十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、河南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 陳洪鳴 學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化1422 專業(yè)課程： 自動(dòng)控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 程輝 2016 年 1 月 8 日課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績(jī)序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿分評(píng)分1工作態(tài)度遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干。 5分2工作量按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合要求。 20分3出勤情況全勤： 得10分10分有遲到、早退、請(qǐng)假現(xiàn)象： 得8分曠課1天： 得5分曠課2天： 得2分曠課超過2天： 得0分4設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案能靈活運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，有獨(dú)特見解，設(shè)計(jì)有一定應(yīng)用價(jià)

2、值。30分5實(shí)驗(yàn)技能動(dòng)手能力強(qiáng)，能獨(dú)立完成安裝、調(diào)試等實(shí)際操作，能解決設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。10分6小組表現(xiàn)注重團(tuán)隊(duì)合作，在小組中表現(xiàn)突出，對(duì)設(shè)計(jì)方案的制定及選取起主要作用，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，承擔(dān)主要執(zhí)行者。5分7設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理；文理通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準(zhǔn)確、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；。20分合 計(jì)評(píng)語(yǔ)：等 級(jí)： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評(píng)閱人： 職稱： 講師 日 期： 2015 年 1 月 8 日摘 要早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ),采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成,控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜,功能單一,而且系統(tǒng)非常

3、不靈活、調(diào)試?yán)щy,阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨者單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成,為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性,并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng),可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本, 從而有效的提高工作效率。電力電子器件的發(fā)展，使稱為第二代電力電子器件之一的大功率晶體管得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。晶閘管是既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的全控型器件，其性能優(yōu)良，以大功率晶閘管為基礎(chǔ)組成的晶閘管脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速系統(tǒng)在直流傳動(dòng)中使用呈現(xiàn)越來(lái)越普遍的趨勢(shì)。該設(shè)計(jì)主電路采用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案，控制電路由集成電路實(shí)現(xiàn)

4、，系統(tǒng)中有速度調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器等。運(yùn)用電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng),并詳細(xì)分析系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能, 且利用 SIMULINK 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的給定下的仿真。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管、直流電動(dòng)機(jī)、SIMULINK目錄1調(diào)速方案11.1 調(diào)速方案的選擇11.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇12系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇12.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖23主電路的計(jì)算43.1整流變壓器的計(jì)算4 3.1.1整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算4 3.1.2 一次、二次側(cè)電流計(jì)算4 3.1.3變壓器容量的計(jì)算44晶閘管元件的選擇45晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算5 5.1交流側(cè)過電壓保護(hù)措

5、施5 5.2三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)76平波電抗器的計(jì)算87觸發(fā)電路的選擇98控制電路的計(jì)算108.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)108.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)119雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)119.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)119.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1310 MATLAB仿真1510.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置1510.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析15結(jié)束語(yǔ)17參考文獻(xiàn) 18 1調(diào)速方案1.1 調(diào)速方案的選擇機(jī)架序號(hào)電機(jī)型號(hào)Pn(kw)Un(V)In(A)Nn(r/minRa()Gda (Nm)Ifn(A)9Z2-52623026.114501

6、.13.921 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次課程設(shè)計(jì)采用Z2-52型直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)參數(shù)見表1。表1 十機(jī)架連軋機(jī)電動(dòng)機(jī)參數(shù)1.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，首先要有一個(gè)平滑可調(diào)的直流電源。常用的可調(diào)直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組：用直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止可控整流器：用靜止的可控整流器，如晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器：用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的直流平均電壓。本課題中采用第二種方法，晶閘管直流調(diào)速，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器的移相電壓，便可改變整流電壓Ud。由于電機(jī)的容量大，又要求電

7、流的脈動(dòng)系數(shù)小，三相全控橋式整流器電路采用共陰極接法的三相半波和共陽(yáng)極接法的三相半波的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；共陽(yáng)極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流，因此變壓器繞組中沒有直流磁通，且每相繞組正負(fù)半周都有電流流過，提高了變壓器的利用率，且直流側(cè)脈動(dòng)較小，元件利用率較好，無(wú)直流磁化同時(shí)波形畸變較小，故選用三相全控橋整流電路供電方案。電機(jī)的額定電壓為230V，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。為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器應(yīng)采用D/Y聯(lián)結(jié)。2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇工業(yè)上，為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用晶閘管

8、元件及電動(dòng)機(jī)的過載能力，要求實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)，即要求在啟動(dòng)過程中，是啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)結(jié)束后，電流從最大值迅速下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。又因調(diào)速精度要求較高，故采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定器的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分

9、別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，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。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。圖1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG直流測(cè)速發(fā)電機(jī) TA電流互感圖 UPE電力電子裝置 Un*轉(zhuǎn)速給定電壓 Un轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*電流給定電壓 Ui 電流反饋電壓雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡

10、可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表

11、現(xiàn)為電流無(wú)靜差。得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。3主電路的計(jì)算3.1整流變壓器的計(jì)算3.1.1整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算公式：= (1)查表知，三相全控橋式整流電壓的計(jì)算系數(shù)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，查表知角，考慮10裕量，故,由電機(jī)參數(shù)可知UN=230V，代入公式計(jì)算出：V取，變比3.1.2 一次、二次側(cè)電流計(jì)算一次側(cè)電流：= 考慮變壓器自身的勵(lì)磁電流時(shí)，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)，查表知，一次相電流計(jì)算系數(shù)KIL=0.816，由電機(jī)

12、參數(shù)可知=26.1A,代入公式計(jì)算出：=1.050.81626.1/1.83=12.22A二次側(cè)電流：I2=KIVIdN 查表知，二次相電流計(jì)算系數(shù)KIV=0.816，一般取整流器額定直流電流ID=IN，由電機(jī)參數(shù)知IN=26.1A，代入公式算出I2：=0.81626.1=21.30A。3.1.3變壓器容量的計(jì)算變壓器一次、二次繞組相數(shù)m1=m2=3一次容量：S1=m1U1I1=322012.22=8.07KVA二次容量：S2=m2U2I2=312021.30.54=7.67KVA平均電容：S=(8.07+7.67)/2=7.87KVA4晶閘管元件的選擇選擇晶閘管元件主要根據(jù)是晶閘管整流裝置的

13、工作條件，計(jì)算管子電壓、電流值，正確確定晶閘管型號(hào)規(guī)格，以得到滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流器的運(yùn)行條件，計(jì)算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號(hào)規(guī)格，在工頻整流裝置中一般選擇KP型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流值。(1)額定電壓UTN的選擇，應(yīng)考慮下列因素。 1）分析電路運(yùn)行時(shí)晶閘管可能承受的最大電壓值。 2）考慮實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的裕量，通常可考慮倍的安全裕量，按下列公式計(jì)算，即 已知的電壓，對(duì)于三相橋式全控整流電路，可知晶閘管最大承受電壓：V所以晶閘管的額定電壓應(yīng)為（）倍的，即：晶閘管的額定電流可由簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)公式：參考下表以及半導(dǎo)體變流技術(shù)和電力電子技術(shù)文

14、獻(xiàn)，知選擇晶閘管的型號(hào)規(guī)格為KP50-9。5晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算晶閘管有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。但與其它電氣設(shè)備相比，由于元件的擊穿電壓較接近運(yùn)行電壓，熱時(shí)間常數(shù)小，因此過電壓，過電流能力差，短時(shí)間的過電流，過電壓都可能造成元件損壞。為使晶閘管裝置能正常工作而不損壞，只靠合理選擇元件還不行，還要十分重視保護(hù)環(huán)節(jié)，因此在晶閘管裝置中，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。設(shè)計(jì)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(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。5.1交流側(cè)過電壓保護(hù)措施（1）阻容吸收保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R()和電容C（uf

15、）的串聯(lián)支路進(jìn)行保護(hù)，對(duì)于大電容的的晶閘管裝置，采用圖3所示。圖3 交流側(cè)阻容吸收保護(hù)電容值 C=6Iem(uf)=60.17.87/1202=0.328uf式中S-變壓器容量（KVA）；U2-變壓器二次相電壓有效值（V）；Iem-變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，對(duì)于的變壓器，一般為電阻值：=5U21/I21=5120/21.30=28.169（2）非線性電阻保護(hù)非線性電阻保護(hù)方式主要硒堆和壓敏電阻的過電壓保護(hù)。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，在正常工作時(shí)只有很微弱的電流（1mA以下）通過元件，而

16、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)，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。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓=1.3U=1.3120=220.6V式中 U-壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（V）。U壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值，變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，通流量應(yīng)按照大于實(shí)際可能產(chǎn)生的浪涌電流選擇，一般取5kA以上。殘壓值的選擇是由被保護(hù)器件的耐壓決定，應(yīng)使晶閘管在通過浪涌電流時(shí)，殘壓抑制在晶閘管額定電壓以下，并留有一定裕量。（3）直流側(cè)過電壓保護(hù) 直流側(cè)過電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性

17、，并造成di/dt加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓=2=22.34U2=22.34120=561.6V（4)晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，阻容保護(hù)元件參數(shù)可以根據(jù)查表2。晶閘管額定電流1000500200100502010電容（F）210.50.250.20.150.1電阻（）2510204080100表2 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表阻容保護(hù)的原件參數(shù)由晶閘管的額定電流可選：C=0.2F，R=40。（5)過電流保護(hù) 快速熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的過電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發(fā)生短路后，熔斷時(shí)

