VM雙閉環(huán)直流調(diào)速專業(yè)系統(tǒng)設計

雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)設計摘要轉速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣直流調(diào)速系統(tǒng)。依據(jù)晶閘管特征，經(jīng)過調(diào)整基于設計題目，直流電動機調(diào)速控制器選擇了轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設計中調(diào)速系統(tǒng)主電路采取了三相全控橋整流電路來供電。本文首先確定整個設計方案和框圖。然后確定主電路結構形式和各元部件設計，同時對其參數(shù)計算，包含整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護電路參數(shù)計算。接著驅(qū)動電路設計包含觸發(fā)電路和脈沖變壓器設計。最終，即本文關鍵設計直流電動機調(diào)速控制器電路，轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對象來設計直流電動機調(diào)速控制器。為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)整器，分別調(diào)整轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋，二者之間實施嵌套聯(lián)接。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。先確定其結構形式和設計各元部件，并對其參數(shù)計算，包含給定電壓、轉速調(diào)整器、電流調(diào)整器、檢測電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路參數(shù)計算然后最終采取MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真分析，最終畫出了調(diào)速控制電路電氣原理圖。關鍵詞：雙閉環(huán)；轉速調(diào)整器；電流調(diào)整器V-Mdoubleclosedloopirreversiblecocurrentvelocitymodulationsystem'sdesignAbstract：Theelectricdriveautomaticcontrolsystemistransformstheelectricalenergythemechanicalenergytheinstallment,itwidelyisappliedinproducesthemachinerytoneedgenerallythepowerthesituation,isalsowidelyappliedintheprecisionmachineryandsoonneedsthehighperformanceelectricdriveintheequipment,withcontrolstheposition,thespeed,theacceleration,thepressure,thetensityandthetorqueandsoon.

Whatthisarticleelaboratesis“therotationalspeed,theelectriccurrentdoubleclosedloopcocurrentvelocitymodulationsystemrephrasesinownwordsthesingleclosedloopcocurrentvelocitymodulationsystem'smaincircuitdesignandtheresearch”.Themaincircuitdesignisrestsonthethyristor-electricmotor(V-M)thesystemcomposition,ItssystembyrectificationtransformerTR,thethyristorrectificationspeeder,flatwavereactorLandtheelectricmotor-powersetandsooniscomposed.AfterrectificationtransformerTRandthethyristorrectificationspeeder'sfunctionisthealternatingcurrentrectificationwhich,inputsturnsthedirectcurrent;TheflatwavereactorLfunctioniscausestheoutputthedirectcurrenttobesmoother;Theelectricmotor-powersetprovidesthethree-phaseACpowersource.

Keywords:direct-currentvelocitymodulationthyristordoubleclosedloop第一章緒論1．1直流調(diào)速系統(tǒng)概述三十多年來，直流電機調(diào)速控制經(jīng)歷了重大變革。首先實現(xiàn)了整流器更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置替換了習用已久直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術應用，使直流調(diào)速系統(tǒng)性能指標大幅提升，應用范圍不停擴大。直流調(diào)速技術不停發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度電氣傳動領域中仍然難以替換。直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機轉速,以滿足工作機械要求。從機械特征上看,就是經(jīng)過改變電動機參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機機械特征,從而改變電動機機械特征和工作特征機械特征交點,使電動機穩(wěn)定運轉速度發(fā)生改變。