壓敏電阻標(biāo)稱電壓u1mA按下式選擇，即U1mA'd?8? 快速熔斷器熔體的額定電流應(yīng)大于等于被保護(hù)晶閘管額定電流）UDC 快速熔斷器熔體的額定電流應(yīng)大于等于被保護(hù)晶閘管額定電流式中 UDC――正常工作時(shí)加壓敏電阻兩端的直流電壓（V）。則U1mA>（1.8?2）Udc=（1.8~2）X220V=396?440V所以壓敏電阻選取額定電壓440V的。直流側(cè)過(guò)電流保護(hù)FUVV圖3-4直流側(cè)過(guò)電流保護(hù)（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U吶=KUTU2=2.45二220V=381.1V 取390VFN寸2 2 <2IFN-IT(AV)=16A則選型為RS3/20—500。323晶閘管過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)1?晶閘管過(guò)壓保護(hù)為了抑制晶閘管的關(guān)斷過(guò)電壓，采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，如圖所示。1II—■=■ LL譏J——圖3-5晶閘管過(guò)壓保護(hù)晶閘管的額定電流I(16AT\AV丿則由表可得保護(hù)電容C=0.15卩F，R=800。電容的耐壓值U=(1.1~1.5K-6x136=366.4?499.7V晶閘管過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流是晶閘管電路經(jīng)常發(fā)生的故障，快速熔斷器保護(hù)是最簡(jiǎn)單有效的過(guò)流保護(hù)器件，如圖所示。2S7iW圖3-6晶閘管過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器的選擇主要考慮以下兩個(gè)方面：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KU> KU> UTUFN-遼 2①245— x136V—235.6V取240V。（2）快速熔斷器的額定電流應(yīng)大于等于被保護(hù)晶閘管額定電流。則選型為RS3/20-200.則選型為RS3/20-200.‘FN-IT(AV)—16A3.3觸發(fā)回路設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門(mén)極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在必要的時(shí)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(shí)刻進(jìn)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，這里采用相隔60°的雙窄脈沖。（2） 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。（3） 所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和功率定額，且在門(mén)極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。（4） 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。本設(shè)計(jì)用到兩組三相全控橋整流電路中有六個(gè)晶閘管，觸發(fā)順序依次為：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6,可以選用3個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)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。三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖3-7。s至s至VT6 至VT5 至VT4 -至VT3〔至VT2<至VT1.丨丨丨「丨丨丨1~ 61二?LCMY\T-g（15~10腳為6路雙脈沖輸出） 一卜匸11 （（1~3腳為6路單脈沖輸入）反＞I”gS寸沖-6hd210□一T1-Tr-Lob—T—一CM1o3nHTNrnHT—630-c-Iff——23d-^67-sKOQ46hd210□一T1-Tr-Lob—T—一CM1o3nHTNrnHT—630-c-Iff——23d-^67-sKOQ4nnHT1&士□—di-■匕IbIIId—2K-LHHTLHmpH豐IDCd321o19R2345678r4.lSC （X.JSIr4.lSC （X.JSI圖3-7三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖與主電路的同步觸發(fā)電路需要+15V、一15V的穩(wěn)壓電源（直流）和U、saU、U同步sa saUsausbUscUsausbUsc圖3-8同步信號(hào)變壓器3.4勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求額定勵(lì)磁為0.61A,由于勵(lì)磁為直流電，這里選用三相半波整流橋作為整流電路，如圖3-11KI圖3-9勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)KI圖3-9勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)通過(guò)RP進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，使勵(lì)磁線圈兩側(cè)電壓為220V。負(fù)載為阻感負(fù)載，則負(fù)載電壓U二1.17U2二1.17x220V二257.4Vd 2需要電位器提供的阻值U2574R二-d二 0二421.970IL 0.61這里取阻值為500Q的電位器。欠電流繼電器可以進(jìn)行失磁保護(hù)，當(dāng)電流小于某一數(shù)值時(shí)將電路斷開(kāi),防止因失磁而引起飛車(chē)現(xiàn)象。

