錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：班級(jí)：設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)：同組人：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：課程設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)生指導(dǎo)教師題目自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)子題錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)目的：了解并熟悉錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成構(gòu)造。2.熟悉錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中各單元環(huán)節(jié)的工作原理，特性和作用。3.了解錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的靜特性和動(dòng)態(tài)特性。4.了解錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.系統(tǒng)方案的選擇。2.系統(tǒng)方案的實(shí)體設(shè)計(jì)，包括各種功能電路或部件的設(shè)計(jì)與選擇參數(shù)計(jì)算。3.系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。4.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工程設(shè)計(jì)，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器的構(gòu)造和參數(shù)選擇。5．詳細(xì)分析錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。指導(dǎo)教師簽字：系〔教研室〕主任簽字：年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u21153一、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理-4-107931、可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理-4-204572、環(huán)流的介紹-4-281151、環(huán)流的定義-4-271432、環(huán)流的分類(lèi)-5-105643、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)-5-283981、靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理-5-304672、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的構(gòu)造-5-271323、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)-6-27673二、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-6-78271、主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇-6-160931、變壓器的選擇-6-205532、晶閘管的選擇-6-145543、電抗的選擇-7-34822、同步變壓器及觸發(fā)器的設(shè)計(jì)-7-300031、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)-7-64772、同步變壓器的設(shè)計(jì)-8-140763、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)-8-122691、過(guò)電流保護(hù)-8-162062、過(guò)電壓保護(hù)-8-46043、緩沖電路-8-23514、檢測(cè)環(huán)節(jié)-9-165891、轉(zhuǎn)速檢測(cè)-9-167702、電流檢測(cè)-9-28563、電壓檢測(cè)-10-172995、控制電路的設(shè)計(jì)-10-123311、AVR電壓內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)-10-263732、ACR電流環(huán)的設(shè)計(jì)-11-209923、ASR轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)-12-46494、AVR、ACR和ASR的限幅設(shè)計(jì)-13-325985、AR反相器的設(shè)計(jì)-13-23554三、設(shè)計(jì)小結(jié)-14-4566四、參考文獻(xiàn)-14-錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理1、可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理圖1兩組晶閘管裝置發(fā)并聯(lián)線(xiàn)路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)常需要采用倆組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線(xiàn)路，如圖1，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管VR供電。兩組晶閘管分別由兩組觸發(fā)裝置進(jìn)展控制，都能靈活的控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和升速、降速。但在一般情況下不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路。在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)可利用反組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，反轉(zhuǎn)時(shí)同樣可利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，總結(jié)起來(lái)，可將可逆線(xiàn)路的正反轉(zhuǎn)時(shí)的晶閘管和電機(jī)狀態(tài)總結(jié)為表1。表1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線(xiàn)路的工作狀態(tài)環(huán)流的介紹1、環(huán)流的定義采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，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(chēng)作環(huán)流。