運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)鄭兵自動(dòng)化1081

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題題 目目直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院院 系系 信信 息息 工工 程程 系系專專 業(yè)業(yè)自自 動(dòng)動(dòng) 化化班班 級(jí)級(jí)1081 班班姓姓 名名鄭鄭 兵兵學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)10212408108指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師李李 向向 明明2011 年6月14日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 鄭鄭 兵兵 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化自動(dòng)化 10811081 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 李李 向向 明明 工作單位：工作單位： 信息工程系信息工程系 題題 目目: : 直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件：

2、初始條件：1.直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為： un220v，in136a，ce0.132 v.min/r，ra0.52.電機(jī)過載倍數(shù) 1.5，ks40，tl0.03 s，tm0.18 s，調(diào)節(jié) 0.07 v.min/r,=0.05 v/a 3.測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù)：23w，110v，0.21a，1900 r/min，永磁式4.主電路采用三相全控橋，反并聯(lián)連接，進(jìn)線交流電源：三相 380v要求完成的主要任務(wù)要求完成的主要任務(wù): : （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，說明書撰寫等具體要求）1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 asr 及電流調(diào)節(jié)器 acr 的設(shè)計(jì)2.轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)3.集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)4. 主電路及其保護(hù)電

3、路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。滿足如下要求：1采用 配合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行，轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無差，電流超調(diào)量小于 5，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于 10。2. 對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說明系統(tǒng)工作原理。3. 畫出單元電路圖，說明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過程。4. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間安排：時(shí)間安排：2011.6.132011.6.15 收集課程設(shè)計(jì)相關(guān)資料2011.6.162011.6.23 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2011.6.242011.6.26 撰寫課程設(shè)計(jì)及答辯指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師簽名： 年年

4、月月 日日系主任（或責(zé)任教師）簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年年 月月 日日摘要直流調(diào)速1是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動(dòng)中獲得了廣泛應(yīng)用。本文從直流電動(dòng)機(jī)的工作原理入手，建立了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。然后按照自動(dòng)控制原理，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，在理論分析和

5、仿真研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)主電路、反饋電路、觸發(fā)電路及控制電路的具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，表明所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞 直流電機(jī) 直流調(diào)速系統(tǒng) 速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 雙閉環(huán)系統(tǒng) 仿真目錄第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).1 11.11.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理.1 11.21.2 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析.2 21.2.1 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過程和原理 .21.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系

6、統(tǒng)的組成及其靜特性 .21.31.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.5 51.41.4 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法.5 51.51.5 電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì).6 6第二章第二章 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)觸發(fā)電路設(shè)計(jì) .9 92.12.1 tc787tc787 介紹介紹 .9 92.22.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì).9 9第三章第三章 晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì) .11113.13.1 晶閘管過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)晶閘管過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì).11113.23.2 晶閘管過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)晶閘管過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì).1313設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)設(shè)

7、計(jì)總結(jié)與體會(huì).1414參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1515附錄附錄.1616第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以由晶閘管直流電動(dòng)機(jī)(vm)組成的直流調(diào)速系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的一種電力傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。它在理論上實(shí)踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)1，6。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)） 、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的

8、關(guān)系和用式（21）表示ekirun （21）式中 n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；u電樞供電電壓； i電樞電流； r電樞回路總電阻，單位為 ek由電機(jī)機(jī)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)。在上式中， ek是常數(shù)，電流 i 是由負(fù)載決定的，因此，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 u；（2） 減弱勵(lì)磁磁通；（3） 改變電樞回路電阻 r。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱勵(lì)磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。1.2 電流、轉(zhuǎn)

9、速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析1.2.1 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過程和原理雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程和原理: 電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)階段,電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速(電壓)低于給定值,速度調(diào)節(jié)器的輸入端存在一個(gè)偏差信號(hào),經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅值,速度調(diào)節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài),速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調(diào)節(jié)器, 此時(shí)則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號(hào),直流電壓迅速上升,電流也隨即增大直到等于最大給定值, 電動(dòng)機(jī)以最大電流恒流加速啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的最大電流(堵轉(zhuǎn)電流)可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后, 速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號(hào)減小到近于零,速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退

10、出飽和狀態(tài),閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用。對(duì)負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng),速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號(hào)將隨時(shí)通過速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓,使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化,從而校正和補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時(shí)間常數(shù), 還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動(dòng)引起的電動(dòng)機(jī)電樞電流的變化進(jìn)行快速調(diào)節(jié),可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時(shí),迅速使電流恢復(fù)到原來值,從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行1，5， ，6，8。1.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性一、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(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

