直流電機調(diào)速電路

1.1直流調(diào)速的優(yōu)點直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運算電路等，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因為元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，從而致使系統(tǒng)的運行特性也隨之變化，故系統(tǒng)運行的可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，在設(shè)計和調(diào)試的過程中有大量的參數(shù)需要計算和調(diào)整，運用傳統(tǒng)的設(shè)計方法工作量大，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，將SIMULINK用于電機系統(tǒng)的仿真研究近幾年逐漸成為人們研究的熱點。同時，MATLAB軟件中還提供了新的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具SIMULINK，它具有構(gòu)造模型簡單、動態(tài)修改參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)控制容易、界面友好、功能強大等優(yōu)點，成為動態(tài)建模與仿真方面應(yīng)用最廣泛的軟件包之一。它可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上“畫”出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進行仿真或分析,從而使得一個復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易且直觀。1.2本人的主要工作本文采用工程設(shè)計方法對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行輔助設(shè)計，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，進行參數(shù)計算和近似校驗，并建立起制動、抗電網(wǎng)電壓擾動和抗負(fù)載擾動的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析轉(zhuǎn)速和仿真波形，并進行調(diào)試，使雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)趨于完善、合理。2方案選擇及系統(tǒng)工作原理2.1電動機參數(shù)及設(shè)計要求1、 輸入三相交流電壓：380V2、 電機額定功率和轉(zhuǎn)速：自定3、 要求電動機轉(zhuǎn)速在（30%?100%）nN范圍內(nèi)可調(diào)。設(shè)參數(shù)如下：直流電機額定電壓UN二220V，額定電樞電流IN二136A，額定轉(zhuǎn)速nN=1460rpm,電樞回路總電阻R=0.5Q，電感L=0.012H，勵磁電阻Rf=2400，勵磁電感fLf=120H，互感Laf=1.8H，Ce二0.132Vmin..'r，允許過載倍數(shù)九二1.5。晶閘管裝置放大系數(shù)：K=40，時間常數(shù)：T=0.03s，T=0.18ss l m2.2方案選擇及系統(tǒng)框圖2.2.1方案一：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種最基本的反饋控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖2.1所示?！辏簣D2.1￡：圖2.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖ASR—轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié) GT—觸發(fā)裝置 TA—電流互感器TG—測速發(fā)電機U;/Un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓2.2.2方案二：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。

為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(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。為獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，如圖2.2所示。圖中,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，而電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換方器。TG圖2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖TG圖2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖ASR—轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)ACR—電流環(huán)節(jié)GT—觸發(fā)裝置TG—測速發(fā)電機TA—電流互感器U/un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓 U/U—電流給定電壓和電流反饋電壓2.2.3方案三：雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)圖2.3圖2.3雙閉環(huán)控制的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖UPW—脈寬調(diào)制器 GM—調(diào)制波發(fā)生器 GD—基極驅(qū)動器DLD—邏輯延時環(huán)節(jié) PWM—脈寬調(diào)制變換器 FA—瞬時動作的限流保護比較三種方案，雖然轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但對于動態(tài)性能要求很高的系統(tǒng)中，單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(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，能獲得良好的靜、動態(tài)性能。所以本設(shè)計最終米用的是方案二：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速。2.3系統(tǒng)工作原理簡介2.3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性nJLdnomBA圖2.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2.4所示。nJLdnomBA圖2.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖2.5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種情況：飽和――輸出達(dá)到限幅值；不飽和一一輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值,輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓AU在穩(wěn)態(tài)時總是零。實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。2.3.2雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動過程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程（圖2.6），因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先討論它的起動過程。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，整個過渡過程也就分成三段。dLon圖2.8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖dLon圖2.8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖2.7雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時轉(zhuǎn)速和電流波形圖圖2.7雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時轉(zhuǎn)速和電流波形2.3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾動性能（1） 動態(tài)跟隨性能雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束的條件下,表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。對于電流內(nèi)環(huán)來說，在設(shè)計調(diào)節(jié)器時應(yīng)強調(diào)有良好的跟隨性能。（2） 動態(tài)抗擾性能1、抗負(fù)載擾動由圖2.8動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負(fù)載時，必然會引起動態(tài)速降（升）。為了減少動態(tài)速降（升），必須在設(shè)計ASR時，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標(biāo)。對于ACR的設(shè)計來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。2、抗電網(wǎng)電壓擾動電網(wǎng)電壓擾動和負(fù)載擾動在系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它的動態(tài)抗擾效果也不一樣。電網(wǎng)電壓擾動的作用點則離被調(diào)量更遠(yuǎn)，它的波動先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)嫌晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，這個問題便大有好轉(zhuǎn)。由于電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當(dāng)電壓波動時，可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后才在系統(tǒng)中有所反應(yīng)。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的動態(tài)速降會比單閉環(huán)系統(tǒng)中小的多。2.3.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用1、 使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓U*變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。n2、 對負(fù)載變化起抗擾作用。3、 其飽和輸出限幅值作為系統(tǒng)最大電流的給定，起飽和非線性控制作用，以實現(xiàn)系統(tǒng)在最大電流約束下起動過程。電流調(diào)節(jié)器的作用1、 對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。2、 起動時保證獲得允許的最大電流。3、 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓U.*變化。I3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的具體設(shè)計說明3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計方案電動機額定電壓為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，為避免三次諧波對電源干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。為使線路簡單、工作可靠、裝置體積小，宜選用KC04組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。因調(diào)速精度要求高，為獲得良好的靜、動態(tài)性能，故選用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且兩個調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，電流反饋進行限流保護，出現(xiàn)故障電流時由快速熔斷器切斷這電路電源。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應(yīng)該保持恒定，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。整體電路原理圖見附錄1。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖3.1所示。圖3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖ASR—轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)ACR—電流環(huán)節(jié)TG—測速發(fā)電機TA—電流互感器UPE—電力電子變換器GT—觸發(fā)裝置un/un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓U/q—電流給定電壓和電流反饋電壓3.2主電路設(shè)計與參數(shù)計算3.2.1主電路原理圖（見附錄1）電源接入主回路之前先要接一個空氣開關(guān)，以保護主回路。再經(jīng)過整流變壓器T