第4章控制回路設(shè)計(jì)4.1電流環(huán)設(shè)計(jì)(ACR)電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中,可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變。同時(shí)如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s)/B，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，最后，由于Ts和Toi一般都比TI小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為+T.i電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成如圖+T.i電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成如圖4-1所示。圖4-1電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖時(shí)間常數(shù)的確定回路總電阻：R二R+2R+心二1.3+2x0.92+0.6二3.740Xa nH回路總電感：L廠La+2Lt+Lh二10+2x6+53.4二75.4(mH)x0.136=1.299x0.136=1.299N?m/A兀TL為 75.4x10-3T=z ?0.02s1RE 3.74電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：c UN-InR 220—12.5x1.3n ,C=」必衛(wèi)= q0.136V?min/re nN 1500N額定勵(lì)磁下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù):?Ce=(2)電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù):

整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)TS。GD2R 0.105x9.8x3.74T二 二 二0.058sm375CC 375x0.136x1.299m三相橋式電路的平均失控時(shí)間為：T=0.0017ss電流濾波時(shí)間常數(shù)T.。oi三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1?2)T=3.33ms,因此取Ti=0.002s。i oi電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T。ZiT=T+T=0.0037sZi Soi電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求：，無(wú)靜差，超調(diào)量g<5%,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路i調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器其傳遞W(W(s)=K?+1)ACRVTsi式中Ki――電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；式中Ti――電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇t=T則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖4-4所示的典型形式，其中U*i(s)B + hKIIds) fa-s(T工is+1)1圖4-2校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：t=T=0.02s。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求G<5%時(shí),il i查閱資料后，取E=0.707,KT=0.5，IZi

衣 0.5 0.5K_ _ _135.1s-1iT 0.0037工i選擇給定信號(hào):Un衣 0.5 0.5K_ _ _135.1s-1iT 0.0037工i選擇給定信號(hào):Un*=10V選擇轉(zhuǎn)速環(huán)限幅電壓：U*._10Vi選擇電流環(huán)限幅電壓：Uc_10V則電力電子變換器的電壓放大系數(shù):“U 220“K_」_ _22sU 10c則電流反饋系數(shù)：U* 100_i_ _0.533V/A? 18.75dmACR的比例系數(shù)為：”KtR135.1x0.02x3.74K_―i幾iS22x0.533 0,8624.檢驗(yàn)近似條件電流環(huán)截至頻率:1)w_K_135.1s-1ci I晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件196.1s-1>w.3T 3x0.0017s ci滿足近似條件。2)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件=180.8s-1>wcioi滿足近似條件。5.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器如圖3-8所示:其中U*為電流給定電壓，-PI為電流負(fù)反饋電壓，U為電力電子變換i d cRo2-I IRo2-I I-~<iAC01Ro2^balUc

—Oi ^balUc

—ORoTRo22I II ［圖4-3rP^°型電流調(diào)節(jié)器由圖4-5，所弟運(yùn)算放大器取R0=40k0,各電阻和電容值為R=KR=0.862x40=34.48K0，取35KQoi0.02350000.57pF，取oi0.02350000.57pF，取0.6卩F4x0.00240F=0.2卩F取0.2卩F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◎=4.3^<50-，滿i 0 0足設(shè)計(jì)要求。4.2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳=s（T=s（T工i+1）=w(s)=cl1 U*.(s)/卩］+ 一Is(Tzi+1) K忽略高次項(xiàng)，Wcli(s)可降階近似為

