《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程設(shè)計VM雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)電力拖動與控制系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)說明書學(xué) 號： 0120911350522課 程 設(shè) 計題 目v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計5學(xué) 院自動化學(xué)院專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級電氣0905班姓 名指導(dǎo)教師2012年6月15日2武漢理工大學(xué)電力拖動與控制系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)說明書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電氣0905班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動化學(xué)院 題 目: v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計5 初始條件：1技術(shù)數(shù)據(jù)： 晶閘管整流裝置：rrec=0.5，ks=40。 負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：pn=8.5kw，un=230v，in=37a，nn=1450r/min，ra=1.0，if

2、n=1.14a，gd2=2.96n.m2 系統(tǒng)主電路：tm=0.07s，tl=0.017s 2技術(shù)指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量：i5%，起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量：n8%，動態(tài)速降n10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）ts1s要求完成的主要任務(wù): 1技術(shù)要求： (1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運行，具有較寬的調(diào)速范圍（d10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù) 2設(shè)計內(nèi)容：(1) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及

3、其參數(shù)計算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等） (3) 動態(tài)設(shè)計計算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，確定asr調(diào)節(jié)器與acr調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)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(biāo)的要求 (4) 繪制v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計算機(jī)繪圖） (5) 整理設(shè)計數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計總結(jié)，撰寫設(shè)計計算說明書時間安排：課程設(shè)計時間為一周半，共分為三個階段：（1） 復(fù)習(xí)有關(guān)知識，查閱有關(guān)資料，確定設(shè)計方案。約占總時間的20%（2） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)要求，完成設(shè)計計算。約占總時間的40%（3） 完成設(shè)計和文檔整理。約占總時間的40%指導(dǎo)教師簽名： 年

4、 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 目錄摘 要i1.設(shè)計任務(wù)及要求11.1初始條件11.2要求完成的主要任務(wù)12總電路設(shè)計及方案論證221雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成及設(shè)計32.1.1雙閉環(huán)系統(tǒng)組成及原理32.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性42.1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型42.2 可逆系統(tǒng)原理及方案論證53雙閉環(huán)系統(tǒng)模型的建立及其化簡73.1 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡73.2 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖及其化簡94電路參數(shù)的計算114.1 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算114.1.1確定時間常數(shù)114.1.2 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)114.1.3校驗近似條件124.1.4計算調(diào)節(jié)器電阻

5、和電容124.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算124.2.1確定時間常數(shù)124.2.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)134.2.3校驗近似條件134.2.4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容134.2.5校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量145主電路元件的確定145.1整流變壓器的確定145.1.1變壓器變比的確定145.1.2變壓器容量的確定15 5.2 平波電抗器參數(shù)計算155.3 晶閘管元件選擇165.3.1晶閘管的額定電壓計算 165.3.2晶閘管的額定電流計算 166控制及保護(hù)電路的設(shè)計176.1 觸發(fā)電路的設(shè)計176.2 保護(hù)電路的確定186.3 緩沖電路設(shè)計197 小結(jié)與體會20參考文獻(xiàn)21附錄：電氣原理總圖2224 摘要雙閉環(huán)直流

6、調(diào)速系統(tǒng)是現(xiàn)今在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的調(diào)速系統(tǒng)，可逆直流調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)實生產(chǎn)中具有其實際意義。本文按照課程設(shè)計的要求，應(yīng)用了工程設(shè)計的方法，由電流內(nèi)環(huán)到轉(zhuǎn)速外環(huán)，設(shè)計了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器。同時要實現(xiàn)系統(tǒng)無靜差，滿足系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都采用了pi調(diào)節(jié)器。同時也對系統(tǒng)主電路元件的參數(shù)進(jìn)行了計算。關(guān)鍵詞： v-m 雙閉環(huán) 可逆 pi調(diào)節(jié)器 acr、asrv-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1.設(shè)計任務(wù)及要求1.1初始條件：按如下要求設(shè)計一個v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)。1技術(shù)數(shù)據(jù)： 晶閘管整流裝置：rrec=0.5，ks=40。 負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：pn=8.5kw，un=2

