不可逆v-m雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)_運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　常用符號(hào)表3</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　第1章系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)3</p><p&g

2、t;　　1.1性能指標(biāo)要求：3</p><p>　　1.2給定電機(jī)及系統(tǒng)參數(shù)3</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)步驟及說明書要求3</p><p>　　第2章主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)3</p><p><b>　　2.1整體設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　2.2主電路選型3</p&

3、gt;<p>　　2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性3</p><p>　　2.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3</p><p>　　2. 4.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖3</p><p>　　2. 4.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3</p><p>　　2. 4.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3</p>&

4、lt;p>　　第3章主電路元部件及參數(shù)計(jì)算3</p><p>　　3.1整流變壓器容量計(jì)算3</p><p>　　3.1.1 次級(jí)電壓U23</p><p>　　3.1.2 次級(jí)電流I2和變壓器容量S3</p><p>　　3.2 晶閘管的電流及電壓定額計(jì)算3</p><p>　　3.2.1 晶閘管額定

5、電壓UTN3</p><p>　　3.2.2 晶閘管額定電流IN3</p><p>　　3.3 平波電抗器電感量計(jì)算3</p><p>　　3.4 保護(hù)電路的計(jì)算3</p><p>　　3.4.1 過電壓保護(hù)3</p><p>　　3.4.2 過電流保護(hù)3</p><p>　　第4章

6、驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　4.1晶閘管的觸發(fā)電路3</p><p>　　4.2脈沖變壓器的設(shè)計(jì)3</p><p>　　第5章雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)3</p><p>　　5.1電流調(diào)節(jié)器3</p><p>　　5.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定3</p><p>　　5.1.

7、2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3</p><p>　　5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算3</p><p>　　5.1.4 近似條件校驗(yàn)3</p><p>　　5.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)3</p><p>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器3</p><p>　　5.2.1 時(shí)間常數(shù)的確定3</p><p

8、>　　5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3</p><p>　　5.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算3</p><p>　　5.2.4 近似條件校驗(yàn)3</p><p>　　5.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)3</p><p>　　5.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量3</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)3<

9、;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)3</b></p><p><b>　　附 錄3</b></p><p><b>　　常用符號(hào)表</b></p><p>　　一、元件和裝置用的文字符號(hào)（按照國(guó)家GB/T 7159-1987）</p>&

10、lt;p><b>　　ACR</b></p><p><b>　　ASR </b></p><p><b>　　C</b></p><p><b>　　GT</b></p><p><b>　　電流調(diào)節(jié)器</b></p&g

11、t;<p><b>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p><b>　　電容器</b></p><p><b>　　觸發(fā)裝置</b></p><p><b>　　M</b></p><p><b>　　UPE</b>&l

12、t;/p><p><b>　　VT</b></p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)（總稱）</b></p><p><b>　　電力電子變換器</b></p><p>　　晶體管；晶閘管；功率開關(guān)器件</p><p>　　二、參數(shù)和物理量文字符號(hào)</p&g

13、t;<p><b>　　B磁通密度</b></p><p>　　C電容；輸出被控變量</p><p>　　Cc直流電機(jī)在額定刺痛下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)</p><p><b>　　?頻率</b></p><p><b>　　GD2飛輪慣量</b></p>&

14、lt;p><b>　　I電流；電樞</b></p><p><b>　　K控制系統(tǒng)放大系數(shù)</b></p><p><b>　　Kρ比例放大系數(shù)</b></p><p><b>　　n轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　Pm電磁功率&

15、lt;/b></p><p>　　R電阻；電樞回路總電阻</p><p>　　Ra直流電機(jī)電樞電阻</p><p><b>　　R0限流電阻</b></p><p><b>　　S視在功率</b></p><p><b>　　s靜差率；轉(zhuǎn)差率</b>

16、;</p><p>　　T時(shí)間常數(shù)，開關(guān)周期</p><p><b>　　t時(shí)間</b></p><p><b>　　Te電磁轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　tp峰值時(shí)間</b&

17、gt;</p><p><b>　　tr上升時(shí)間</b></p><p>　　U電壓；電樞供電電壓</p><p>　　U2變壓器二次側(cè)（額定）電壓</p><p>　　Ud整流電壓；直流平均電壓</p><p><b>　　Um峰值電壓</b></p><