11、饋。兩者之間實(shí)行嵌套連接，如圖 24 所示。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、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖 24 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)其中：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) ta-電流互感器 upe-電力電子變換器 *un-轉(zhuǎn)速給定電壓 un-轉(zhuǎn)速反饋電壓 *ui-電流給定電壓 ui-電流反饋電壓二、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析圖 25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖分析靜特性的關(guān)鍵是掌握 pi 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種

12、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(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的 調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，pi 的作用使輸入偏差電壓 u 在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。 實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況1，5， ，6，8。1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此，*un= un=n=0n *ui= ui=di由第一個(gè)關(guān)系式可得：n=*nu=0n從而得到圖 2-5

13、所示靜特性曲線的 ca 段。與此同時(shí)，由于 asr 不飽和，*ui*imu可知didmi，這就是說，ca 段特性從理想空載狀態(tài)的 id=0 一直延續(xù)到di=dmi。而dmi，一般都是大于額定電流dni的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時(shí)，asr 輸出達(dá)到限幅值*imu，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)：di=*imu=dmi其中，最大電流dmi取決于電動(dòng)機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的 ab 段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于0nn的情況，因?yàn)槿绻?/p>

14、0nn,則*nnuu ,asr 將退出飽和狀態(tài). 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于dmi時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,這時(shí),轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要的調(diào)節(jié)作用,但負(fù)載電流達(dá)到dmi時(shí),對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出*imu,這時(shí),電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用,系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差,得到過電流的自動(dòng)保護(hù).這就是采用了兩個(gè) pi 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，因此，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差。三、各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算由雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有以下關(guān)系：*un=un=n=

15、0n*iu=iu=di=dlicu=sdku0=sdekrinc=sdlnekriuc上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓*un決定，asr 的輸出量*iu是由負(fù)載電流dli決定的，而控制電壓cu的大小則同時(shí)取決 于 n 和di，或者說，同時(shí)取決于 *un和dli。pi 調(diào)節(jié)器輸出量在動(dòng)態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要 pi 調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給

16、定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：= *nmu/maxn;電流反饋系數(shù)：= *imu/dmi;兩個(gè)給定電壓的最大值*nmu、*imu由設(shè)計(jì)者給定，受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制。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)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立涉及到可控硅觸發(fā)器和整流器的相關(guān)內(nèi)容，這里僅作簡(jiǎn)單介紹，具體的內(nèi)容將在第三章內(nèi)加以說明。全控式整流在穩(wěn)態(tài)下，觸發(fā)器控制電壓 uct 與整流輸出電壓 ua0 的關(guān)系為：)cos(cos220ctakuauauu其中：a-整流器系數(shù)；2u -整流器輸入交流電壓； -整流器觸發(fā)角；ctu -觸發(fā)器移項(xiàng)控制電壓；k-觸發(fā)器移項(xiàng)控制斜率；整流

17、與觸發(fā)關(guān)系為余弦，工程中近似用線性環(huán)節(jié)代替觸發(fā)與放大環(huán)節(jié)，放大系數(shù)為：k=ctauu/0。繪制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖 27 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖1.4 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法pi 調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如下圖所式1，2，3：由圖可得：dtuukdtucrurruininpiininex111001pik：pi 調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)：pi 調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù)pi 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：skwpi11.5 電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式全控整流電路基本數(shù)據(jù)如下：1)晶閘管裝置放大系數(shù)：sk=402)電樞回路總電阻：r=0.53)時(shí)間常數(shù)：電

18、磁時(shí)間常數(shù)lt=0.03s機(jī)電時(shí)間常數(shù)mt=0.18s4)調(diào)節(jié)器輸入電阻0r=20k設(shè)計(jì)指標(biāo)：靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i%5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%15%。計(jì)算反饋關(guān)鍵參數(shù)：0.07 v.min/r,=0.05 v/a一.電流環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)a)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)sts0017. 0；（見附錄表一）電流濾波時(shí)間常數(shù)oit=0.002 s（三相橋式電路每個(gè)波頭是時(shí)間是 3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）oit=3.33ms，因此取oit=2ms=0.002s）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和按小時(shí)間常數(shù)近似處理stttoisi0037. 0。(st和oit一