直流電動機含有良好起、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、金屬切削機床、造紙機、高層電梯等需要高性能可控電力拖動領域中得到了廣泛應用。多年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)不管在理論上和實踐上全部比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)基礎，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重作用。1．2研究課題目標和意義直流電動機因含有良好起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在很多需要調(diào)速或快速正反向電力拖動領域中得到了廣泛應用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套晶閘管整流裝置，組成晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）。采取速度、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),能夠充足利用電動機過載能力取得最快動態(tài)過程，調(diào)速范圍廣，精度高，和旋轉變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上全部有很大提升，而且在技術性能上也顯示出較大優(yōu)越性，動態(tài)和靜態(tài)性能均好，且系統(tǒng)易于控制。雙閉環(huán)系統(tǒng)轉速環(huán)用來控制電動機轉速，電流環(huán)控制輸出電流；該系統(tǒng)能夠自動限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動影響；且采取雙閉環(huán)控制提升了系統(tǒng)阻尼比，所以較之單閉環(huán)控制含有愈加好控制特征。盡當今功率半導體變流技術已經(jīng)有了突飛猛進發(fā)展，但在工業(yè)生產(chǎn)中V-M系統(tǒng)應用還是有相當比重。所以以此為課題進行研究含有一定實用價值。1.3雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展趨勢雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀七十年代在國外部分發(fā)達國家興起，經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展已經(jīng)成熟，在二十一世紀已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化和智能化。中國在直流調(diào)速產(chǎn)品研發(fā)上取得了一定成就，但和國外相比仍有很大差距。中國自主全數(shù)字化直流調(diào)速裝置還沒有全方面商用，產(chǎn)品功效上沒有國外產(chǎn)品功效強大。而國外進口設備價格昂貴，也給國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置提供了發(fā)展空間?，F(xiàn)在，發(fā)達國家應用優(yōu)異電氣調(diào)速系統(tǒng)幾乎完全實現(xiàn)了數(shù)字化，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍應用到了各類儀器儀表，機械重工業(yè)和輕工業(yè)生產(chǎn)過程中。伴隨全球科技日新月異發(fā)展，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)總發(fā)展趨勢也向著控制數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展。而在我們中國，雙閉環(huán)控制也已經(jīng)經(jīng)過了幾十年發(fā)展時期，現(xiàn)在已經(jīng)基礎發(fā)展成熟，不過現(xiàn)在趨勢仍是追趕著發(fā)達國家腳步，向著數(shù)字化發(fā)展。1.4本課題關鍵討論問題1．研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)研究和應用現(xiàn)實狀況。

2．調(diào)速系統(tǒng)主電路參數(shù)計算及元件確實定（包含有變壓器、晶閘管、平波電抗器等）。

3．驅(qū)動控制電路選型設計（模擬觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、數(shù)字觸發(fā)器電路均可）。

4．動態(tài)設計計算：依據(jù)技術要求，對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，確定ASR調(diào)整器和ACR調(diào)整器結構型式及進行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標要求。

5．繪制V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖（要求計算機繪圖）。

