直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2</p><p>　　1 直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理說明2</p><p>　　2 調(diào)節(jié)器的設(shè)計3</p><p>　　2.1 ACR及其反饋電路設(shè)計3</p><p>　　2.1.1 確定電流調(diào)節(jié)

2、器的時間常數(shù)3</p><p>　　2.1.2 設(shè)計電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.3 校驗近似條件4</p><p>　　2.1.4 計算調(diào)節(jié)器電容和電阻值4</p><p>　　2.2 ASR及其反饋電路設(shè)計5</p><p>　　2.2.1 確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)5</p>

3、<p>　　2.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計5</p><p>　　2.2.3 校驗近似條件6</p><p>　　2.2.4 計算調(diào)節(jié)器的電容和電阻值6</p><p>　　3 無環(huán)流邏輯控制器DLC設(shè)計7</p><p>　　3.1 無環(huán)流邏輯裝置的組成7</p><p>　　3.2 無環(huán)流

4、邏輯裝置的設(shè)計7</p><p>　　4 主電路及保護(hù)電路設(shè)計9</p><p>　　4.1 主電路原理及說明9</p><p>　　4.2 主電路參數(shù)設(shè)計10</p><p>　　4.3 保護(hù)電路設(shè)計11</p><p>　　4.3.1 過電壓保護(hù)11</p><p>　　4.3.

5、2 過電流保護(hù)11</p><p>　　5 集成觸發(fā)電路設(shè)計12</p><p>　　6課程設(shè)計總結(jié)13</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　附錄 電氣原理總圖15</p><p>　　直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計</p><p>

6、　　1 直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理說明</p><p>　　有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但環(huán)流的存在會加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)、消耗無用的功率，甚至?xí)?dǎo)致晶閘管損壞。因此，當(dāng)工藝過程對系統(tǒng)正、反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不很高時，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時，如用邏輯關(guān)系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，就可徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶

7、閘管不同時工作，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)?？紤]到系統(tǒng)需要能迅速地、準(zhǔn)確地進(jìn)入可逆工作以獲得優(yōu)良的制動性能，被封鎖那組整流裝置的移相觸發(fā)環(huán)節(jié)仍應(yīng)有配合控制所對應(yīng)的輸入控制信號，但其輸出觸發(fā)脈沖通過邏輯控制作用予以封鎖，可以認(rèn)為是移相觸發(fā)環(huán)節(jié)處于“待工作”狀態(tài)，可根據(jù)需要隨時送出必要的脈沖信號。邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。主電路采用兩組晶閘管反并聯(lián)線路，控制系統(tǒng)采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。無環(huán)流邏輯控制環(huán)

8、節(jié)DLC是邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)指揮正、反組的自動切換。其輸出信號用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，在任何情況下，兩個信號必須是相反</p><p>　　圖1-1 邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　2 調(diào)節(jié)器的設(shè)計</b></p><p>　

9、　2.1 ACR及其反饋電路設(shè)計</p><p>　　2.1.1 確定電流調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)</p><p>　　整流裝置滯后時間常數(shù)：三相橋式電路的平均失控時間 = 0.0017s。</p><p>　　電流濾波時間常數(shù)：三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭應(yīng)有（1~2） = 3.33ms。因此取=2ms=0.002s。</p>&

10、lt;p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)之和：按小時間常數(shù)近似處理，取 。</p><p>　　2.1.2 設(shè)計電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖2-1所示。圖中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。</p><p>　　圖2-1 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)速器

11、</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型Ⅰ型系統(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型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：</p><p><b>　　取電流反饋系數(shù)：</b></p>

12、;<p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：根據(jù)要求取，因此</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為：</p><p>　　2.1.3 校驗近似條件</p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　?。?）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><

13、;b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　?。?）校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　?。?）校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b><

14、;/p><p>　　2.1.4 計算調(diào)節(jié)器電容和電阻值</p><p>　　按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值計算如下：</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　取</b></p&

15、gt;<p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為：</p><p><b>　　，滿足設(shè)計要求。</b></p><p>　　2.2 ASR及其反饋電路設(shè)計</p><p>　　2.2.1 確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)</p><p>　?。?）電流環(huán)等效時間常數(shù)：</p>&l

16、t;p>　?。?）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理，取</p><p>　?。?）電壓反饋系數(shù)：</p><p>　　2.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖3-2所示。圖中為轉(zhuǎn)速

17、給定電壓，為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。</p><p>　　圖2-2 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　按設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為：</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：&

18、lt;/b></p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)為：</p><p>　　2.2.3 校驗近似條件</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：</b></p><p>　?。?）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b>&

19、lt;/p><p>　　（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　　2.2.4 計算調(diào)節(jié)器的電容和電阻值</p><p>　　按所用運(yùn)算放大器取，則</p><p><b>　　，取1150kΩ</b></

20、p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　，取</b></p><p>　　按退飽和超調(diào)量的計算方法計算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：</p><p><b>　　滿足設(shè)計要求。</b></p><p>　　3 無環(huán)流邏輯

21、控制器DLC設(shè)計</p><p>　　3.1 無環(huán)流邏輯裝置的組成</p><p>　　在無環(huán)流控制系統(tǒng)中，反并聯(lián)的兩組整流橋需要根據(jù)所要求的電樞電流極性來選擇其中一組整流橋運(yùn)行，而另一組整流橋觸發(fā)脈沖是被封鎖的。兩組整流橋的切換是在電動機(jī)轉(zhuǎn)矩極性需要反向時由邏輯裝置控制進(jìn)行的。</p><p>　　根據(jù)邏輯裝置要完成的任務(wù)，它由電平檢測、邏輯判斷、延時電路和保護(hù)電

22、路四個基本環(huán)節(jié)組成，邏輯裝置的功能和輸入輸出信號如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC</p><p>　　其輸入為電流給定或轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號和零電流檢測信號，輸出是控制正組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號和反組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號。</p><p>　　3.2 無環(huán)流邏輯裝置的設(shè)計</p><p><b>

23、;　?。?）電平檢測器</b></p><p>　　測裝置反映零電流信號的，他們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯運(yùn)算電路需要高、低電位兩個狀態(tài)的數(shù)字量。電平檢測器的任務(wù)就是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，也就是轉(zhuǎn)換成“0”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為輸出）或“1”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為輸出）。</p><p><b>　?。?）邏輯運(yùn)算</b></p>&l

24、t;p>　　電路的輸入是轉(zhuǎn)速極性鑒別器的輸出和零電流檢測器輸出。系統(tǒng)在各種運(yùn)行狀態(tài)時，和有不同的極性狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的要求經(jīng)過邏輯運(yùn)算電路切換其輸出去封鎖脈沖信號的狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），由于采用的是鍺管觸發(fā)器，當(dāng)封鎖信號為正電位（“1”態(tài)）時脈沖被封鎖，低電位（“0”態(tài)）時脈沖開放。利用邏輯代數(shù)的數(shù)學(xué)工具，可以設(shè)計出具有一定功能的邏輯運(yùn)算電路。</p><p>　　設(shè)正轉(zhuǎn)時為負(fù)

25、，為“0”；反轉(zhuǎn)時為正，為“1”；有電流時為正，為“1”；無電流時為負(fù)，為“0”。</p><p>　　代表正組脈沖封鎖信號，為“1”時脈沖封鎖，為“0”時脈沖開放。</p><p>　　代表反組脈沖封鎖信號，為“1”時脈沖封鎖，為“0”時脈沖開放。</p><p>　　、、、表示“1”，、、、表示“0”。</p><p>　　按系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

26、，可列出各量要求的狀態(tài)，如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài)</p><p><b>　　根據(jù)正組封鎖條件：</b></p><p><b>　　根據(jù)反組封鎖條件：</b></p><p>　　邏輯運(yùn)算電路采用分立元件，用或非門電路較簡單，故將上述兩式最小化，最

27、后化成或非門的形式。</p><p>　　根據(jù)兩式可畫得邏輯運(yùn)算電路，如圖3-2所示，它由四個或非門電路組成。依靠它來保證兩組整流橋的互鎖，并自動實(shí)現(xiàn)零電流時相互切換。</p><p>　　圖3-2 邏輯運(yùn)算電路圖</p><p><b>　　（3）延時電路 </b></p><p>　　前面的邏輯運(yùn)算電路保證零電流切

28、換，但僅僅采用零電流切換是不夠的。因為零電流檢測裝置的靈敏度是有限的，零電流檢測裝置變成“0”態(tài)的瞬間，不一定原來開放組的晶閘管已經(jīng)斷流。因此必須在切換過程中設(shè)置兩段延時即封鎖延時和開放延時，避免由于正反組整流裝置同時導(dǎo)通而造成短路。根據(jù)這個要求，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時電路。</p><p><b>　?。?）邏輯保護(hù) </b></p><p>　　邏輯電路

29、正常工作時，兩個輸出端總是一個高電位，一個低電位，確保任何時候兩組整流一組導(dǎo)通，另一組則封鎖。但是當(dāng)邏輯電路本身發(fā)生故障，一旦兩個輸出端均出現(xiàn)低電位時，兩組整流裝置就會同時導(dǎo)通而造成短路事故。為了避免這種事故，設(shè)計有邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)。</p><p>　　由電平檢測、邏輯運(yùn)算電路、延時電路、邏輯保護(hù)四部分就構(gòu)成了無環(huán)流邏輯裝置。</p><p>　　4 主電路及保護(hù)電路設(shè)計</p>