7、30v，in=37a，nn=1450r/min，ra=1.0，ifn=1.14a，gd2=2.96n.m2 系統(tǒng)主電路：tm=0.07s，tl=0.017s 2技術(shù)指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量：i5%，起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量：n8%，動態(tài)速降n10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）ts1s1.2要求完成的主要任務(wù)1技術(shù)要求： (1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運行，具有較寬的調(diào)速范圍（d10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù) 2設(shè)計內(nèi)容：(1) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

8、的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等） (3) 動態(tài)設(shè)計計算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，確定asr調(diào)節(jié)器與acr調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)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(biāo)的要求 (4) 繪制v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計算機(jī)繪圖） (5) 整理設(shè)計數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計總結(jié)，撰寫設(shè)計計算說明書2總電路設(shè)計及方案論證直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流380v電源，因此要進(jìn)行整流，主電路采用三相橋式整流電路。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半

9、波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上所述，選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。而單相橋式整流電路、三相半波整流電路由于種種不利因素在本設(shè)計中不予以采用。 設(shè)計要求直流電動機(jī)可逆運行，所以采用兩組晶閘管反并聯(lián)串接直流電動機(jī)的主電路設(shè)計方案，該方案可以實現(xiàn)電機(jī)的四象限運行，并可以準(zhǔn)確的控制。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能夠靈活的控制電機(jī)的起、制動和升、降速。三相交流電經(jīng)由三相變壓器后，輸入整流橋。三

10、相變壓器采用/y形接法。晶閘管整流橋只有在觸發(fā)裝置給出觸發(fā)信號后才會導(dǎo)通。整流橋輸出端串接平波電抗器，以減小輸出電流的脈動。 其設(shè)計總框圖如下所示。在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)設(shè)計須從動態(tài)校正的需要來解決。本設(shè)計采用工程設(shè)計方法：先確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)定精度。再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。按照“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 的一般系統(tǒng)設(shè)計原則，從內(nèi)環(huán)即電流環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。三相交流電源三相橋式整流電路直流電動機(jī)整流供電雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī)驅(qū)動電路保護(hù)電路 圖2-1 總設(shè)計框圖21雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成及設(shè)計2.1.1雙閉環(huán)

11、系統(tǒng)組成及原理雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、asr、acr、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測環(huán)以及電流檢測環(huán)節(jié)組成。為了使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋分別起作用，系統(tǒng)設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器acr和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr。電流調(diào)節(jié)器acr和電流檢測反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr和轉(zhuǎn)速檢測反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)速換包圍電流環(huán)，故稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。在電路中，asr和acr串聯(lián)，即把asr的輸出當(dāng)做acr的輸入，再由acr得輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)器。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用具有輸入輸出限幅功能的pi調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流反饋都采用了閉環(huán)負(fù)反饋

12、。因為pi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)運行時得到無靜差調(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)和動態(tài)性能。 圖2-1-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 圖2-1-2 雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1-2所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握pi調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：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，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與

13、使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，pi作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是為零。ks a 1/ceu*nuctidenud0un+-asr+u*i-idr r b acr-uiupe 圖2-1-2 雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。2.1.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(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)或零極點模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1-3所示。圖中和分別表示轉(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，在電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把

14、電樞電流顯露出來。圖2-1-3：u*na uct-idlnud0un+-b -uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl s+1rtmsu*iid1/ce+e 圖2-1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2.2 可逆系統(tǒng)原理及方案論證直流電動機(jī)只能在某一方向轉(zhuǎn)動，不能反轉(zhuǎn)時，該調(diào)速系統(tǒng)是不可逆的。在實際工作中，要求電動機(jī)反轉(zhuǎn)的情況很多，實現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)的方法比較多。既有有環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)又有無環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)工藝要求對系統(tǒng)過程特性要求不高時，且系統(tǒng)容量大，可靠性能要求高時，采用無環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。有環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)具有反向快，過渡平滑的優(yōu)點，根據(jù)課程設(shè)計的要求， 需要