19、般都比lt小得多,可以當(dāng)作小慣性群近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié))（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：i%5%，且1086. 20042. 0012. 0iltt，可按典型型設(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,所以把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成 pi 型的.檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能:1024. 30037. 0012. 0ssttil由附錄表二,各項(xiàng)指標(biāo)可接受.（3）選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)acr 超前時(shí)間常數(shù)ilt=0.012s；電流環(huán)開環(huán)時(shí)間增益11 .1350037. 05 . 05 . 0sstkii，acr 的比例系數(shù)37. 0026. 03018. 0012. 01 .135siiikrkk。

20、（4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率11 .135skici，a)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：scit31，現(xiàn)為1 .1351 .1960017. 03131sts，滿足近似條件；b)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件：,13lmcitt現(xiàn)為cilmstt10012. 012. 0106.79313，滿足近似條件；c)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：oiscitt131，現(xiàn)為oistt131=cis169.1610025. 00017. 0131，滿足近似條件。電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：%5%3 . 4%，也滿足設(shè)計(jì)要求。二. 速度環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)ik1：ik1=sti0074

21、. 00037. 022轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：ston014. 0轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理：stttonin0214. 0014. 00074. 02。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié),為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié),因此需要由設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型型系統(tǒng)選用設(shè)計(jì) pi 調(diào)節(jié)器。典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)見附錄表三。（3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)shtnn107. 00214. 05 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：2222203.2620214. 0521521sthhknn asr 的比例系數(shù)：48. 60

22、214. 018. 0015. 05212. 02 . 0026. 0621nmenrthtchk（4）近似校驗(yàn) 轉(zhuǎn)速截止頻率為：11103.28107. 003.262sskknnncn電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：cnist105.540037. 05151，滿足條件；轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：cnonisstt1175.32014. 00037. 021312131（5）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) h=5 時(shí)，%6 .37n,不能滿足要求.按 asr 退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量:%,2 .81%maxbccmin5 .2742 . 018. 0305rcrinedn，滿足設(shè)計(jì)要求。第二章 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)2

23、.1 tc787 介紹一、管腳介紹用獨(dú)有的先進(jìn) ic 工藝技術(shù)，并參照最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路，它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和交流裝置，他們是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行的 tca785 及 kj(或 kc)系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與 tca785 及 kj(或 kc)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、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(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成 3 只 tca785 與 1 只 kj041、1 只 kj042 或 5 只

24、 kj(3 只 kj004，1 只kj041，1 個(gè) kj042)(或 kc)系列器件組合才能具有的三相移相功能，因此，tc787 可廣泛應(yīng)用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機(jī)電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，為提高整機(jī)壽命，縮小體積，降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑。其管腳圖如圖 2 所示。圖 2 tc787 管腳圖2.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) (1) tc787 適用于主功率器件是晶閘管的三相全控橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為晶閘管的移相觸發(fā)電路。而 tc788 適用于以功率晶體管(gtr)或絕緣柵雙極晶體管(igbt)為功率單元的三相全橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為脈寬調(diào)制波產(chǎn)生

25、電路，且任一種芯片均可同時(shí)產(chǎn)生六路相序互差的輸出脈沖。60o(2) tc787/tc788 在單、雙電源下均可工作，使其適用電源的范圍較廣泛，它們輸出三相觸發(fā)脈沖的觸發(fā)控制角可在 0180范圍內(nèi)連續(xù)同步改變。它們對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別非?？煽浚顾鼈兛煞奖愕赜米鬟^零開關(guān)，同時(shí)器件內(nèi)部設(shè)計(jì)有移相控制電壓與同步鋸齒波電壓交點(diǎn)(交相)的鎖定電路，抗干擾能力極強(qiáng)。電路自身具有輸出禁止端，使用戶可在過電流、過電壓時(shí)進(jìn)行保護(hù)，保證系統(tǒng)安全。 (3) tc787/tc788 可方便地通過改變引腳 6 的電平高低，來設(shè)置其輸出為雙脈沖列還是單。二、具體設(shè)計(jì)電路圖圖 3 由 tc787 構(gòu)成的三相六脈沖觸發(fā)電路第三章 晶