30、<p>　　4.1 主電路原理及說明</p><p>　　邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路</p><p>　　兩組橋在任何時刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不會存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時，不能簡單的把原來工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時

31、把原來封鎖著的一組橋立即開通，因為已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關(guān)斷，必須待晶閘管承受反壓時才能關(guān)斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放同時進(jìn)行，原先導(dǎo)通的那組橋不能立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開通，出現(xiàn)兩組橋同時導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會產(chǎn)生很大的短路電流，把晶閘管燒毀。為此首先應(yīng)是已導(dǎo)通的的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處理主回路中的電感儲存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機(jī)上，直到儲存的能量釋放完，主

32、回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開通原來封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。</p><p>　　4.2 主電路參數(shù)設(shè)計</p><p>　?。?）平波電抗器參數(shù)計算：</p><p>　　=2.34cos </p><p>　　==220V, 取=0° =</p><p>　　

33、=(5%-10%),這里取10% 則</p><p><b>　　L=0.693</b></p><p>　?。?）晶閘管參數(shù)計算：</p><p>　　對于三相橋式整流電路，晶閘管電流的有效值為：</p><p>　　則晶閘管的額定電流為：</p><p>　　取1.5~2倍的安全裕量，<

34、/p><p>　　由于電流連續(xù)，因此晶閘管最大正反向峰值電壓均為變壓器二次線電壓峰值，即：</p><p>　　取2~3倍的安全裕量，</p><p>　　4.3 保護(hù)電路設(shè)計</p><p>　　4.3.1 過電壓保護(hù)</p><p>　　凡是超過晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過電壓。產(chǎn)生過壓的原因是電路中電感

35、元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過阻容吸收電路，如圖4-1所示。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。</p><p>　　4.3.2 過電流保護(hù)</p><p>　　由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過

36、電流時，溫度就會急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開路。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負(fù)載端過載或短路；某個晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正常或受干擾，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時間內(nèi)承受一定的過電流，所以過電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過電流發(fā)生時，在允許的時間內(nèi)將過電流切斷，以防止元件損壞。由于普通熔斷絲熔斷時間長，用來保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此

37、必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器。快速熔斷器用的是銀質(zhì)熔絲，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護(hù)的主要措施。電路如圖4-1所示。</p><p>　　5 集成觸發(fā)電路設(shè)計</p><p>　　使用集成觸發(fā)電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。隨著集成電路制作技術(shù)的提高，晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。目前國內(nèi)常用的

38、有KJ和KC系列，兩者生產(chǎn)廠家不同，但很相似，這里選用KJ004。KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。只需用三個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(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路。電路圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路<

39、;/p><p><b>　　6課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計，讓我對直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的理解。其中主要包括ASR、ACR的設(shè)計、DLC的設(shè)計及主電路和觸發(fā)電路的設(shè)計。直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計涉及到了電機(jī)學(xué)，電力電子技術(shù)，自動控制原理，電力拖動自動控制系統(tǒng)和電力電子裝置及系統(tǒng)等多個學(xué)科。</p><p>　　

40、這次課程設(shè)計使我感受到了理論知識與實(shí)際相結(jié)合的目的及其重要意義，不但使我對直流無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)有了更深刻的理解，還提高了我動手查閱資料的能力。在做課程設(shè)計的過程中，我查閱了很多參考文獻(xiàn)及運(yùn)用自己所掌握的知識完成此次設(shè)計。在進(jìn)行計算的過程中遇到了許多的問題，通過自己的耐心研究以及與同學(xué)的討論終于得以圓滿的解決種種問題，因此也更加牢固的掌握了這些知識，希望以后有更多的機(jī)會來鍛煉自己，為以后的學(xué)習(xí)、生活打下良好的基礎(chǔ)。同時在這次設(shè)計中也暴露

41、出自己的不足，基礎(chǔ)知識不夠扎實(shí)，我會在以后的日子里加以改正來提高自己的綜合能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 阮毅，陳伯時.《電力拖動自動控制系統(tǒng)》.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[2] 康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京.高等教育出版社.2006.01</p>&l

42、t;p>　　[3] 王兆安,劉進(jìn)軍.《電力電子技術(shù)》.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[4] 楊蔭福,段善旭,朝澤云.《電力電子裝置及系統(tǒng)》.北京.清華大學(xué)出版社.2006</p><p>　　[5] 張世銘.《電力拖動直流調(diào)速系統(tǒng)》.武漢.華中理工大學(xué)出版社.1995</p><p><b>　　附錄 電氣原理總圖</b&