WcliWcli（s）-1丄s+1Ki近似條件為3計(jì)TEz.式中 wcn——轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*(s),因此電流環(huán)在i1I1Id（s）_W/s）?P U*i（s）卩丄s+1KI確定時(shí)間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)—=2T=2x0.0037s=0.0074sK 工i轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)T二0.01son轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)小時(shí)間常數(shù)T=—+T=0.0074+0.01=0.0174sEnK onI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代電流環(huán)后，同時(shí)將給定信號(hào)改成U*(s)/a，再n把時(shí)間常數(shù)為1/K和T的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常I On數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)。則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡(jiǎn)化為圖4-7所示。u*n十a(chǎn) 圖4-4轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為w/、K(ts+1)Wasr(s)=ntsn式中Kn――轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；tn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為aRKoR(ts+1)n'n /K(ts+1)W(s)= -_- =小n CTs(T,s+1)t卩CTs2(T^s+1)em'Zn 7nem'Zn /tsn令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為KaRnu*ns)a 43、 -Kn(ts+1)N、n ‘n(s) As2(TZns+1)W(s)=不考慮負(fù)載繞動(dòng)時(shí)，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-8圖4-5轉(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)(校正后成為典型II型系統(tǒng))4.計(jì)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，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為T(mén)=hT=5X0.0174s=0.087sn Zn轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益轉(zhuǎn)速環(huán)系數(shù):2h2T2Zns-2=396.4s-22x52x0.01742nnN=10=1500u0.0067V?min/rASR的比例系數(shù)（x仔（h+143CT 6x0.533x0.136x0.058 …K= j= =5.79n 2hoRT 2x5x0.0067x3.74x0.0174工n檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率K=0.087x396.4st=K=0.087x396.4st=34.5stNW=—N=Tcnw11） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為1.T1=—」 =63.7s-i〉wT3Y0.0037 cn工i滿足簡(jiǎn)化條件。2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為1K1135?!卜= =38.7s-1〉w3飛T3 0.01 cnon滿足簡(jiǎn)化條件。計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖4-9所示:RnCnRo211,2J 1JLRo211,2J 1JLr-ConRoJLRo24 1——.T< 11CA^bal圖4-6臉給定濾波鳥(niǎo)反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 匚，—n為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，U*:調(diào)節(jié)器的輸出i其中U*為轉(zhuǎn)速給定電壓，n是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。取R=40kQ，貝V0R=KR=5.79x40KQ=231.6KQ230KQ

T0087C— F=0.38pF 取0.4卩fnR230000n4TC—on—2卩F 取2卩FonRo校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h—5時(shí)，b—37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)按ASR退飽和的情況n重新計(jì)算超調(diào)量。(AC](AC]An—2[AC) max b=1CJn*LC丿b—n7.按ASR退飽和重新計(jì)算超調(diào)量仏 \AnT九一ZN工#n*Tm調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降：. IdNR 12.5x3.74_ __/.An=型— —343.75r/mmNC0.136e本電動(dòng)機(jī)的過(guò)載倍數(shù)久=1.5，理想空載起動(dòng)時(shí)，z=0查表得，h=5時(shí)，△Cmax/Cb=81.2%，則bn=2bn=2X81-2%X1-5X343.750.0174x1500 0.058—16.7%〉10%不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)當(dāng)加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。8.轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制——轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，加入這個(gè)環(huán)節(jié)可以抑制甚至消滅轉(zhuǎn)速超調(diào)，同時(shí)可以大大降低動(dòng)態(tài)速降。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖4-10所示。