26、閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)3.1 晶閘管過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)正常工作時(shí)，晶閘管承受的最大峰值電壓為，超過此峰值電壓的就算過電壓。在整流裝置mu中，任何偶然出現(xiàn)的過電壓均不應(yīng)超過元件的不重復(fù)峰值電壓，而任何周期性出現(xiàn)的過電壓dsmu則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓。這兩種過電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。抑制暫態(tài)過電壓rsmu的方法一般有三種：用電阻消耗過電壓的能量；用非線性元件限制過電壓的幅值；用儲(chǔ)能元件吸收過電壓的能量。若以過電壓保護(hù)裝設(shè)的部位來分，有交流保護(hù)，直流保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元器件保護(hù) 3 種。一、交流側(cè)過電壓保護(hù)交流側(cè)過電壓一般都是外因過電壓，在抑制外因過電壓的措施中，采用 rc 過電壓抑制電路是最為

27、常見的。通常是在變壓器次級(jí)(元件側(cè))并聯(lián) rc 電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能而儲(chǔ)存起來。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制 lc 回路可能產(chǎn)生的振蕩。當(dāng)整流器容量較大時(shí)，rc 電路也可以接在變壓器的電源側(cè)。圖 4 阻容過電壓保護(hù)電路rc 參數(shù)計(jì)算變壓器每相平均計(jì)算容量為33tm1s20 106.67 10 (va)3(1) 電容器的計(jì)算由得： 取=20。tma022sc6i %( f)u3a26.67 10c6 819.85( f)127 acf電容器的耐壓值為ac根據(jù)得： ac2u1.5 2u (v)acu1.52220446.7(

28、v)取 500。故選擇參數(shù)為 20，500的電容。vfv(2) 電阻值計(jì)算由得： 22katm0uu %r2.3( )si %2a31275r2.32.93( )10 108考慮到所取電容已大于計(jì)算值，故電阻可適當(dāng)取小些。取=2。acarar正常工作時(shí)，rc 支路始終有交流電流過，過電壓總是短暫的，所以可按長(zhǎng)期發(fā)熱來確定電阻的功率。rc 支路電流可由式(2.13)確定，即ci由得： a6caci2 fc u10 (a)6ci250 203 127 101.38(a)電阻的功率為ar由得： a2rcp(3 4)i r(w)a2rp(3 4) 1.382(1115)(w)故選用 2，50的電阻。w

29、式中 變壓器每相平均計(jì)算容量。tms(va) 變壓器二次相電壓有效值。2u(v) 勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)0i %當(dāng)幾百伏安時(shí)=10，當(dāng)1000 伏安時(shí)=35。tms0i %tms0i % 變壓器的短路比，當(dāng)變壓器容量為 101000時(shí)，=510。ku %kvaku % ，當(dāng)正常工作時(shí)電流電壓的有效值。ciacuar(a,v)三、晶閘管換相過電壓的保護(hù)由于晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒有較大的，所以晶閘管的緩沖電路就簡(jiǎn)化為了晶閘管的換相過電壓保護(hù)，即采用 rc 吸收電路即可。du dt其電路圖如圖 5 所示。圖 5 晶閘管換相過電壓保護(hù)電路圖電容 c 的選擇為33

30、tavc(2 4)i10(2 4) 50 10(0.1 0.2)( f)取 c=0.2，電阻一般取 40。f3.2 晶閘管過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)變流裝置發(fā)生過電流的原因歸納起來有如下幾個(gè)方面：(1) 外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。(2) 內(nèi)部短路：如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路。(3) 可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過大。(4) 生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生過載或堵轉(zhuǎn)等。晶閘管元件承受過電流的能力也很低，若過電流數(shù)值較大而切斷電路的時(shí)間又稍長(zhǎng)，則晶閘管元件因熱容量小就會(huì)產(chǎn)生熱擊穿而損壞。晶閘管變流裝置可能采用的過流保護(hù)措施有：交流斷路器；進(jìn)線電抗器；靈敏過電流繼電器；斷路器；電流反饋控制電路；直流快速開關(guān)；快速熔斷器。本設(shè)計(jì)采用的晶閘管過電流保護(hù)措施是快速熔斷器保護(hù)方法，其參數(shù)的選擇為：因工作時(shí)電壓為 380，取。vrnu500v流過快速熔斷器的電流的有效值為rird11ii5531.75(a)33快速熔斷器的額定電流為rnia rik k i1.5 1.2 31.7557.15(a)選取。rni80a設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)剛拿道題目時(shí)，覺得還比較簡(jiǎn)單，想想無非是課本上的知識(shí)，算一算就好了，可真正開始進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)便遇見了困難。課本上的知識(shí)都是在理