降壓，電源由380V(AC)變?yōu)?20V(AC),再經(jīng)過各相一個快速熔斷器接入晶閘管全橋整流電路。這三個熔斷器主要保護晶閘管，作為過電流保護器件。變壓器一次側(cè)和二次側(cè)過電壓保護均采用阻容吸收保護電路。3.2.2整流變壓器的設(shè)計工業(yè)供電電壓為AC380V，而電動機的額定電壓為220V，所以必須通過降壓變壓器使之達(dá)到系統(tǒng)要求。本設(shè)計采用的是直流電機，故還須通過整流電路使之變成連續(xù)的直流電壓。為避免三次諧波對電源的干擾，整流變壓器采用D/Y-11聯(lián)結(jié)的三相全控橋式接法，如圖3.3所示:圖3.3整流變壓器三相全控橋式連接圖圖3.3整流變壓器三相全控橋式連接圖變壓器二次側(cè)電壓u2的計算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a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。要比較精確地計算二次相電壓必須考慮以下因素:1、 最小控制角a.。在一般可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)的a取30°-35°的范圍。in min2、 電網(wǎng)電壓波動。根據(jù)規(guī)定電網(wǎng)允許波動5%-10%考慮在電網(wǎng)電壓最低時要求能保證最大整流輸出電壓，故通常取波動系數(shù)￡=0.9。3、 變壓器漏抗產(chǎn)生的換相壓降：U=《狙=mU必卩卩2厶r 2兀 /2兀2e4、 晶閘管或整流二極管的正向?qū)▔航礎(chǔ)U二1?？紤]了以上因素后，變壓器二次電壓的計算公式為:U+nU+nxAUdmax Axwx(cosa.-CxU,xmin shIJI2n)(3.1)式中，Ud—整流電路輸出電壓最大值；dmaxAU—為主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的正向壓降；A—理想情況?=0°時整流電壓Ud0與二次電壓U2之比，即A=Ud0U2，三相橋式整流A為2.34；C—線路接線方式系數(shù)，三相橋式整流C為0.5；TOC\o"1-5"\h\zUu—變壓器短路電壓比，10:100KV?A取U,二0.05，容量越大，Uu也越大;