如圖2中的Ih。一般情況，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。圖2反并聯(lián)可逆V—M系統(tǒng)中的環(huán)流〔Ih—環(huán)流Id—負(fù)載電流〕環(huán)流的分類(lèi)〔1〕靜態(tài)環(huán)流：兩組可逆線(xiàn)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(chēng)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(chēng)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。錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)1、靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理采用配合控制的原理，當(dāng)一組晶閘管裝置整流時(shí)，讓另一組處于待逆變狀態(tài)，而且兩組觸發(fā)脈沖的零位錯(cuò)開(kāi)的比擬遠(yuǎn)，防止了瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的可能性，這就是錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。具體地說(shuō)，在α=β配合控制的有換流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，兩組觸發(fā)脈沖的配合關(guān)系是，時(shí)的初始相位整定在，從而消除了直流平均環(huán)流，但仍存在瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。在錯(cuò)位控制的無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是，甚至是，也就是說(shuō)初始相位整定在。這樣，當(dāng)待逆變組的觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，它的晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導(dǎo)通，當(dāng)然就不會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)環(huán)流了。2、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的構(gòu)造主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線(xiàn)路，控制電路采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動(dòng)電流；電流調(diào)節(jié)器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角αmin與最小逆變角βmin。根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反響電壓、電流反響電壓都應(yīng)該能夠反映正和負(fù)極性，電流反響應(yīng)能否反映極性，因此電流互感器需采用直流電流互感器或霍爾變換器。在錯(cuò)位無(wú)環(huán)流系統(tǒng)中增設(shè)了電壓內(nèi)環(huán)。電壓內(nèi)環(huán)的作用：縮小反向時(shí)的電壓死區(qū)，加快系統(tǒng)的切換過(guò)程。抑制電流斷續(xù)等非線(xiàn)性因素的影響，提高系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。防止動(dòng)態(tài)環(huán)流，保證電流安全換向。圖3錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR—電流調(diào)節(jié)器，AVR—電壓調(diào)節(jié)器，TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)，TA—電流互感器，AR—反相器，GTF—正組晶閘管脈沖移相觸發(fā)裝置，GTR—反組晶閘管脈沖移相觸發(fā)裝置，VF—正組晶閘管，VR—反組晶閘管，—平波電抗器，Un*—轉(zhuǎn)速給定電壓，Un—轉(zhuǎn)速反響電壓，Ui*—電流給定電壓，Ui—電流反響電壓

，Uu—端電壓給定電壓，Uu—端電壓反響電壓3、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，但與邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)相比，切換特性較差，在某些切換條件下的切換死區(qū)較大。而且在切換過(guò)程中容易出現(xiàn)電流沖擊。因此錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)通常用于系統(tǒng)容量較小而且對(duì)切換品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇變壓器的選擇三向橋式整流電路變壓器副邊相電壓與最大整流直流電壓的關(guān)系是：。在可逆系統(tǒng)中由于有最小逆變角限制的問(wèn)題，。應(yīng)該等于電動(dòng)機(jī)額定電壓加上過(guò)載電流所產(chǎn)生的附加壓降再加上晶閘管的管壓降，另外考慮整流電源內(nèi)阻壓降及電網(wǎng)電壓波動(dòng)，通常還需要再增加15%~20%，因此，則可求出?？紤]到工作負(fù)荷不會(huì)過(guò)重，并且變壓器也容許一定過(guò)載，所以選取變壓器為連接。則在副邊：副邊線(xiàn)電壓為,副邊線(xiàn)電流。晶閘管的選擇考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該有2—3倍的電壓設(shè)計(jì)裕量，則晶閘管的額定電壓值為。晶閘管的額定電流的選取設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該考慮裕量的問(wèn)題，則其額定電流為。電抗的選擇在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。為了防止或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動(dòng)的措施，主要是：設(shè)置平波電抗器；增加整流電路相數(shù)；采用多重化技術(shù)。在此處增加平波電抗器。三相橋式整流電路中，總電感量為，平波電抗器,為電機(jī)的電樞電感。