15、采用有環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。直流可逆調(diào)速系統(tǒng)有幾種實行方案：方案一：開關(guān)切換法。該方法簡單，但在轉(zhuǎn)向時要求快速、準(zhǔn)確、安全，否則容易造成短路或切換時間過長。這種方案還存在噪聲大，壽命低等缺點，不適合正反轉(zhuǎn)切換頻繁的場合。方案二：勵磁反接可逆線路。它的原理是將電動機(jī)的勵磁線圈接在兩組反并聯(lián)線路中，電樞仍采用一組晶閘管驅(qū)動，改變勵磁電流的方向來改變電動機(jī)的方向。這種方式需要在磁通弱磁時保證電樞電流為零，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，不宜采用。方案三：晶閘管反并聯(lián)法。采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路。當(dāng)一組晶閘管工作在整流狀態(tài)時，另一組工作在逆變或阻斷狀態(tài)。該實驗采用了兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)，但

16、是兩組裝置同時工作時，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，叫做環(huán)流。為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該正組處于整流狀態(tài)時，強迫反組處于逆變狀態(tài)。即采用f =r就可以消除直流平均環(huán)流。增大控制電壓uc移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等，符號相反就可以了。直流平均環(huán)流可以用f =r配合消除，而瞬時脈動環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可以在環(huán)流賄賂中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器。圖2-2-1兩組晶閘管反并聯(lián)可逆v-m系統(tǒng)v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖見圖2-2-2。 圖2-2-2 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)=配合控制原理圖為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角太小

17、而導(dǎo)致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中進(jìn)行限幅，形成最小逆變角保護(hù)。與此同時，對角也實施保護(hù)，以免出現(xiàn)而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取，其值視晶閘管器件的阻斷時間而定。 圖2-2-3 配合控制特性3 雙閉環(huán)系統(tǒng)模型的建立及其化簡3.1 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡 雙閉環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)即電流環(huán)，其中反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流的影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)tl遠(yuǎn)小于機(jī)電時間常數(shù)tm，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多。對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在電流瞬變的過程中，可以認(rèn)為反電動勢基本不變，

18、即，則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為圖3-1-1（a）。如果把給定濾波和反饋濾波同時等效到環(huán)內(nèi)前向通道上， 再把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，見圖3-1-1（b）.由于ts和toi一般都比ti小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的賭轉(zhuǎn)特性，分析可知，采用i型就夠了。從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素，為止，電流環(huán)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型i型系統(tǒng)。a)b)圖3-1-1 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及簡化含給定濾波和

19、反饋濾波的模擬式pi型電流調(diào)節(jié)器原理于圖3-1-2。圖中u*i電流給定電壓，-id為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變化器的控制電壓uc。 圖3-1-2 含給定濾波和反饋濾波的pi型電流調(diào)節(jié)器根據(jù)運算放大器的電路原理，可以容易的導(dǎo)出：3.2轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖及其化簡雙閉環(huán)系統(tǒng)環(huán)外環(huán)即為轉(zhuǎn)速環(huán)，用電流環(huán)等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-2-1（a）所示。同電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速濾波和反饋濾波同時等效地移到環(huán)內(nèi)前向通道上，并把給定信號改成u*n(s)/a,再把時間常數(shù)1/ki和ton兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖簡化為圖3-2-1（b）

20、。 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點之前必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr中，由于擾動點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求?；喓?，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 式中，n (s)+-un (s)asrcetmsru*n(s)id (s) t0ns+11 t0ns+1u*n(s)+-idl (s) a)b)c)圖3-2-1 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化a） 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) b）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理 c）校正后成為典型型系統(tǒng)含給定濾波與反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原

21、理圖見3-2-2，圖中un*為轉(zhuǎn)速給定電壓，-n為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出電流調(diào)節(jié)器的給定電壓ui*。圖3-2-2 含給定濾波和反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值關(guān)系為： 4電路參數(shù)的計算4.1電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算電動機(jī)勵磁系數(shù) 電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù) tm=0.07s電樞回路電磁時間常數(shù) tl=0.017s當(dāng)選用u*nm=u*im=10v ，過載倍數(shù)=1.5時，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) 三相橋式整流裝置滯后時間常數(shù)ts=0.0017 s4.1.1確定時間常數(shù)確定電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，則s根據(jù)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型