18、間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過電流損壞晶閘管。5.2三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)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4如下。圖4 一次側(cè)過電流保護(hù)電路 （1）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。本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的線電壓為230V，熔斷器額定電壓可選擇250V。(2) 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。 熔斷器額定電流 1.6I1=1.626.1=41.76A 因此，如圖4在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個(gè)熔斷器，按本課題的設(shè)計(jì)要求熔斷器的額定電壓可選

19、250V，額定電流選45A。(3) 與元件串聯(lián)的快速熔斷器選擇由于過載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)和反向擊穿，以及在逆變時(shí)換流失敗等原因，都會(huì)產(chǎn)生過電流。這里采用快速熔斷器來(lái)防止晶閘管過電流的損壞。其保護(hù)原理圖5所示。圖5 過流保護(hù)電路圖由上圖5及上文中計(jì)算的數(shù)據(jù)可知，通常熔斷器的額定電流由下式選?。?實(shí)際管子最大電流有效值)為保證可靠與選用方便起見，可?。?）直流側(cè)快速熔斷器的選擇電壓和電流上升率的限制 不同規(guī)格的晶閘管對(duì)最大的電壓上升率及電流上升率有相應(yīng)的規(guī)定，當(dāng)超過其規(guī)定的值時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。限制電壓及電流變化率的方法有 1)交流進(jìn)線電抗器限制措施，交流進(jìn)線電抗器LB的計(jì)算值：式中 交流器輸

20、出額定電流，電源頻率f,變壓器二次相電壓。 2)在橋臂上串聯(lián)空心電感，電感值取為宜。 3)在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會(huì)使換流時(shí)間增長(zhǎng)，影響正常工作，而經(jīng)常采用將幾只鐵氧磁環(huán)套在橋臂導(dǎo)線上，使橋臂電感在小電流時(shí)磁環(huán)不飽和，電感量大，達(dá)到限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關(guān)斷時(shí)間。6平波電抗器的計(jì)算晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動(dòng)的，為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。 (1) 電動(dòng)機(jī)電樞電感為：1000=82301000/(22145026.1)=12.15mH式中：電動(dòng)機(jī)額定電壓 電動(dòng)機(jī)額定

21、電流 P電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) 計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)=8-12對(duì)于快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8，磁極對(duì)數(shù)p=2。(2) 變壓器電感為：式中(3) 平波電抗器的選擇。維持電流連續(xù)時(shí)的為:式中，限制電流的脈動(dòng)系數(shù)=5%時(shí)，值為:式中取兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為81.68mH時(shí)，電流連續(xù)和脈動(dòng)要求能同時(shí)滿足。7觸發(fā)電路的選擇觸發(fā)電路可選擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇KC系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是移相范圍小于180，為保證觸發(fā)脈沖對(duì)稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。 選用集成電路MC78

22、7組成的三相觸發(fā)電路，如圖6所示。該集成塊由同步過零、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路組成。 圖6 MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng)RC組成的T形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號(hào)，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對(duì)稱。輸出端由大功率管驅(qū)動(dòng)，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管。8控制電路的計(jì)算8.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、晶閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓管的

23、可調(diào)輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓VC又為正電壓，故給定電壓UG就為負(fù)電壓，而一切反饋均取正值，為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)15V的電源，用一個(gè)2.2K,1W電位器引出給定電壓。8.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì) （1）測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有:額定電壓，負(fù)載電阻的電位器。由于主電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450r/min ，因此，測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29V，給定電源15V，只要適當(dāng)取反饋系數(shù)，即可滿足系統(tǒng)要求。 （2）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.01s，則轉(zhuǎn)速反

24、饋系數(shù): （3）電流負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：，則電流反饋系數(shù):(4)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) ： =按要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降：=7.63r/min9雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)9.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（1） 確定時(shí)間常數(shù) 在三相橋式全控電路有：已知,所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù):主電路電磁時(shí)間常數(shù)為：主電路的機(jī)電時(shí)間常數(shù)為：式中：= 1.326（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型型系統(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，可用PI型電流調(diào)節(jié)器： （1） 電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù) （3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算： 電流調(diào)節(jié)器

25、超前時(shí)間常數(shù)，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有，所以，電樞回路總電阻R=2，所以ACR的比例系數(shù)： = （4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ，滿足條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件：，滿足條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： ，滿足條件。 （5） 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的，有，取,取，取，取。故，其結(jié)構(gòu)圖7如下所示。圖7 電流調(diào)節(jié)器9.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) （1） 確定時(shí)間常數(shù)：有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器： （2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間

26、常數(shù)（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為： 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： ASR的比例系數(shù)為：（4）檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為：，滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容： 取=40，則，取80。，取1，取1。 故： 其結(jié)構(gòu)圖如8所示。圖8 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=5，查得，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASR 退飽和，重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=4時(shí)，=2，查得=81.2%，所以 =0.00236 =0.236% 10%滿足設(shè)計(jì)要求。10 MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較

27、流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)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中的 Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)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Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。10.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置轉(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、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖9所示。圖9 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為1.5。10.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖10是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