同步變壓器及觸發(fā)器的設(shè)計(jì)1、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路類(lèi)型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對(duì)來(lái)說(shuō)電路比擬復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)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(jì)采用的是集成觸發(fā)器，選擇目前國(guó)內(nèi)常用的KJ、KC系例，本設(shè)計(jì)采用3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)展脈沖放大即可。電路原理圖如圖4，處為觸發(fā)系統(tǒng)的輸入端，可將變阻器去掉，直接接控制電壓；Up為初始相位控制端，即在Uc初始電壓為0時(shí)調(diào)節(jié)脈沖的初始相位。圖4三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路同步變壓器的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致；此外，應(yīng)確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。具體參見(jiàn)《電力電子技術(shù)》第95頁(yè)說(shuō)明。圖5同步變壓器的原理圖表2三相全控橋各晶閘管的同步電壓變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)。此時(shí)，同步電壓的選取結(jié)果見(jiàn)表2。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)過(guò)電流保護(hù)在主電路中交流側(cè)安裝快速熔斷器。過(guò)電壓保護(hù)考慮晶閘管的保護(hù)方法為兩端并聯(lián)電阻電容，同時(shí)在交流側(cè)并接電阻電容。緩沖電路又稱(chēng)吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt、過(guò)電流和di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。如圖7。圖6三相電路交流側(cè)阻容保護(hù)電路圖7緩沖電路〔將圖中的IGBT換成晶閘管〕檢測(cè)環(huán)節(jié)圖8檢測(cè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速檢測(cè)轉(zhuǎn)速反響系數(shù)包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Cetg和其輸出電位器的分壓系數(shù)，即根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)，有Cetg=，=/Cetg。電位器的選擇方法如下：為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線(xiàn)性度沒(méi)有顯著影響，取測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的20%，則，最后驗(yàn)證電位器的消耗功率是否符合要求。。2、電流檢測(cè)從理論上講,可選取檢測(cè)電阻的阻值大小為，然后驗(yàn)證該電阻的功率是否符合要求，；假設(shè)過(guò)大則應(yīng)在反響回路增加放大器，從而減小電阻阻值。電壓檢測(cè)在可逆系統(tǒng)中由于有最小逆變角限制的問(wèn)題，，，(R'為的有效局部)在電壓檢測(cè)回路上應(yīng)該足夠小從而不影響整流〔或逆變〕裝置和電機(jī)的工作，因此先選擇阻值較大的固定電阻R1，然后再選擇適宜的滑動(dòng)變阻器。控制電路的設(shè)計(jì)AVR電壓內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)1〕AVR的模型簡(jiǎn)化說(shuō)明AVR的設(shè)計(jì)采用積分調(diào)節(jié)器，其分析過(guò)程如下。將電壓環(huán)的傳遞函數(shù)等效成如下：因此，電壓環(huán)簡(jiǎn)化后可視為電流環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，化簡(jiǎn)后如下：。2〕AVR的電路模型圖9AVR積分調(diào)節(jié)器ACR電流環(huán)的設(shè)計(jì)1〕電流環(huán)簡(jiǎn)化說(shuō)明ACR的設(shè)計(jì)用PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)AVR的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以后ACR的傳遞函數(shù)框圖如下：=，為電機(jī)的電樞電阻。ACR參數(shù)的計(jì)算，取0.5，則。近似條件檢驗(yàn)UPE純滯后近似處理：忽略反電勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng):電流環(huán)小慣性群的近似處理：調(diào)節(jié)器電阻電容的選取，，。在計(jì)算完成后應(yīng)根據(jù)實(shí)際的電阻/電容值進(jìn)展選擇。5〕ACR的電路模型圖10含給定與反響濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器ASR轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)1〕ASR等效模型說(shuō)明ASR設(shè)計(jì)選用PI調(diào)節(jié)器，電流環(huán)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)環(huán)，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)，忽略高次項(xiàng)，降階近似，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：按典型二階系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計(jì)，，，，。近似條件的檢驗(yàn)電流環(huán)化簡(jiǎn)條件：轉(zhuǎn)速環(huán)化簡(jiǎn)條件:ASR電路構(gòu)造及參數(shù)圖11含給定濾波與反響濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AVR、ACR和ASR的限幅設(shè)計(jì)圖12限幅電路的原理調(diào)整RP1，RP2使得BC兩點(diǎn)電壓為限幅電壓，當(dāng)A點(diǎn)電壓UA超過(guò)限幅電壓時(shí)，二極管會(huì)導(dǎo)通，從而使A的電壓被限制在限幅電壓，而不會(huì)過(guò)高或過(guò)低。具體的限幅值應(yīng)根據(jù)實(shí)際來(lái)確定，理論計(jì)算時(shí)應(yīng)結(jié)合圖1來(lái)計(jì)算。電壓調(diào)節(jié)器限幅值，電流調(diào)節(jié)器限幅值轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅值