自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告---錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)課程</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱：自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 </p><p>　　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) </p><p>　　院 系：電氣工程系 &

2、lt;/p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： 系（教研室）主任簽字： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><

3、;p>　　一、 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理- 4 -</p><p>　　1、可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理- 4 -</p><p>　　2、 環(huán)流的介紹- 4 -</p><p>　　1、環(huán)流的定義- 4 -</p><p>　　2、 環(huán)流的分類- 5 -</p><p>　　3、 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)-

4、 5 -</p><p>　　1、靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理- 5 -</p><p>　　2、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)- 5 -</p><p>　　3、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)- 6 -</p><p>　　二、 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　1、 主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇- 6 -</p&

5、gt;<p>　　1、 變壓器的選擇- 6 -</p><p>　　2、 晶閘管的選擇- 6 -</p><p>　　3、 電抗的選擇- 7 -</p><p>　　2、 同步變壓器及觸發(fā)器的設(shè)計(jì)- 7 -</p><p>　　1、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)- 7 -</p><p>　　2、 同步變壓器的

6、設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　3、 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　1、 過(guò)電流保護(hù)- 8 -</p><p>　　2、 過(guò)電壓保護(hù)- 8 -</p><p>　　3、 緩沖電路- 8 -</p><p>　　4、 檢測(cè)環(huán)節(jié)- 9 -</p><p>　　1、 轉(zhuǎn)

7、速檢測(cè)- 9 -</p><p>　　2、電流檢測(cè)- 9 -</p><p>　　3、 電壓檢測(cè)- 10 -</p><p>　　5、 控制電路的設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>　　1、 AVR電壓內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>　　2、 ACR電流環(huán)的設(shè)計(jì)- 11 -</p>&l

8、t;p>　　3、 ASR轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)- 12 -</p><p>　　4、 AVR、ACR和ASR的限幅設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　5、 AR反相器的設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　三、 設(shè)計(jì)小結(jié)- 14 -</p><p>　　四、 參考文獻(xiàn)- 14 -</p><p>　　錯(cuò)位控制無(wú)

9、環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理</p><p>　　1、可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理</p><p>　　圖1 兩組晶閘管裝置發(fā)并聯(lián)線路</p><p>　　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

10、別由兩組觸發(fā)裝置進(jìn)行控制，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。</p><p>　　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。</p><p>　　表1 V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)<

11、/p><p><b>　　環(huán)流的介紹</b></p><p><b>　　1、環(huán)流的定義</b></p><p>　　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

12、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。</p><p>　　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）</p><p><b>　　環(huán)流的分類</b></p><p>　?。?）靜態(tài)環(huán)流：兩組可逆線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：</p><p

13、>　　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)流稱作直流平均環(huán)流</p><p>　　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，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。</p><p>　　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。</p><p><b>　　錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)&l

14、t;/b></p><p>　　1、靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理</p><p>　　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)的比較遠(yuǎn)，避免了瞬時(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

15、。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。</p><p>　　2、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路， 控制電路采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)

16、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)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映正和負(fù)極性，電流反饋應(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：</p><p>　　縮小反向時(shí)的電壓死

17、區(qū)，加快系統(tǒng)的切換過(guò)程。</p><p>　　抑制電流斷續(xù)等非線性因素的影響，提高系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。</p><p>　　防止動(dòng)態(tài)環(huán)流，保證電流安全換向。</p><p>　　圖3 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　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，

18、 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)速反饋電壓，Ui*—電流給定電壓，Ui—電流反饋電壓  ， Uu—端電壓給定電壓，Uu—端電壓反饋電壓</p><p>　　3、錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

19、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。</p><p><b>　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇</p><p><b>　　變壓器的選擇</

20、b></p><p>　　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， 。</p><p>　　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 。</p><p>　　考慮到工作負(fù)荷不會(huì)過(guò)

21、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：副邊線電壓為,副邊線電流。</p><p><b>　　晶閘管的選擇</b></p><p>　　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。</p><p&g

22、t;<b>　　電抗的選擇</b></p><p>　　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。為了避免或減輕這種影響，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。</p><p>　　同步變壓器及觸發(fā)器的

23、設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</b></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(lái)說(shuō)電路比較復(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

24、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)行脈沖放大即可。 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。</p><p>　　圖4 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路</p><p><b>　　同步變壓器的設(shè)計(jì)</b></p

25、><p>　　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。</p><p>　　圖5 同步變壓器的原理圖</p><p>　　表2 三相全控橋各晶閘管的同步電壓</p><p>

26、;　　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。</p><p><b>　　保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　過(guò)電流保護(hù)</b></p><p>　　在主電路中交流側(cè)安裝快速熔斷器。</p><p><

27、b>　　過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　緩沖電路</b></p><p>　　又稱吸收電路，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。</p><p>　　圖6

28、 三相電路交流側(cè)阻容保護(hù)電路</p><p>　　圖7 緩沖電路（將圖中的IGBT換成晶閘管） </p><p><b>　　檢測(cè)環(huán)節(jié)</b></p><p><b>　　圖8 檢測(cè)環(huán)節(jié)</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)</b></p><p&g

29、t;　　轉(zhuǎn)速反饋系數(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合乎要求。。</p><p><b>　　2、電流檢測(cè)</b></p>

30、;<p>　　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，；若過(guò)大則應(yīng)在反饋回路增加放大器，從而減小電阻阻值。</p><p><b>　　電壓檢測(cè)</b></p><p>　　在可逆系統(tǒng)中由于有最小逆變角限制的問(wèn)題，，，(R'為的有效部分)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

31、擇阻值較大的固定電阻R1，然后再選擇合適的滑動(dòng)變阻器。</p><p><b>　　控制電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　AVR電壓內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1）AVR的模型簡(jiǎn)化說(shuō)明</p><p>　　AVR的設(shè)計(jì)采用積分調(diào)節(jié)器，其分析過(guò)程如下。</p><p>　　將電壓環(huán)的傳遞函

32、數(shù)等效成如下：</p><p>　　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：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2）AVR的電路模型</p><p>　　圖9 AVR積分調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　ACR電流環(huán)的設(shè)計(jì)</b>

33、</p><p><b>　　1）電流環(huán)簡(jiǎn)化說(shuō)明</b></p><p>　　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：</p><p>　　=，為電機(jī)的電樞電阻。</p><p><b>　　ACR參數(shù)的計(jì)算</b></p><p><

34、;b>　　，取0.5，則。</b></p><p><b>　　近似條件檢驗(yàn)</b></p><p>　　UPE純滯后近似處理：</p><p>　　忽略反電勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng):</p><p>　　電流環(huán)小慣性群的近似處理：</p><p>　　調(diào)節(jié)器電阻電容的選取<

35、/p><p>　　，，。在計(jì)算完成后應(yīng)根據(jù)實(shí)際的電阻/電容值進(jìn)行選擇。</p><p>　　5）ACR的電路模型</p><p>　　圖10 含給定與反饋濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　ASR轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1）ASR等效模型說(shuō)明</p>

36、<p>　　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：</p><p>　　按典型二階系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)</p><p><b>　　，，，，</b></p><p><b>　　。</b></p><p><

37、;b>　　近似條件的檢驗(yàn)</b></p><p><b>　　電流環(huán)化簡(jiǎn)條件：</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)化簡(jiǎn)條件:</b></p><p>　　ASR電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)</p><p>　　圖11 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><

38、p>　　AVR、ACR和ASR的限幅設(shè)計(jì)</p><p>　　圖12 限幅電路的原理</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p

39、><b>　　電壓調(diào)節(jié)器限幅值，</b></p><p><b>　　電流調(diào)節(jié)器限幅值</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅值</b></p><p><b>　　AR反相器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　反向器的設(shè)計(jì)使用運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)

40、，具體結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　圖13 反相器的電路結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)電力電子技術(shù)和電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)。熟悉了錯(cuò)位無(wú)環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到工程設(shè)計(jì)時(shí)與實(shí)際相聯(lián)系的重要性。<

41、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳伯時(shí)；電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992</p><p>　　陳伯時(shí)；自動(dòng)控制系統(tǒng)；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981</p><p>　　陳伯時(shí)；電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>