sh sh shIJ12N—變壓器二次側(cè)實際工作電流與變壓器二次側(cè)額定電流之比，應(yīng)取最大值。所以,(2)根據(jù)設(shè)計要求取ai=30o，AU=IV，n=2，Ij12N二1，所以,(2)min 2 2NdmaxU二U二220V,A二2.34,C二0.5,Uu二0.05，代入式3.1得：dmaxdmaxN shTT U +nxAU 220+2x1U= dmax — 沁128V2Axex(cosai-CxU,x12/1) 2.34x0.9x(0.866-0.5x0.05x1)\o"CurrentDocument"min sh2 2N電壓比K=U=380=2.97。U2128-次側(cè)電流11和二次側(cè)相電流12的計算在可控硅整流電路中，交流側(cè)電流有效值厶與直流側(cè)整流電流Id之間，存在著固1 d2)+(一Id)2x/J(3.2)定的比例關(guān)系，即I】—K/d2)+(一Id)2x/J(3.2)由式3.2此可得：KI1—0.816,KI2—0.816；Id取電動機額定電流16.2A,考慮變壓器勵磁電流和變比K，得:d12—K2/—0.816x136沁110.98A2 12d1.05KJ 111.05KJ 11dK1.05x0.816x136297沁39.23A(3.3)(3.3)(3.4)變壓器容量的計算一次側(cè)的容量為：S1-?111二次側(cè)的容量為：S二次側(cè)的容量為：S2變壓器平均容量：S=丄(S1+S2) (3.5)式中，U］二380V,U2二128V,I］二39.23A,12二110.98A；=、巨UJ1^■■；3x380x39.23沁25.82KVA二朽U212r3x128x110.98沁24.60KVAS=-(S1+S2)=丄(25.82+24.60)=25.21KVA從上述數(shù)據(jù)可得變壓器參數(shù)如下表3.1所示:表3.1變壓器參數(shù)相數(shù)接線 容量一次側(cè)電壓一次側(cè)電流二次側(cè)電壓二次側(cè)電流3D/Y-11 25.21KVA380V39.23A128V110.98A3.2.3晶閘管元件選擇（1）晶閘管的額定電壓晶閘管實際承受的最大峰值電壓UTM，乘以（2?3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓UTN，即UTN=（2~3）Utm （3.6）整流電路形式為三相全控橋，而UTM=邁?2二、拓U2，取UTN二1000V（2）晶閘管的額定電流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ITN大于實(3.7)(3.8)際流過管子電流最大有效值IT，即ITN=1.57IT（av）>IT晶閘管電流有效值： IT二Ij朽二0.577Id(3.7)(3.8)考慮(1.5?2)倍的裕量，則晶閘管的額定電流：ITN="~2)It="~2)x°5771=0.368Id(1.5?2)

TN1.57 1.57 d式中，Id取電動機額定電流136A，代入式3.8得：ITN=(1?5~2)It="~2)x°5771=0.368Id(1.5?2)TN1.57 1.57 d取ITN二100A。故選晶閘管的型號為KP100—10D。3.2.4電抗器參數(shù)的計算為了使直流負(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心電抗器Ld，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d

抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。維持輸出電流連續(xù)的臨界電感量lL=KU1idmin式中，K—與整流電路有關(guān)的計算系數(shù)，三相全控橋式K=0.693；11U2—變壓器二次側(cè)相電壓，U2=128V；Id.—電路所需的最低電流，一般為5%:10%厶，在此取5%。dm.n dKU2 0.693x128所以， L=J= =13.04mH1/. 0.05x136dm.n限制輸出電流脈動的電感量L2L=UdmaJU2._U^_2 2-fdSi*Id(3.9)(3.10)式中，U—整流電路輸出電壓最大值；(3.9)(3.10)dmaxU2—變壓器二次側(cè)相電壓，U2=128V；fd—輸出最低頻率分量的頻率值，三相全控橋式電路fd=300Hz；S—給定的允許電流脈動系數(shù)，通常三相整流電路中S.取到5%:10%之i i間，此處取S.二5%；iId—取電流有效值，即Id二136A?？傻?2201281282x3.14可得:2201281282x3.14x3000.05x136=17.17mH電動機電感量LD電動機的電感LD可按下式計算：LD二(KDxUNx103)/(2P?nN-IN)mH (3.11)式中：UN、IN、nN—直流電動機的額定電壓、電流與轉(zhuǎn)速，UN=220V，IN=136A,nN=1460rpm；P一電動機磁極對數(shù)，P二2；由此可得： LD二(KDxUNx103)/(2P?nN-IN)二(8x220x103)..?(2x2x1460x136)二2.22mH變壓器的漏感LB變壓器的漏感LB可按下式計算：