18、;p>　　α轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；可控整流器的觸發(fā)延遲角</p><p>　　β電流反饋系數(shù)；可控整流器的逆變角</p><p>　　γ電壓反饋系數(shù)；相角裕度；PWM電壓系數(shù)</p><p><b>　　ξ阻尼比</b></p><p><b>　　λ電壓允許過載倍數(shù)</b></p>&

19、lt;p>　　σ漏磁系數(shù)；轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)，超調(diào)量</p><p><b>　　φ磁通</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　電力拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換，而電力拖動(dòng)系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過控制電動(dòng)機(jī)電壓、電流頻率等輸出量，來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使

20、各種工作機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。隨著發(fā)展，人們研制并生產(chǎn)出了各類新型控制系統(tǒng)。而直流調(diào)速系統(tǒng)因具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近代直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常使用以電力電子器件組成的靜止式可控直流電源作為電動(dòng)機(jī)的供電裝置。采用可控晶閘管組成整流器的是晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速

21、系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止Ward-Leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。</p><p>　　關(guān)鍵詞： V-M；直流調(diào)速系統(tǒng)；雙閉環(huán)</p><p><b>　　第1章系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><h3>　　1.1性能指標(biāo)要求：</h2><p>　　穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：系統(tǒng)無靜差</p>&

22、lt;p>　　動(dòng)態(tài)指標(biāo)：；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)。</p><h3>　　1.2給定電機(jī)及系統(tǒng)參數(shù)</h2><p><b>　　，，，，，</b></p><p><b>　　主回路總電阻，</b></p><p><b>　　系統(tǒng)飛輪慣量，</b></p>

23、<p><b>　　系統(tǒng)最大給定電壓，</b></p><p>　　ACR、ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為，</p><h3>　　1.3設(shè)計(jì)步驟及說明書要求</h2><p>　　1 畫出雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)要說明工作原理。</p><p>　　2 根據(jù)給定電機(jī)參數(shù)，設(shè)計(jì)整流變壓器，并選擇變壓器容量；選擇晶閘管

24、的參數(shù)并確定過流、過壓保護(hù)元件參數(shù)。</p><p>　　3 分析觸發(fā)電路及同步相位選擇。</p><p>　　4 設(shè)計(jì)ACR、ASR并滿足給定性能指標(biāo)。</p><p>　　5 完成說明書，對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分析時(shí)，應(yīng)先畫出本環(huán)節(jié)原理圖，對(duì)照分析。</p><h2>　　第2章主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)</h2><p>

25、<b>　　2.1整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)如圖2.1設(shè)計(jì)的總框架，由三相直流電給直流電機(jī)的供電，采用三相橋式整流電路變成三相直流電源將生活中的三相交流380V電源進(jìn)行整流，最后提供給直流電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電，采用三相橋式全控整流電路作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)直流電源。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角а的大小來控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)M的電源電壓。由改

26、變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式: </p><p>　　n=( Ud/CeФ)-(R0+Ra)T/ CeCTФ2 （2-1）</p><p>　　式中 Ud—整流電壓（V）；</p><p>　　R0—整流裝置內(nèi)阻（Ω）；</p><p>　　由此可知，改變Ud，可改變轉(zhuǎn)

27、速n。</p><p><b>　　2.2主電路選型</b></p><p>　　變壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要調(diào)速方法，直流調(diào)速系統(tǒng)常用的直流電源有三種①旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組；②靜止式可控整流器；③直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近代直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常使用以電力電子器件組成的靜止式可控直流電源作為電動(dòng)機(jī)的供電裝置。采用可控晶閘管組成整流器的是晶閘管整流器-電

28、動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止Ward-Leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。</p><p>　　圖2.2繪出了晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng))的原理圖。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出直流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以

29、上，門極電流可以直接用電子控制；響應(yīng)時(shí)間是毫秒級(jí)，具有快速的控制作用；運(yùn)行損耗小，效率高；這些優(yōu)點(diǎn)使V-M系統(tǒng)獲得了優(yōu)越的性能。</p><p>　　目前在各種整流電路中，由于三相全控橋整流電路輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。所以把該電路應(yīng)用于本設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。主電路圖如圖2.3所示。</p>

30、<p>　　如圖所示，三相全控橋整流電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)共陰極組和共陽(yáng)極組同時(shí)進(jìn)行控制，控制角都是α。在一個(gè)周期內(nèi)6個(gè)晶閘管都要被導(dǎo)通一次，導(dǎo)通順序依次為VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6。對(duì)觸發(fā)脈沖來說，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60°。為了構(gòu)成一個(gè)完整的電流回路，要求有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè)在共陽(yáng)極組，另外一個(gè)在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又

31、同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽(yáng)極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。</p><p>　　由于電網(wǎng)電壓與工作電壓（U2）常常不一致，故在主電路前端配置一個(gè)整流變壓器，以得到與負(fù)載相匹配的電壓，同時(shí)為了起到降低或減少晶閘管變流裝置對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾而把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離。</p><p>　　考慮到控制角α增大，會(huì)使負(fù)載電流斷續(xù)，并

32、且負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流的脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角θ減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗，故在直流側(cè)串接一個(gè)平波電抗器，以限制電流的波動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。</p><p>　　為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電壓、過電流保護(hù)裝置。</p><h3>　　2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性<

33、;/h2><p>　　在轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱單閉環(huán)系統(tǒng)）中用PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差，消除負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響，并用電流截止負(fù)反饋限制電樞電流的沖擊，避免出現(xiàn)過電流現(xiàn)象。但轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)不能充分按照理想要求控制電流的動(dòng)態(tài)過程。如圖2.4（a）所示。當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。</p><p>　　在實(shí)際工作中,對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)

34、運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，如龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)等，縮短起、制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在起動(dòng)（或制動(dòng)）過渡過程中，希望始終保持電流（或電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動(dòng)過程波形如圖2.4（b）所示，起動(dòng)電流成矩波形，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)（制動(dòng)）過程

35、。</p><p>　　(a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程</p><p>　　(b)理想快速起動(dòng)過程</p><p>　　圖2.4 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律

36、，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。問題是，應(yīng)該在啟動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，在到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。使系統(tǒng)做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔迷诓煌碾A段。 </p><h3>　　2.

37、4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</h2><p>　　如圖2.5所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

38、時(shí)得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　在圖2.5中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓U

39、c就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的</p><p>　　圖2.5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速，但是，對(duì)靜差率有較高要求時(shí)，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時(shí)就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><h4>　　2. 4.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</h2

40、><p>　　ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—測(cè)速發(fā)電機(jī) </p><p>　　TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器 Un*—轉(zhuǎn)速給定電壓</p><p>　　Un—轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*—電流給定電壓 Ui—電流反饋電壓</p><h4>　　2. 4.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</h2><p>

41、;　　雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2.7所示，為了實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速給隨，希望電流調(diào)節(jié)起不要進(jìn)入飽和狀態(tài)，因此，對(duì)于靜態(tài)性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)飽和與不飽和兩種狀況。即飽和——輸出達(dá)到限幅值；不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零</p><p>　　圖2.7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)

42、圖</p><p>　　α—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) β—電流反饋系數(shù)</p><h4>　　2. 4.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型</h2><p>　　雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.8所示。圖中α和β分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框

43、圖中必須把電樞電流Id顯露出來，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><h2>　　第3章主電路元部件及參數(shù)計(jì)算</h2><h3>　　3.1整流變壓器容量計(jì)算</h2><h4>　　3.1.1 次級(jí)電壓U2</h2><p>　　為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路

44、的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓U2。此外，為了盡可能的避免電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器（一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接）。</p><p>　　影響U2值的因素有：</p><p>　?。?）U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值Ud；

45、</p><p>　?。?）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用UT表示；</p><p>　?。?）變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降；</p><p>　?。?）平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)就要產(chǎn)生一定的電壓降；</p><p>　　（5）電樞電阻的壓降。</p><p>　　綜合

46、以上因素得到的U2精確表達(dá)式為：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中：A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角α=0°時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。</p><p>　　B=Uda/Ud0，表示控制角為α=0°時(shí),整流電壓平均值之比。</p><p>　

47、　ε為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%～-10%，即ε=1.05~0.9。</p><p>　　C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)。</p><p><b>　　=0.25。</b></p><p>　　nUT—表示主電路中電流經(jīng)過幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降。</p><p>　　為負(fù)載電流最大值；所以,表示允許過載倍

48、。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中：對(duì)于三相全控橋應(yīng)有：</p><p>　　A=Ud0/U2=2.34, ，C=0.5，KI2=I2/Id=0.816，</p><p>　　為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知,公式中的控制角α應(yīng)取30°為宜。所得數(shù)據(jù)為ε=0.9,A=2.34, ，C=0.5，UK=5<