RnCnUn*+■"UnR0/2RO/2□Ui*RnCnUn*+■"UnR0/2RO/2□Ui*R0/2丄Con-1-RO/2RbalTRdn圖4-7帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和普通的相比，在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)并聯(lián)了微分電容Cd和濾波電阻Rd,即在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)帶濾波的轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋信號(hào)。圖4-8圖4-8轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋對(duì)啟動(dòng)過(guò)程的影響圖中的曲線1為普通雙閉環(huán)的起動(dòng)程，當(dāng)t=t2時(shí)，n到達(dá)給定值n*，ASR開(kāi)始退飽和，其后轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。加入轉(zhuǎn)速微分后，退飽和提前到T點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速nt比n*低，就提早進(jìn)入了線性閉環(huán)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在時(shí)轉(zhuǎn)速圖4-9帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速換動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖4-9帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速換動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖待定的參數(shù)是Cd和Rd，由于td=R0Cd，Td=RdCd。而且已選定dn dn dn 0dn odn dndnTd=T，只要確定Td，就可以計(jì)算出Cd和Rd。odnon dn dn dnTTdnTodn-轉(zhuǎn)速微分濾波時(shí)間常數(shù)Td的近似工程計(jì)算公式為：dn4h+2” 2cn*TTOC\o"1-5"\h\zT= T― m_dnh+1工n （九一z）AnN無(wú)超調(diào)時(shí)的微分時(shí)間常數(shù)應(yīng)該是, 4h+2”T| > Tdnb=0—h+1En本設(shè)計(jì)無(wú)超調(diào)時(shí)Tdn'寺X0?0174S=O'0638*\o"CurrentDocument"小t0.0638 […廠C=-^= =l.595pFdnR0 40000\o"CurrentDocument"廠T 0.01 …sR=—匹= =6.27KQdnC 1.595X10-3dn綜上，微分電容為1.595RF，濾波電阻為6.27Q。加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后轉(zhuǎn)速無(wú)超調(diào)，即滿足&<10%。n4.3反饋回路設(shè)計(jì)4.3.1電流反饋利用霍爾元件進(jìn)行電流反饋+15VlieHLVRmUilieHLVRmUi-15V圖2-13(b)霍爾元件構(gòu)成的電流互感器該霍爾電流互感器的兩側(cè)的電流時(shí)1:1的，圖中Rm為測(cè)量電阻，同時(shí)為限流電阻，即 IR<U*maxm i式中I ——霍爾電壓傳感器HLV一次側(cè)的最大電流即電動(dòng)機(jī)最大電流；maxU*i――電流調(diào)節(jié)器輸入限幅值。iR=-1^=0.53018.75型號(hào)：TV100—AW/100432轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計(jì)計(jì)算轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù):因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，所以測(cè)速發(fā)電機(jī)的的額定數(shù)據(jù)可選為：22W,110V，0.22A,2000r/min。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Cetg和輸出電位器RP2分壓系數(shù)a2，有Cetg=20OO爲(wèi)0-055V-min/r壓系數(shù)a2，有“Cn0.055X1500電位器RP2的選擇RP2二詁= ?187500.2仏0.2X0.22此時(shí)RP2所消耗的功率為W二Cnx0.2J二0.055x1500x0.2x0.22二3.63WRPetgN Ntg為了不致使電位器溫度很高，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故可將RP2選為10W，2.1K0的可調(diào)電位器。圖4-11轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計(jì)（測(cè)速發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)）圖4-11轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計(jì)（測(cè)速發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)）第5章輔助回路設(shè)計(jì)5.1直流穩(wěn)壓電源220V15V|_-15V220V15V|_-15V圖5-1直流穩(wěn)壓電源由單相橋式整流器和三端穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電源，作為給定電源。電路的組成電路經(jīng)變壓器變壓后的42V電壓經(jīng)單相橋式整流后向給定電路提供電源。將變壓器線圈分為兩部分，中間接地，以得到正、負(fù)電壓同時(shí)輸出。在電橋的兩端分別串入一對(duì)容量較大的電容C、C2和一對(duì)容量較小的電容12C3、C4，兩對(duì)電容的中間接地。在正電壓輸出端串入三端穩(wěn)壓器LM117，在負(fù)電壓輸出端串入LM137.分別穩(wěn)定+15V、-15V電壓的輸出。電路的工作原理給定電路的電源由單向不可控整流后的電源提供。電源電壓晶變壓器變壓后的輸出電壓是42V，變壓器線圈繞組的中間接地，見(jiàn)變壓器分為兩個(gè)同時(shí)輸出21V的副邊電壓。電流經(jīng)不可控整流后，直接向穩(wěn)壓器提供穩(wěn)壓電源。21V的電流經(jīng)整流橋后，輸入穩(wěn)壓器的電壓大約為21x1.2沁25V這樣穩(wěn)壓器LM117的輸出電壓為+15V，LM137輸出固定電壓一15V。整流后輸出電壓的電流為正弦波形電流，在整流橋的兩端并入電容q、

C2后，可將正弦波電流變?yōu)檩敵鲭娏鞔笮』竞愣ǖ碾娏髟?，有利于穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓與給定電路的穩(wěn)定輸出。穩(wěn)壓器的輸入端并入電容C3、C4用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激震蕩，接線不長(zhǎng)時(shí)也可不用。輸出端并入電容C7、C8是為了瞬時(shí)增減電流時(shí)不至于引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。R1=（120?240）0，為保證空載情況下