Lb二(Kb5U2)IdmH(3.12)式中：KB—計算系數(shù)，三相橋式整流電路KB=3.9；Uh—變壓器短路電壓比，一般取Uh二0.05。(3.12)sh sh將K二3.9、Uu二0.05、U2二128V、厶二136A代入式3.11可得：B sh 2 dLB=(KBU?U2)汀d=(3.9x0.05x128)..'136=0.18mH(5)實際串入電抗器的電感量“輸出電流連續(xù)的實際臨界電感量Ld1=L1-(2LB+LD)=13.04-(2x0.18+2.22)=10.46mH限制電流脈動時的實際電感量Ld2=L2-(2LB+LD)=17.17-(2x0.18+2.22)=14.59mH取較大者做為串入電抗器的電感量，即Ld二14.59mH。d3.2.5勵磁電路該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應(yīng)該保持恒定，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。3.2.6晶閘管觸發(fā)電路電路由同步變壓器提供同步信號Us，變壓器提供正負(fù)15V的直流電源，同步信號在觸發(fā)器內(nèi)經(jīng)過觸發(fā)脈沖的生成、放大以后經(jīng)輸出端到晶閘管的門極，當(dāng)同步觸發(fā)脈沖來臨的時候，晶閘管已經(jīng)加上了正向壓降，所以晶閘管就會在觸發(fā)脈沖前沿來臨后開始導(dǎo)通。3.3直流調(diào)速系統(tǒng)的保護晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。設(shè)計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、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否正?？煽窟\行的關(guān)鍵。3.3.1過電壓保護(1)交流側(cè)保護電源變壓器初級側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵心中的磁通0在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應(yīng)出很高的瞬時過電壓，這種過電壓可用阻容保護。由于電容兩端的電壓不能突變，可以限制變壓器次級的電壓變化率，因而限制了瞬時電壓上升的水平。電容器把變壓器鐵心的磁能轉(zhuǎn)化成電容電能。串聯(lián)的電阻可以消耗部分能量，并可抑制LC回路的振蕩。直流側(cè)過電壓保護以電動機為負(fù)載時，變流裝置的直流側(cè)也會產(chǎn)生過電壓，當(dāng)直流端設(shè)置的快速開關(guān)，突然切斷過載電流時，電源變壓器中儲存能量的釋放也會產(chǎn)生過電壓。雖然交流側(cè)過電壓保護可以起到抑制過電壓的作用，但過載時變壓器所儲存能量比空載時要大，這種過電壓仍會通過導(dǎo)通的晶閘管反映到直流側(cè)。3.3.2電流保護交流側(cè)快速熔斷器的選擇變壓器二次側(cè)電流12二110.98A選取RLS-120快速熔斷器，熔體額定電流120A。晶閘管串聯(lián)的快速熔斷器的選擇因為I=12二110.98A選取RLS-120快速熔斷器，熔體額定電流120A。電壓和電流上升率的限制電壓上升率dudt:正相電壓上升率dudt較大時，會使晶閘管誤導(dǎo)通。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。造成電壓上升率dudt過大的原因一般有兩點：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管換相時相當(dāng)于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成dudt過大。限制dudt過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使dudt降低。電流上升率diidt:導(dǎo)通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。因此對晶閘管的電流上升率diidt必須有所限制。產(chǎn)生diidt過大的原因，一般有：晶閘管導(dǎo)通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護中的電

容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側(cè)保護電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然限制diidt，除在阻容保護中選擇合適的電阻外，也可采用與限制相同的措施，即在每個橋臂上串聯(lián)一個電感。限制du'dt和didt的電感，可采用鐵心電抗器，L值可偏大些。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導(dǎo)線繞上一定圈數(shù)，或在導(dǎo)線上套上一個或幾個磁環(huán)來代替橋臂電抗器。所以為了防止dudt和didt，每個橋臂上串聯(lián)一個14.59mH的電感。3.4控制電路設(shè)計設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴展。在本節(jié)的設(shè)計中，先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。電流反饋系數(shù)：0二0.05VrA(u10V1.5IN)。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：?二0.007Vminr(?10VnN)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制電路原理圖如圖3.13所示。Rn圖3.13轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制電路原理圖3.4.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(1)確定時間常數(shù)1、 電流環(huán)等效時間常數(shù)為2T工i二0.0074s。2、 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取T二0.01son3、 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T工乙n按小時間常數(shù)近似處理，取Ty二2Ty.+T二0.0174s乙n 乙ion

(2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為:(3.13)W/\ “Ts+1(3.13)WASR(S)=K選擇轉(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二5，則ASR的超前時間常數(shù)為hTv=5x0.0174s=0.087s乙n轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益2h2T2h2Tv2 2x25x0.01742工n于是，ASR的比例系數(shù)為：(h+1)卩CTem=396.4s-2Kfl=2haRT工6x0.05x0.132x0.18 =口？2x5x0.007x0.5x0.0174= .校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：O=5=KTcn轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：O=5=KTcn叫N=39.64x0.0871=34.5s-is1、轉(zhuǎn)速環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：OW丄1=5TT=5x0.0037乙i滿足簡化條件。現(xiàn)在,2、小時間常數(shù)近似處理條件:現(xiàn)在現(xiàn)在2TT=3x\：2x0.0037x0.01=38.75on乙ion滿足近似條件。計算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖4.15所示。

R圖4.15含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器取R0=R圖4.15含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器R=KR=11.7x40kQ二468kQ,n n0t0087C=亠= X106pF=0.185pF,nR 470x103n廠 4T 4x0.01“口1口C=——on= x106pF=1uF,取470kQ取0.2pF取1取470kQ取0.2pF取1pF4調(diào)速系統(tǒng)的仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機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)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用PowerSystem工具箱進行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用前一種方法。4.1調(diào)速系統(tǒng)仿真模型的建立轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管、平波電抗器、直流電動機等部分組成。轉(zhuǎn)