6．建立系統(tǒng)數(shù)學模型，對系統(tǒng)進行仿真研究，驗證所設計系統(tǒng)是否滿足各項性能指標要求。第二章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理2.1直流調(diào)速系統(tǒng)介紹調(diào)速系統(tǒng)是當今電力拖動自動控制系統(tǒng)中應用最普遍一個系統(tǒng)?，F(xiàn)在，需要高性能可控電力拖動領域多數(shù)全部采取直流調(diào)速系統(tǒng)。2.2晶閘管-電動機直流調(diào)速系統(tǒng)介紹20世紀50年代末，晶閘管（大功率半導體器件）變流裝置出現(xiàn)，使變流技術產(chǎn)生了根本性變革，開始進入晶閘管時代。由晶閘管變流裝置直接給直流電動機供電調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管-電動機直流調(diào)速系統(tǒng)，簡稱V-M系統(tǒng)，又稱為靜止Ward-leonard系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已成為直流調(diào)速系統(tǒng)關鍵形式。圖1.1是V-M系統(tǒng)簡單原理圖[1,3,5]。圖中V是晶閘管變流裝置，能夠是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，經(jīng)過調(diào)整觸發(fā)裝置GT控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖相位，以改變整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。因為V-M系統(tǒng)含有調(diào)速范圍大、精度高、動態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點，且已比較成熟，所以已在世界各關鍵工業(yè)國得到普遍應用。-圖1.1晶閘管-電動機直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）不過，晶閘管還存在以下問題：（1）因為晶閘管單向?qū)щ娦裕o系統(tǒng)可逆運行造成困難；（2）因為晶閘管元件過載能力小，不僅要限制過電流和反向過電壓，而且還要限制電壓改變率（du/dt）和電流改變率(di/dt)，所以必需有可靠保護裝置和符合要求散熱條件；（3）當系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速下運行時，晶閘管導通角小，使得系統(tǒng)功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大諧波電流，引發(fā)電網(wǎng)電壓波形畸變，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響；（4）因為整流電路脈波數(shù)比直流電動機每對極下?lián)Q向片數(shù)要小得多，所以，V-M系統(tǒng)電流脈動很嚴重。第三章控制系統(tǒng)設計3．1設計內(nèi)容和要求設計內(nèi)容：1.依據(jù)題目標技術要求，分析論證并確定主電路結構形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成，畫出系統(tǒng)組成原理框圖。2.調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件確實定及其參數(shù)計算。3.驅(qū)動控制電路選型設計。4．動態(tài)設計計算：依據(jù)技術要求，對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，確定ASR調(diào)整器和ACR調(diào)整器結構形式及進行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標要求。5．繪制V—M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)改變時對直流電動機動態(tài)性能影響。設計要求：1.該調(diào)速系統(tǒng)能進行平滑地速度調(diào)整，負載電機不可逆運行，含有較寬地轉速調(diào)速范圍（），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。2.系統(tǒng)靜特征良好，無靜差（靜差率）。3.動態(tài)性能指標：轉速超調(diào)量，電流超調(diào)量，動態(tài)最大轉速降，調(diào)速系統(tǒng)過渡過程時間（調(diào)整時間）。4.系統(tǒng)在5%負載以上改變運行范圍內(nèi)電流連續(xù)。5.調(diào)速系統(tǒng)中設置有過電壓、過電流保護，而且有制動方法。6.主電路采取三項全控橋。3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)整器，分別調(diào)整轉速和電流，二者之間實施串級連接，圖2所表示，即把轉速調(diào)整器輸出看成電流調(diào)整器輸入，再用電流調(diào)整器輸出去控制晶閘管整流器觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調(diào)整環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這么就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)整器ASR和ACR通常全部采取PI調(diào)整器。因為PI調(diào)整器作為校正裝置既能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提升系統(tǒng)穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面要求。通常調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采取PI調(diào)整器便能確保系統(tǒng)取得良好靜態(tài)和動態(tài)性能。圖2轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)圖中U*n、Un—轉速給定電壓和轉速反饋電壓U*i、Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓ASR—轉速調(diào)整器ACR—電流調(diào)整器TG—測速發(fā)電機TA—電流互感器UPE—電力電子變換器3．3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設計框圖在生活中，直接提供是三相交流760V電源，而直流電機供電需要三相直流電，所以要進行整流，本設計采取三相橋式整流電路將三相交流電源變成三相直流電源，最終達成要求把電源提供給直流電動機。圖2-1設計總框架。直流電機三相交流電源三相直流電源直流電機三相交流電源三相直流電源整流供電整流供電雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電路保護電路雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電路保護電路圖2-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計總框架三相交流電路交、直流側及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護有電壓、電流保護。通常保護有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。依據(jù)不一樣器件和保護不一樣要求采取不一樣方法。驅(qū)動電路是電力電子主電路和控制電路之間接口，是電力電子裝置關鍵步驟，它將信息電子電路傳來信號根據(jù)其控制目標要求，轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，能夠使其開通或關斷信號。本設計使用是晶閘管，即半控型器件。驅(qū)動電路對半控型只需要提供開通控制信號，對于晶閘管驅(qū)動電路叫作觸發(fā)電路。直流調(diào)速系統(tǒng)中應用最普遍方案是轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，采取串級控制方法。轉速負反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是確保系統(tǒng)穩(wěn)速精度；電流負反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實現(xiàn)電動機轉距控制，同時又能實現(xiàn)限流和改善系統(tǒng)動態(tài)性能。轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下跟隨性能、動態(tài)限流性能和抗擾動性能等，全部比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。3．4（1）主電路結構形式在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采取是晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))原理圖圖3-1所表示。它經(jīng)過調(diào)整處罰裝置GT控制電壓來移動觸發(fā)脈沖相位，即可改變平均整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。和旋轉變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上全部很大提升，而且在技術性能上也顯現(xiàn)出較大優(yōu)越性。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速系統(tǒng)來說，自動控制直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，依據(jù)晶閘管特征，能夠經(jīng)過調(diào)整當整流負載容量較大或直流電壓脈動較小時應采取三相整流電路，其交流側由三相電源供電。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因為三相半波整流電路在其變壓器二次側含有直流分量，故本設計采取了三相全控橋整流電路來供電，該電路是現(xiàn)在應用最廣泛整流電路，輸出電壓波動小，適圖3-1V-M系統(tǒng)原理合直流電動機負載，而且該電路組成調(diào)速裝置調(diào)整范圍廣，能實現(xiàn)電動機連續(xù)、平滑地轉速調(diào)整、電動機不可逆運行等技術要求。圖3-2主電路原理圖三相全控制整流電路由晶閘管VT1、VT3、VT5接成共陰極組，晶閘管VT4、VT6、VT2接成共陽極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖晶閘管，和接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖晶閘管，同時導通時，才組成完整整流電路。三相交流電路交、直流側及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護有電壓、電流保護。通常保護有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。（2）主電路設計1.變流變壓器設計通常情況下，晶閘管變流裝置所要求交流供電電壓和電網(wǎng)電壓是不一致，所以需要變流變壓器，經(jīng)過變壓器進行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，降低電網(wǎng)于晶閘管變流裝置相互干擾。這里選項用變壓器一次側繞組采取△聯(lián)接，二次側繞組采取Y聯(lián)接。為整流變壓器總容量，為變壓器一次側容量，為一次側電壓,為一次側電流,為變壓器二次側容量，為二次側電壓，為二次側電流，、為相數(shù)。為了確保負載能正常工作，當主電路接線形式和負載要求額定電壓確定以后，晶閘管交流側電壓只能在一個較小范圍內(nèi)改變，為此必需正確計算整流變壓器次級電壓。影響值原因有：(1)值大小首先要確保滿足負載所需求最大電流值。(2)晶閘管并非是理想可控開關元件，導通時有一定管壓降，用表示。(3)變壓器漏抗存在會產(chǎn)生換相壓降。(4)平波電抗器有一定直流電阻，當電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定電壓降。(5)電樞電阻壓降。綜合以上原因得到正確表示式為：式（3-1）式中為電動機額定電壓；；及C見表1-1；，為電動及額定電流，為電動機電樞電路總電阻；表示主電路中電流經(jīng)過多個串聯(lián)晶閘管管壓降；為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取，供電質(zhì)量較差，電壓波動較大情況應取較小值；為變壓器短路電壓百分比，100千伏安以下變壓器取，100～1000千伏安變壓器??；--負載電流最大值；所以,表示許可過載倍數(shù)。也能夠用下述簡化公式計算=（1.0-1.2）或=（1.2-1.5）其中，系數(shù)（1.0-1.2）和（1.2-1.5）為考慮多種原因安全系數(shù)，為整流輸出電壓。對于本設計：為了確保電動機負載能在額定轉速下運轉,計算所得應有一定裕量,依據(jù)經(jīng)驗所知,公式中控制角應取300為宜。，，，,，（其中A、B、C能夠查表3-1中三相全控橋），，=1.7表3-1變流變壓器計算系數(shù)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雙反星形0.90.90.91.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289把已知條件代入式（3-1）可得結果：==V依據(jù)主電路不一樣接線方法，有表3-1查，即可得二次側電流有效值，從而求出變壓器二次側容量。而一次相電流有效值/，所以一次側容量。一次相電壓有效值取決于電網(wǎng)電壓，所以變流變壓器平均容量為對于本設計,=，=A設計時留取一定裕量，能夠取容量為整流變壓器。2.整流元件晶閘管選型選擇晶閘管元件關鍵是選擇它額定電壓和額定電流對于本設計采取是三相橋式整流電路，晶閘管按1至6次序?qū)?，在阻感負載中晶閘管承受最大電壓，而考慮到電網(wǎng)電壓波動和操作過電壓等原因，還要放寬2～3倍安全系數(shù)，則晶閘管額定電壓計算結果：取。晶閘管額定電流有效值大于流過元件實際電流最大有效值。通常取按此標準所得計算結果1.5～2倍。已知可得晶閘管額定電流計算結果： 取300A本設計選擇晶閘管型號為KP（3CT）-300A（螺栓型）額定電壓：VDRMV額定電流：IT(AV)300A門極觸發(fā)電壓：VGT30V門極觸發(fā)電流：IGT400A3.電抗器設計（1）交流側電抗器選擇為限制短路電流，所以在線路中應接入一個空心電抗器，稱為進線電抗器。（2）直流側電抗器選擇直流側電抗器關鍵作用為限制直流電流脈動；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；限制直流側短路電流上升率。限制輸出電流脈動電感量計算式（3-2）式中，-----電流脈動系數(shù)，取，本設計取10%。-----輸出電流基波頻率，單位為，對于三相全控橋表3-2電感量相關參數(shù)電感量相關數(shù)據(jù)單相全控橋三相半波三相全控橋帶平衡電抗器雙反星形100150300300最大脈動時值1.20.880.800.802.851.460.6930.3483.186.753.97.8反并聯(lián)線路2.52交叉線路0.67輸出電流保持連續(xù)臨界電感量計算：式（3-3）式中，為要求連續(xù)最小負載平均值，本設計中；為變流裝置交流側相電壓有效值。代入已知參數(shù)，可求=4.25mH=20.33mH和包含了電動機電樞電感量和折算到變流變壓器二次側每相繞組漏電感，所以應扣除和，才是實際限制電流脈動電感和維持電流連續(xù)實際臨界電感。式（3-4）=式（3-5）式中，K---計算系數(shù)，對于通常無賠償繞組電動機K=8～12，對于快速無賠償繞組電動機K=6～8，對于有賠償繞組電動機K=5～6，其它系數(shù)均為電動機額定值，這里K取10。n----極對數(shù)，取n=2。%-----變壓器短路比，通常取為；------為計算系數(shù)，三相全控橋。即==實際要接入平波電抗器電感電樞回路總電感可取20mH4.保護電路設計（1）過電壓保護通常分為交流側和直流側電壓保護。前者常采取保護方法有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采取金屬氧化物壓敏電阻過電壓保護。壓敏電阻是有氧化鋅，氧化鉍等燒結制成非線性電阻元件，它含有正反相同很陡伏安特征，正常工作是漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強，抑制過電壓能力強，另外，它對沖擊電壓反應快，體積又比較小，故應用廣泛。在三相電路中，壓敏電阻接法是接成星形或三角形圖3-3所表示。圖3-3二次側過電壓壓敏電阻保護壓敏電阻額定電壓選擇可按下式計算：壓敏電阻承受額定電壓峰值式（3-6）式中------壓敏電阻額定電壓，VYJ型壓敏電阻額定電壓有：100V、200V、440、760V、1000V等；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，可取。壓敏電阻承受額定電壓峰值就是晶閘管控制角=300時輸出電壓。由此可將式（1-6）轉化成可得壓敏電阻額定電壓所以壓敏電阻額定電壓取850V型壓敏電阻。（2）過電流保護在本設計中，選擇快速熔斷器和電流互感器配合進行三相交流電路一次側過電流保護，保護原理圖3-4以下：圖3-4一次側過電流保護電路（1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應大于或等于線路工作電壓。本課題設計中變壓器一次側線電壓為760V，熔斷器額定電壓可選擇800V。（2）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應大于或等于電路工作電流。本課題設計中變壓器一次側電流=熔斷器額定電流232A所以，圖3-4在三相交流電路變壓器一次側每一相上串上一個熔斷器，按本課題設計要求熔斷器額定電壓可選400V，額定電流選232A。3．5晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路作用是產(chǎn)生符合要求門極觸發(fā)脈沖，確保晶閘管在必需時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發(fā)電路往往包含觸發(fā)時刻進行控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖放大和輸出步驟。觸發(fā)脈沖放大和輸出步驟中，晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：（1）觸發(fā)脈沖寬度應確保晶閘管可靠導通，三相全控橋式電路應采取寬于60°或采取相隔60°雙窄脈沖。（2）觸發(fā)脈沖應有足夠幅度，對戶外嚴寒場所，脈沖電流幅度應增大為器件最大觸發(fā)電流3～5倍，脈沖前沿陡度也需增加，通常需達1～2A∕us。（3）所提供觸發(fā)脈沖應不超出晶閘管門極電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特征可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。（4）應有良好抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及和主電路電氣隔離。理想觸發(fā)脈沖電流波形圖4-1。圖4-1理想晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形-----脈沖前沿上升時間（）----強脈沖寬度---強脈沖幅值（）---脈沖寬度--脈沖平頂幅值（）本設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)次序依次為：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶閘管必需嚴格按編號輪番導通，6個觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，能夠選擇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，就能夠組成三相全控橋整流電路集成觸發(fā)電路圖4-2。圖4-2三相全控橋整流電路集成觸發(fā)電路雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是建立在單閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)上，實際調(diào)速系統(tǒng)除要求對轉速進行調(diào)整外,很多生產(chǎn)機械還提出了加緊開啟和制動過程要求,這就需要一個電流截止負反饋系統(tǒng)。電機開啟時,開啟電流很快加大到許可過載能力值,而且保持不變,在這個條件下,轉速得到線性增加,當開到需要大小時,電機電流急劇下降到克服負載所需電流值,對應這種要求可控硅整流器電壓在開啟一開始時應為,伴隨轉速上升,也上升,達成穩(wěn)轉速時,。這就要求在開啟過程中把電動機電流看成被調(diào)整量,使之維持在電機許可最大值,并保持不變。這就要求一個電流調(diào)整圖5-1帶截止負反饋系統(tǒng)開啟電流波形器來完成這個任務。帶有速度調(diào)整器和電流調(diào)整器雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生。圖5-2轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（注:ASR—轉速調(diào)整器ACR—電流調(diào)整器TG—直流測速發(fā)電機TA—電流互感器UPE—電力電子裝置Un*—轉速給定電壓Un—轉速反饋電壓Ui*—電流給定電壓Ui—電流反饋電壓）為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)整器，分別調(diào)整轉速和電流，二者之間實施串級聯(lián)接，圖5-2所表示。這就是說把轉速調(diào)整器輸出看成電流調(diào)整器輸入，再用電流調(diào)整器輸出去控制晶閘管整流器觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調(diào)整環(huán)在里面，叫內(nèi)環(huán)；轉速調(diào)整環(huán)在外邊，叫做外環(huán)，這么就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電流調(diào)整器設計時間常數(shù)確實定整流裝置滯后時間常數(shù)，即三相橋式電路平均失控時間Ts=0.0017s。（2）電流濾波時間常數(shù)。三相橋式電路每個波頭時間是3.3ms，為了基礎濾平波頭，應有（1~2）=3.3ms，所以取=2ms=0.002s。（3）電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取。（4）電磁時間常數(shù)確實定。由前述已求出電樞回路總電感。則電磁時間常數(shù)2.選擇電流調(diào)整器結構依據(jù)設計要求，并確保穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按經(jīng)典I型系統(tǒng)設計電流調(diào)整器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型，所以可用PI型調(diào)整器，其傳輸函數(shù)為（5-1）式中------電流調(diào)整器百分比系數(shù)；-------電流調(diào)整器超前時間常數(shù)。檢驗對電源電壓抗擾性能：，參考表5-1經(jīng)典I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標全部是能夠接收，所以基礎確定電流調(diào)整器按經(jīng)典I型系統(tǒng)設計。表5-1經(jīng)典I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標和參數(shù)關系參數(shù)關系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時間6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時間8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度截止頻率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T3.計算電流調(diào)整器參數(shù) 電流調(diào)整器超前時間常數(shù)：=0.0182s，電流開環(huán)增益：要求時，取，所以于是，ACR百分比系數(shù)為=1.594式中，為電流反饋系數(shù)其值為；晶閘管裝置放大系數(shù)Ks=36。4.校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：1)晶閘管整流裝置傳輸函數(shù)近似條件滿足近似條件2）忽略反電動勢改變對電流環(huán)動態(tài)影響條件滿足近似條件3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件5.計算調(diào)整器電阻和電容由圖5-3，按所用運算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為圖5-3含濾波步驟PI圖5-3含濾波步驟PI型電流調(diào)整器（2）轉速調(diào)整器設計1.確定時間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI。由前述已知，，則（2）轉速濾波時間常數(shù)，依據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取.（3）轉速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取2.選擇轉速調(diào)整器結構根據(jù)設計要求，選擇PI調(diào)整器，其傳輸函數(shù)式為3.計算轉速調(diào)整器參數(shù)按跟隨和抗擾性能全部很好標準，先取h=5，則ASR超前時間常數(shù)為則轉速環(huán)開環(huán)增益K可得ASR百分比系數(shù)為式中電動勢常數(shù)轉速反饋系數(shù)4.檢驗近似條件轉速截止頻率為（1）電流環(huán)傳輸函數(shù)簡化條件為滿足簡化條件（2）轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為滿足近似條件5．計算調(diào)整器電阻和電容依據(jù)圖5-4所表示，取，則取取取圖5-4含濾波步驟PI型轉速調(diào)整器6.校核轉速超調(diào)量當h=5時，查表5-2經(jīng)典型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標得，，不能滿足設計要求。實際上，因為表5-2是按線性系統(tǒng)計算，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)前提，應該按ASR退飽和情況重新計算超調(diào)量。表5-2經(jīng)典II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標（按準則確定參數(shù)關系）h34567891052.60%43.60%37.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%2.42.652.8533.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111表5-3經(jīng)典II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標和參數(shù)關系h34567891072.20%77.50%81.20%84.00%86.30%88.10%89.60%90.80%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85設理想空載起動時，負載系數(shù)，已知，，,，，，。當初，由表5-3查得，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特征額定穩(wěn)態(tài)速降式中電機中總電阻調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特征額定穩(wěn)態(tài)速降為基準值，對應為額定轉速依據(jù)式（6-24）計算得能滿足設計要求7.校核動態(tài)最大速降設計指標要求動態(tài)最大速降。在實際系統(tǒng)中，可定義為相對于額定轉速時動態(tài)速降。由，；查表可知，=81.2%，所以；能滿足設計要求8.轉速超調(diào)抑制若退飽和超調(diào)量，則不滿足動態(tài)指標要求，需加轉速微分負反饋。加入這個步驟能夠抑制甚至消亡轉速超調(diào)，同時能夠大大降低動態(tài)速降。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，加入轉速微分負反饋轉速調(diào)整器原理圖圖5-5所表示。和一般轉速調(diào)整器相比，在轉速反饋步驟上并聯(lián)了微分電容Cdn和濾波電阻Rdn，即在轉速負反饋基礎上再疊加一個帶濾波轉速微分負反饋信號。圖圖5-5帶轉速微分負反饋轉速調(diào)整器含有轉速微分負反饋轉速環(huán)動態(tài)結構框圖以下圖5-6所表示:圖5-6含有轉速微分負反饋轉速環(huán)動態(tài)結構框圖轉速微分負反饋步驟中待定參數(shù)是和，其中轉速微分時間常數(shù)，轉速微分濾波時間常數(shù)是以選定，，只要確定，就能夠計算出和了。由工程設計方法，近似計算公式得：第四章．基于MATLAB/SIMULINK調(diào)速系統(tǒng)仿真經(jīng)過對整個控制電路設計，用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進行仿真。首先建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型，能夠參考該系統(tǒng)動態(tài)結構形式，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結構框圖圖6-1所表示：圖6-1雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學結構框圖把這些參數(shù)值代入框圖中公式就可得到以下框圖6-2。圖6-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結構框圖為了分析雙閉環(huán)調(diào)速