49、/p><p><b>　　代入式（3-1）有</b></p><p><b>　　，U2可取150V</b></p><h4>　　3.1.2 次級(jí)電流I2和變壓器容量S</h2><p>　　I2=KI2?Id

50、 （3-2）</p><p>　　I2=0.816×291=237.46A</p><p>　　式中；KI2為各種接線形式時(shí)變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。（、為相數(shù)）</p><p>　　S=1/2（S1+S2） （3-3）</p><p>　　=m

51、1U1I1=m2U2I2</p><p>　　=3×150×237.46 KVA</p><p>　　=106.86KV≈110KVA</p><p>　　型號(hào)可選為SCB-110KVA</p><h3>　　3.2 晶閘管的電流及電壓定額計(jì)算 </h2><h4>　　3.2.1 晶閘管額定電壓

52、UTN</h2><p>　　額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓Um,選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量，一般去額定電壓為正常工作晶閘管所承受峰值電壓的2～3倍。因此有：</p><p>　　晶閘管承受的最大反向電壓為</p><p>　　故晶閘管的額定電壓為</p><p>　　UTN=（2～3)U2=（2～3）×367

53、V=735～1102V,取800V</p><p>　　故計(jì)算的晶閘管額定電壓為800V。</p><h4>　　3.2.2 晶閘管額定電流IN</h2><p>　　為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值并留有一定的裕量來計(jì)算其電流額定值。即取一般通態(tài)平均電流為按此原則所得計(jì)算的1.5～2倍。按下式計(jì)算：</p><p>　　IN

54、=(1.5～2)KfbIMAX （3-4）</p><p>　　式中: Kfb=Kf/1.57Kb,由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽(yáng)極電路的支路數(shù)。</p><p>　　當(dāng)α=0°時(shí)，三相全控橋電路Kfb=0.368。</p><p><b>　　晶閘管額定電流為：</b><

55、/p><p>　　IN（AV）=(1.5～2)KfbIMAX (3-5)</p><p>　　=(1.5～2) ×0.368×(291×1.5)</p><p>　　=240.95～321.26A，本設(shè)計(jì)中取300A。</p><p>　　故晶閘管

56、型號(hào)為MTC300A800V。</p><h3>　　3.3 平波電抗器電感量計(jì)算</h2><p>　　計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而，要從所需電感量中，扣除上述兩種電感量。</p><p>　　(1) 電樞電感量LM按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-6)</b>&l

57、t;/p><p>　　式中，P—電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)</p><p>　　KD—計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無補(bǔ)償電機(jī)：KD=8～12</p><p>　　對(duì)于本設(shè)計(jì)，P=2，KD=10。</p><p>　　有LM=1.36mH</p><p>　　(2)整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算：</p>&

58、lt;p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　式中，U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值</p><p>　　Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流</p><p>　　KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　對(duì)于本設(shè)計(jì)，KB=3.9。</p><p><b>

59、　　有LB=0.1mH</b></p><p>　　(3) 變流器在最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中，K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693</p><p><b>　　有

60、L=4mH</b></p><p>　　用于限制輸出電流的脈動(dòng)的臨界電感Lm（單位為mH)</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中,Si— 電流脈動(dòng)系數(shù)，取 5%～20%；</p><p>　　Su—電壓脈動(dòng)系數(shù)，三相全控橋Su =0.46 ；</p><

61、p>　　—輸出電流的基波頻率，單位為HZ ，對(duì)于三相全控橋=300 HZ 。</p><p><b>　　有Lm =2mH。</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中電抗器電感量中</p><p>　　LK=L-2LB-LM=2.44mH≈3 mH</p><p><b>　　=4.56mH</b>

62、;</p><p>　　TL=4.56/0.4=11.4 mH</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)所選</b></p><p><b>　　LK=3mH。</b></p><h3>　　3.4 保護(hù)電路的計(jì)算</h2><h4>　　3.4.1 過電壓保護(hù)</h2&g

63、t;<p>　　過電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)，前常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護(hù)。</p><p>　　1．交流側(cè)過電壓保護(hù)</p><p>　　壓敏電阻采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工

64、作時(shí)只有很微弱的電流（1mA以下）通過元件，而一旦出現(xiàn)過電壓時(shí)電壓，壓敏電阻可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，并具有損耗低，體積小，對(duì)過電壓反映快等優(yōu)點(diǎn)。因此，是一種較好的過電壓保護(hù)元件。 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結(jié)，在變壓器交流側(cè)，采用壓敏電阻的保護(hù)回路，如下圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 二次側(cè)過電壓壓敏電阻保護(hù)</p><p

65、>　?。?）壓敏電阻的額定電壓 選擇可按下式：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中，—壓敏電阻的額定電壓， VYJ型壓敏電阻的額定電壓有：100V、200V、440、760V、1000V等。</p><p>　　—變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，對(duì)于星形接法的線電壓等于相電壓，。</p>

66、<p>　　U1ma≧488V；即取760V。</p><p>　　（2）計(jì)算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時(shí)：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中，—能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，</p><p>　　—三相變壓器空載線電流有效值</p><p>　　IRm

67、=11.25A</p><p>　?。?）計(jì)算壓敏電阻的最大電壓 的公式為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中，—壓敏元件特性系數(shù)；</p><p>　　—壓敏元件非線性系數(shù)；一般在20～25之間。</p><p><b>　　在取 時(shí)，</

68、b></p><p>　　有URM=1200V</p><p>　　2．直流側(cè)過電壓保護(hù)</p><p>　　整流器直流側(cè)在快速開關(guān)斷開或橋臂快速熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生過電壓，可以用非線性元?dú)饧种七^電壓，本設(shè)計(jì)壓敏電阻設(shè)計(jì)來解決過電壓時(shí)(擊穿后)，正常工作時(shí)漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，除此之外，它對(duì)沖擊電壓反應(yīng)快，體積

69、又比較小，故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖3.2所示。</p><p>　　壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計(jì)算：</p><p>　　壓敏電阻承受的額定電壓峰值 (3-13)</p><p>　　式中為壓敏電阻的額定電壓；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1.05～1.10。</p><p>　　壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角

70、=300時(shí)輸出電壓 。</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　有U1ma≧886.66V</p><p><b>　　Uda=318V</b></p><p>　　3．晶閘管的過電壓保護(hù)</p><p>　　晶閘管對(duì)過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過

71、其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時(shí)，就會(huì)誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓一定值時(shí)，晶閘管將會(huì)立即損壞。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的。本設(shè)計(jì)采用如右圖3.3阻容吸收回路來抑制過電壓。</p><p><b>　　通過經(jīng)驗(yàn)公式：&l

72、t;/b></p><p>　　（3-15） </p><p><b>　　注釋：</b></p><p>　　圖3.3 阻容吸收回路</p><h4>　　3.4.2 過電流保護(hù)</h2><p>　　過電流保護(hù)措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)種。</p>

73、;<p>　?。?）在交流進(jìn)線中串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，這些措施可以限制短路短路電流。</p><p>　?。?）在交流側(cè)設(shè)置電流檢測(cè)裝置，利用過電壓信號(hào)去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進(jìn)行封鎖。</p><p>　?。?）交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在發(fā)生過電流時(shí)動(dòng)作，斷開主電路。</p><p>　

74、?。?）對(duì)于大容量和中等容量的設(shè)備以及經(jīng)常逆變的情況，可以用直流快速開關(guān)進(jìn)行過載或短路保護(hù)。直流開關(guān)的應(yīng)根據(jù)下列條件選擇：</p><p>　　① 快速開關(guān)的額定電流額定整流電流。</p><p>　?、?快速開關(guān)的額定電壓 ≥額定整流電壓。</p><p>　?、?快速開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?直流側(cè)外部短路時(shí)穩(wěn)態(tài)短路電流平均電流平均值。</p><p&

75、gt;　　快速開關(guān)的動(dòng)作電流按電動(dòng)機(jī)最大過載電流整定</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中，K為電動(dòng)機(jī)最大過載倍數(shù)，一般不大于2.7； 為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。</p><p><b>　?。?） 快速熔斷器</b></p><p>　　它可以安裝在交流側(cè)或直流

76、側(cè)，在直流側(cè)與元件直接串聯(lián)。在選擇時(shí)應(yīng)注意以下問題：</p><p>　?、?快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。</p><p>　?、?熔斷器的額定電流應(yīng)大于溶體的額定電流。</p><p>　?、?溶體的額定電流可按下式計(jì)算 ：</p><p>　　1．三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)</p><p>　

77、　在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖3.4如下：</p><p>　　圖3.4 一次側(cè)過電流保護(hù)電路</p><p>　?。?）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。</p><p>　?。?）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。</p><p>