22、i型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，可采用pi調(diào)節(jié)器。檢查對電源電壓的抗擾性能：，對比典型i型系統(tǒng)指標(biāo)，滿足其要求。4.1.2 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益；要求時，應(yīng)取，因此 于是，acr的比例系數(shù) 4.1.3校驗近似條件 電流截止環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 滿足近似條件校驗忽略反電勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 滿足近似條件校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件4.1.4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖3-1-2所示，按運用放大器取ro=40k，各電阻和電筒值計算如下; 取按照上述參數(shù)，電流環(huán)采用型系統(tǒng)，查表可知動態(tài)跟隨性能指為，滿足設(shè)計要求。4.2轉(zhuǎn)速調(diào)

23、節(jié)器參數(shù)的計算4.2.1確定時間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù).按小時間常數(shù)近似處理，則4.2.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用pi調(diào)節(jié)器按跟隨性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 s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 由此可得asr的比例系數(shù)為 4.2.3校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件4.2.4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖3-2-2，取電阻ro=40k，則 取 取 4.2.5校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時，查表知，不能滿足設(shè)計要求。實際上該表是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，asr飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按a

24、sr退飽和的情況重新計算超調(diào)量。此時超調(diào)量為： 滿足超調(diào)要求。5 主電路元件的確定5.1整流變壓器的確定5.1.1 變壓器變比的確定變壓器副邊電壓采用如下公式進(jìn)行計算：-晶閘管正向壓降，其值為0.4-1.2v，通常取1v；n主電路回路晶閘管個數(shù)；c接線方式系數(shù)；電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取0.9；變壓器短路電壓比，100kv以下的取0.05； 已知udmax=230v,n=2， a=2.34(三相橋式整流)，=30（=控制），,查表得c=0.5，代入上式得： 故變壓器變比近似取為： 5.1.2 變壓器容量的確定由表查得ki1=0.816，ki2=0.816原邊輸出有效電流副邊輸出有效電流變壓器容量

25、計算： 由以上計算有，整流變壓器變比 k=2.9，容量為s=13kva5.2 平波電抗器參數(shù)計算idmin=(5%-10%)in,這里取10% 則平波電抗器的計算公式為：電動機(jī)電感量ld（單位mh）可按下式計算 式中ud 、ld、n直流電動機(jī)額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速；p電動機(jī)磁極對數(shù)；計算系數(shù)，對一般無補償電機(jī)取=812。所以 由于變壓器的漏電感很小，可以忽略不計，那么串入平波電抗器的電感量 取其電感值為42mh.5.3 晶閘管元件選擇5.3.1晶閘管的額定電壓計算 晶閘管的額定電壓通常選取斷態(tài)重復(fù)峰值電壓udrm和反向重復(fù)峰值電壓urrm中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。晶閘管的額定電流

26、一般選取其通態(tài)平均電流的1.5 2 倍。在橋式整流電路中晶閘管兩端承受最大正反向電壓均為，晶閘管的額定電壓一般選取其最大正反向電壓的23倍。 故晶閘管電壓定額取其電壓定額=1000v。5.3.2晶閘管的額定電流計算晶閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流 來標(biāo)稱，規(guī)定為晶閘管在環(huán)境為 和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫是允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。因此在使用時同樣應(yīng)按照實際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原則來選取晶閘管的電流定額，并留有一定裕量。一般取其通態(tài)平均電流為此原則所得計算結(jié)果的1.5-2倍?？砂聪率接嬎悖?式中計算系數(shù)由整流電路型式而定，

27、為波形系數(shù)，為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當(dāng)時，三相全控橋電路.故晶閘管額定電流 取其電流定額為40a。6控制及保護(hù)電路的設(shè)計6.1 觸發(fā)電路的設(shè)計晶閘管整流電路是通過控制觸發(fā)角的大小，即控制觸發(fā)脈沖的起始相位來控制輸出電壓的大小。為保證整流電路的正常工作，應(yīng)確保觸發(fā)角的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。 對于三相整流橋的晶閘管觸發(fā)電路很重要的一點是保持觸發(fā)電路和主電路的同步，即要求觸發(fā)電路輸出的驅(qū)動脈沖信號與電源的頻率相同而且相位關(guān)系確定。為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，在設(shè)計中采用了一個同步變壓器，將其一次側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步信號接入觸發(fā)電路。 觸

28、發(fā)電路采用集成移相觸發(fā)芯片tc787，與tca785及kj（或kc）系列移相觸發(fā)集成電路相比，具有功耗小、功能強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點。只需要一塊這樣的集成電路，就可以完成三塊tca785與一塊kj041、一塊kj042器件組合才能具有的三相移相功能。由圖可見：在它的內(nèi)部集成了三個過零和極性檢測單元、三個鋸齒波形成單元、三個比較器、一個脈沖發(fā)生器、一個抗干擾鎖定電路、一個脈沖形成電路、一個脈沖分配及驅(qū)動電路。引腳18、l、2分別為三相同步電壓va、vb、vc輸人端。引腳16、15和14分別為產(chǎn)生相對于a、b和c三相同步電壓的鋸齒波充電電容連接端。電容值大小決定

29、了移相鋸齒波的斜率和幅值。引腳13為觸發(fā)脈沖寬度調(diào)節(jié)電容cx，該電容的容量決定著tc787輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，輸出脈沖寬度越寬。引腳5為輸出脈沖禁止端，該端用來在故障狀態(tài)下封鎖tc787的輸出，高電平有效。引腳4為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著tc787輸出脈沖的移相范圍。引腳12、10、8、9、7和11是脈沖輸出端。其中引腳12、10和8分別控制上半橋臂的a、b、c相晶閘管；引腳9、7和11分別控制下半橋臂的a、b和c相晶閘管。正組晶閘管觸發(fā)電路原理圖如圖5-4-1所示，反組的與正組相同。圖6-1-1 正組觸發(fā)電路原理圖6.2保護(hù)電路的確定電力電子裝置中過電壓

30、分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類，外因過電壓只要來自雷擊和系統(tǒng)的操作過程等外部因素。內(nèi)因主要是由于電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程產(chǎn)生的過電壓。對于外因過電壓可以設(shè)置避雷器、變壓器屏蔽層、靜電感應(yīng)過電壓抑制電容、壓敏電阻過電壓抑制器等等。 本設(shè)計中采用rc過電壓制電路如下圖，將該裝置置于供電變壓器的兩側(cè)或者是電力電子電路的直流側(cè)。 圖6-2-1 變壓器及保護(hù)電路 當(dāng)電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會出現(xiàn)過電流的現(xiàn)象。實際應(yīng)用的電力電子裝置中，一般采用快速熔斷器、直流快速斷路器、過電流繼電器等幾種方式組合使用。 本設(shè)計中在電力變壓器副邊每相母線中串接快速熔斷器。過流保護(hù)電路采用采用型流保護(hù)電路。在三相母線每一相串接如圖的過流保護(hù)電路，其中由比較電路輸入電流限幅值。 圖6-2-2 rc網(wǎng)絡(luò)過壓保護(hù)示意圖 圖6-2-3 過流保護(hù)示意圖6.3 緩沖電路設(shè)計 緩沖電路的作用是抑制電力電子器件內(nèi)因過電壓或者過電流的沖擊，并減小器件的開關(guān)損耗。 本設(shè)計中采用如下圖所示的緩沖電路，其中電阻、電容的取值可根據(jù)實際流通晶閘管的電流，以及晶閘管的導(dǎo)通時間來選取。 圖6-3-1 晶閘管緩沖電路7 小結(jié)與體會通過這次設(shè)計,使我對v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理有了更深一層次的