78、;<b>　　一次側(cè)電流計(jì)算式：</b></p><p><b>　　（3-17）</b></p><p>　　2．晶閘管過電流保護(hù)</p><p>　　晶閘管不僅有過電壓保護(hù)，還需要過電流保護(hù)。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中

79、流過的大于額定值的電流時(shí)，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。晶閘管過電流保護(hù)方法中最常用的是快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔摄y質(zhì)熔絲埋于石英砂內(nèi)，熔斷時(shí)間極短，可以用來保護(hù)晶閘管。</p><h2>　　第4章驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)</h2><h3>　　4.1晶閘管的觸發(fā)電路</h2><p>　　晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶

80、閘管在學(xué)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：</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60°或采用相隔60°的雙窄脈沖。</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅

81、度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流3～5倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)1～2A∕us。</p><p>　?。?）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中最主要的是第1、2條。理想的觸發(fā)脈沖電流波形如

82、圖4.1。 </p><p>　　圖4.1 理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形</p><p>　　—脈沖前沿上升時(shí)間（）</p><p>　　—強(qiáng)脈沖寬度 —強(qiáng)脈沖幅值（）</p><p>　　—脈沖寬度 —脈沖平頂幅值（）</p><p>　　常用的晶閘管觸發(fā)電路如圖4.2。由V1、V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖

83、變壓器TM及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出出發(fā)脈沖。VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)橹苯貢r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它的電路環(huán)節(jié)。</p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路類型很多，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)來說電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來實(shí)現(xiàn)

84、，需要通過編程來實(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KJ004集成塊和KJ041集成塊。</p><p>　　對(duì)于三相全控整流或調(diào)壓電路，要求順序輸出的觸發(fā)脈沖依次間隔60°。本設(shè)計(jì)采用三相同步絕對(duì)式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號(hào)的上升沿和下降沿，形成兩個(gè)同步點(diǎn)，分別發(fā)出兩個(gè)相位互差180&

85、#176;的觸發(fā)脈沖。然后由分屬三相的此種電路組成脈沖形成單元輸出6路脈沖，再經(jīng)補(bǔ)脈沖形成及分配單元形成補(bǔ)脈沖并按順序輸出6路脈沖。本設(shè)計(jì)課題是三相全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，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，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

86、集成觸發(fā)電路如圖4.3。</p><p>　　圖4.3 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路</p><h3>　　4.2脈沖變壓器的設(shè)計(jì)</h2><p>　　本方案的雙脈沖電路是采用性能價(jià)格比優(yōu)越的、每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)相隔60°的脈沖的電路。如圖5.4中兩個(gè)晶閘管構(gòu)成一個(gè)“或”門。當(dāng)V5 、V6都導(dǎo)通時(shí)，Uc5 約為-15V，使截止，沒有脈

87、沖輸出，但只要中有V5、V6中一個(gè)截止就使得變?yōu)檎妷海沟肰7 、V8導(dǎo)通就有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來控制的V5或V6截止（前后間隔60°），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖了。其中VD4和R17的作用，主要是防止雙窄脈沖信號(hào)相互干擾。此觸發(fā)脈沖環(huán)節(jié)的接線方式為：以VT1器件的觸發(fā)單元而言，圖5.4電路中的Y端應(yīng)該接VT2器件觸發(fā)單元的X端，因?yàn)閂T2器件的第一個(gè)脈沖比VT1器件的第一個(gè)脈沖滯后60°。所以當(dāng)VT

88、2觸發(fā)單元的V4由截止變導(dǎo)通時(shí)，本身輸出一個(gè)脈沖，同時(shí)使VT1器件觸發(fā)單元V6的管截止，給VT1器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。同理，VT1器件觸發(fā)單元的X端應(yīng)接VT6器件觸發(fā)單元的Y端。依次類推，可以確定六個(gè)器件相應(yīng)觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線。</p><p>　　圖4.4 同步型號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路</p><p>　　圖4.4中脈沖變壓器TP主要用于完成觸發(fā)脈沖信號(hào)的電流放大，解決觸發(fā)

89、電路與晶閘管控制極電路之間的阻抗匹配，并實(shí)現(xiàn)弱電回路（觸發(fā)回路）和強(qiáng)電回路（晶閘管主電路）之間的電隔離。</p><p>　　如圖可以得出TP脈沖變壓器的一次側(cè)電壓U1 強(qiáng)觸發(fā)電壓50V弱觸發(fā)電壓15V。取變壓器的變比K=5，脈沖寬度，脈沖變壓器的磁鐵材料選擇DR320。查閱資料可得鐵心材料的飽和磁密 ， 飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，剩磁磁密。 </p><h2>　　第5章雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)&l

90、t;/h2><p><b>　　5.1電流調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用：電流環(huán)由ACR和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)。其主要作用是穩(wěn)定電流。由于ACR為PI調(diào)節(jié)器。所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，它的輸入電壓△Ui必須為0。 即</p><p>　　△Ui =Usi - §Id = 0

91、 (5-1)</p><p><b>　　所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候</b></p><p>　　Id =Usi/§ (5-2)</p><p>　　此式的含義:當(dāng)Usi一定的情況下，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用，整流裝置將保持在U

92、si/§的數(shù)值上。假設(shè)Id> Usi/§ 它的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程如下：</p><p>　　它可以保持電流特性不便使得:自動(dòng)限制最大電流 , 能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。</p><p>　　1.由于ASR有輸出限幅,限幅值為Usim,這樣電流的最大值為Im> Usim/§.當(dāng)Id＞Im 時(shí).電流環(huán)將使電流下降.調(diào)節(jié)電位器RP3的電流反饋系數(shù)§

93、;或整定ASR限幅值Usim可以整定Im的數(shù)值.Im = 2.0～2.5IN .</p><p>　　2.能夠有效的抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的電流波動(dòng)，通過電流調(diào)節(jié)器 ACR的調(diào)節(jié)作用，使得電流很快的恢復(fù)原值。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小，可以忽略。</p><h4>　　5.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定 </h2><p&g

94、t;　　表一 各種整流電路的失控時(shí)間（f=50Hz）</p><p>　　系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù)Tl：由上可知LΣ=35.98mH，RΣ=0.5，整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts：按表一，三相橋式電路的平均失控時(shí)間為Ts=0.0017s。</p><p>　　電流濾波時(shí)間Toi：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1-2）Toi=3.33s，因此取Toi=2ms=0.00

95、2s。 </p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑i：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，為了方便起見本設(shè)計(jì)中我們就取T∑i=Ts+Toi=0.0037s。</p><h4>　　5.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</h2><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求δi≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(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

96、遞函數(shù)為： </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，Ki—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　τi—電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：</p><p>　　TL/T∑i =0.07S/0.0037=8.11<

97、/p><p>　　對(duì)照典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　圖5.1 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><h4>　　5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算</h2><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)τi=Tl=0.07s。電流開環(huán)增益：要求δi＜5%時(shí)，按表二應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此KI=0.5/T∑i=0.5/0

98、.0037=135.1s-1。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5IN=10/（1.5×291）=0.02V/A，于是，ACR的比例系數(shù)為:</p><p>　　= （5-3）</p><p>　　=135.1*0.07*0.6/（48*0.02）=6.90</p><p&

99、gt;　　有WACR(s)=6.90（0.07S+1）/0.07S</p><p>　　表二 典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><h4>　　5.1.4 近似條件校驗(yàn)</h2><p>　　電流環(huán)截止頻率：ωci=KI=135.1s-1。</p><p>　　(1) 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p&

100、gt;<p>　　=196.1 >ωci （5-4）</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　(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：</p><p>　　=3*√￣1/0.1*0.07=11.34s-1

101、 （5-5）</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　(3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p>　　=1/3√￣1/0.0017*0.002=180.78s-1＞ωci （5-6）</p><p><b>　　滿

102、足近似條件。</b></p><h4>　　5.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</h2><p>　　按所用運(yùn)算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為:</p><p>　　Ri=KiR0=6.90×40=276kΩ；</p><p>　　Ci=τi/Ri=0.07/（276×103）=2.46μF，取2.5μF；

103、</p><p>　　Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6f=0.2μF，取0.2μF。</p><p>　　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δi=4.3%＜5%（見表二），滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p

104、>　　速度調(diào)節(jié)器ASR的調(diào)節(jié)作用：S速度環(huán)是由ASR和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的閉環(huán)。它的主要作用是駁 斥轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并最后消除轉(zhuǎn)速靜差。</p><p>　　由于ASR屬于PI調(diào)節(jié)器，因此在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候</p><p>　　△Un = Usn - ＆n = 0 （5-7）</p><p><b&g

105、t;　　所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，</b></p><p>　　n =Usn/＆ （5-8）</p><p>　　它表示當(dāng)Usn一定時(shí)，ASR的作用，轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在Usn/＆，假設(shè)n＜Usn/＆。</p><p>　　從上面的分析可以卡出，當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)要求電流迅速響應(yīng)轉(zhuǎn)速n 的

106、變化而變化的時(shí)候，而電流環(huán)則要維持電流不變，這種性能會(huì)不利于電流對(duì)轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)，有使靜特性邊軟的趨勢(shì)。但由于轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)的作用只相當(dāng) 于轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)部一種擾動(dòng)。不起主導(dǎo)作用。只是轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)足夠大，最后還是只靠ASR的積分作用，消除轉(zhuǎn)速偏差。</p><h4>　　5.2.1 時(shí)間常數(shù)的確定</h2><p>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)已取KIT∑i=0.5，則1/KI=2T∑i

107、=2×0.0037=0.0074s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n：按小時(shí)間近似處理, </p><p>　　T∑n=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s （5-9）</p&

108、gt;<h4>　　5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 </h2><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　（5-10）</b></p><p>　　式中Kn—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　τn—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p&g

109、t;<p>　　圖5.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><h4>　　5.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算</h2><p>　　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τn=hT∑n=5×0.0174=0.087s，可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益:</p><p>　　KN=(h+1)/2*h2 T∑n=396.4s-2

110、 （5-11）</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　Ce=（UN-INRa）/nN=（230-291×0.2）/1450=0.118V.min/r （5-12）</p><p>　　α=10V/ nN =10/1450=0.007 V.min/r

111、 （5-13）</p><p>　　于是可得ASR的比例系數(shù)為：</p><p><b>　　=2.91</b></p><p>　　有WASR(s)=2.91（0.087s+1）/0.087S</p><h4>　　5.2.4 近似條件校驗(yàn)</h2><p>　　由式K=ω1

112、ωc得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為ωcn=kNτn=396.4*0.087=34.5s-1。</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件=63.7S-1>ωcn，滿足簡(jiǎn)化條件。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件=38.7s-1 >ωcn，滿足近似條件。</p><h4>　　5.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</h2><p>　　

113、取R0=40kΩ，則Rn=KnR0=2.91×40=116.4kΩ，取120kΩ；</p><p>　　Cn=τn/Rn=0.087/120000=0.725μF，取0.8μF；</p><p>　　Con=4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1μF，取1μF。</p><h4>　　5.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</h2

114、><p>　　當(dāng)h=5時(shí)，由表三查得，δn=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。</p><p>　　表三 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）</p><p>　　設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)z=0，已知λ=2，IN=29

115、1A，nN=1450r/min，Ce=0.118V.r/min，Tm=0.1s，T∑n=0.0174s。當(dāng)h=5時(shí)，由表四查得，ΔCmax/Cb=81.2%，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降ΔnN=INR∑/ Ce=291×0.4/0.118=986.44 r/min，當(dāng)h=5時(shí)，由表三查得，σn=37.6%能滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　表四 典型Ⅱ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系<

116、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，由于對(duì)所學(xué)內(nèi)容不夠了解，而支付了大量的時(shí)間對(duì)課本加深印象；期間，屢進(jìn)圖書館只為查閱大量的與本設(shè)計(jì)相關(guān)的資料。查閱大量與電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)知識(shí)，使我們重新認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)的優(yōu)勢(shì)。做設(shè)計(jì)期間，屢次探討，只為與實(shí)際聯(lián)系，做出一個(gè)帶著我們的思想的課程設(shè)計(jì)。</p>

117、<p>　　在結(jié)束時(shí)，我們真的很高興，做設(shè)計(jì)這個(gè)過程預(yù)示著我們長(zhǎng)大一般。只有經(jīng)歷過，才知道喜悅是最終的果實(shí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1自動(dòng)控制系統(tǒng).陳伯時(shí)主編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1981</p><p>　　2電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第2版）.陳伯時(shí)主編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1992&

118、lt;/p><p>　　3電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)－運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）.陳伯時(shí)主編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003</p><p>　　4電力電子技術(shù).王兆安主編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000</p><p>　　5半導(dǎo)體變流技術(shù).黃俊主編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000</p><p>　　6電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1