電力拖動的課程設(shè)計(jì) 改

1、東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)成果說明書題 目：雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號：學(xué) 院： 東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院 班 級： C12電氣班 指導(dǎo)教師：王建行浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院2015年 6 月 11 日浙江海洋學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評定表20142015學(xué)年第2學(xué)期 學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院班級 C12電氣班專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)生姓名(學(xué) 號) 課程設(shè)計(jì)名稱電力拖動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題 目雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯評語及成績答辯小組教師簽名： 年 月 日東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20142015學(xué)年 第2學(xué)期學(xué)院 東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院 班級 C12電氣

2、專業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名(學(xué)號)課程名稱電力拖動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成期限自 2015年6月11日至 2014年6月25日 共2周設(shè)計(jì)依據(jù)1. 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬地轉(zhuǎn)速調(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)靜特性良好，無靜差（靜差率S2%）；3. 動態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n<8%，電流超調(diào)量i<5%，動態(tài)最大轉(zhuǎn)速降n810%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts1s；4. 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)；5. 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動措施

3、。6. 電力電子變流電路采用晶閘管構(gòu)成的三相可控整流電路。第十三組：晶閘管整流裝置：Rrec=0.2，Ks=70。負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN=44kW，UN=480V，IN=90A，nN=1600r/min，Ra=，。系統(tǒng)總電阻R=，Tm=0.47S。設(shè)計(jì)要求及主要內(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)形式和閉環(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其參數(shù)計(jì)算（包括整流變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等）。3. 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計(jì)（模擬觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、數(shù)字觸發(fā)電路均可）。4. 動態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正

4、，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)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。5. 繪制VM雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖（要求用計(jì)算機(jī)繪圖）。（建立傳遞函數(shù)方框圖），并研究參數(shù)變化時(shí)對直流電機(jī)動態(tài)性能的影響。6. 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。參考資料1. 陳伯時(shí)主編。電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)（第3版）北京：機(jī)械出版社，2003. 72. 機(jī)械工程手冊、電機(jī)工程手冊編輯委員會，電機(jī)工程手冊第九卷自動控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，19823. 朱仁初、萬伯任，電力拖動系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，1994指導(dǎo)教師簽字日期摘要51 雙閉環(huán)

5、直流調(diào)速系統(tǒng)61.1 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成61.2 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成61.3 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714 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型82 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器92.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形92 .2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用10電流調(diào)節(jié)器的作用103雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計(jì)算11變流變壓器二次相電壓有效值的計(jì)算113.2  變流變壓器容量的計(jì)算：12取為40KVA。型號為SG-40133.3  晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算133.4 晶閘管額定電流（AV）133.5 直流側(cè)電抗器的設(shè)計(jì)13限制輸出電流脈動的電感量的計(jì)

6、算133.7 變流器在最小輸出電流時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量按下式計(jì)算143.8 整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感按下式計(jì)算143.9 電動機(jī)電樞電感量按下式計(jì)算153.10 直流側(cè)電抗器電感量L計(jì)算如下15為和中較大者的值，所以：154保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算154.1 過電壓保護(hù)：154.2 過電流保護(hù)185 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)18計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)18選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)18計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)19效驗(yàn)近似條件19計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻及電容196 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)20確定時(shí)間常數(shù)20計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)20檢驗(yàn)近似條件21校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量217 MATLAB Simulink仿真22轉(zhuǎn)速仿真圖與

7、分析23電樞電流仿真圖與分析248設(shè)計(jì)總結(jié)259參考文獻(xiàn)26摘要 許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。本設(shè)計(jì)

8、根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)形式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，對電路各元件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器、整流元件、平波電抗器、保護(hù)電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。關(guān)鍵詞 ：雙閉環(huán)直流調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.1 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)可以大大減少轉(zhuǎn)速降落。 圖1.1 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖1.2 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速

9、和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，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)行串級連接，如圖1.2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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR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

10、好的靜態(tài)和動態(tài)性能。 圖1.2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖1.3 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3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)太特征。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(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)太時(shí)總是為零。 Ks a 1/CeU*nUctIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE圖1.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)

11、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。14 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(diǎn)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1.4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)框圖中必須把電樞電流顯露出來。U*na Uct-IdLnUd0Un+-b -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E圖1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖實(shí)際上，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。

12、因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和在正常情況下，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，依靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，它們的輸入偏差電壓都是零，因此系統(tǒng)具有絕對硬的靜特性，即由第一個(gè)關(guān)系式可得(3-1)CA段。由于ASR不飽和，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知。這表明，CA段特性從理想空載狀態(tài)的一直延續(xù)到，而一般都是大于電動機(jī)的額定電流的。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 當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載電流上升時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出也將上升，當(dāng)上升到某一數(shù)值（）時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的

13、單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)(3-2)AB段，它是一條垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于的情況，因?yàn)槿绻?，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。 由以上分析可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到時(shí)，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器ACR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。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性要強(qiáng)得多。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。靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，見圖1.5中的虛線?？?/p>

14、之，雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號的過渡過程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和接近穩(wěn)定運(yùn)行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動態(tài)品質(zhì)。圖1.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形圖2.1為突加給定電壓U*n時(shí)，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶負(fù)載IdL 條件下起動過程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。圖2.1 起動過程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和（ I ）、飽和（ II ）、退飽和（ III ）三個(gè)階段。第I階段 電流上升的階段 （0 -t1） 突加給定電壓 U*n 后，Id 上升，當(dāng)

15、 Id 小于負(fù)載電流 IdL 時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng) Id IdL 后，電機(jī)開始起動，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，ASR輸入偏差電壓仍較大， ASR很快進(jìn)入飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。直到Id = Idm ， Ui = U*im 。特點(diǎn)：ASR由不飽和進(jìn)入飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速增加較慢、電流快速上升到Idm。第 II 階段 恒流升速階段 （t1 -t2）ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)為在恒值電流U*im 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，直到n =n* 。電機(jī)的反電動勢E 也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E 是一個(gè)線性漸增的

16、擾動量，為了克服它的擾動， Ud0和 Uc 也必須基本上按線性增長，才能保持 Id 恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說， Id 應(yīng)略低于 Idm。特點(diǎn)：ASR處于飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)；電流無靜差系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速線性上升；Id略小于Idm 第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)作用，ACR力圖使 Id 盡快地跟隨 U*i ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動子系統(tǒng)。當(dāng)n =n*時(shí)，ASR輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*im ，所以電機(jī)仍在加速，使n>n*。 ASR輸入偏差電壓變負(fù)，開

17、始退出飽和， U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于負(fù)載電流 IdL ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id = IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te= TL ，則dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t = t3時(shí)）。此后，電動機(jī)在負(fù)載的阻力下減速，在一小段時(shí)間內(nèi)（ t3 t4 ）， Id < IdL ，直到穩(wěn)定Id = IdL ， n =n* 。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，會有振蕩過程。特點(diǎn)：ASR不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用；ACR起跟隨作用；轉(zhuǎn)速有超調(diào)。起動過程的三個(gè)特點(diǎn)：（1）飽和非線性控制；（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制(有限制條件的最短時(shí)間控制)2 .2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓

18、變化，當(dāng)偏差電壓為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化；對電網(wǎng)電壓波動起及時(shí)抗擾作用；起動時(shí)保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當(dāng)電機(jī)過載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護(hù)作用。當(dāng)故障消失時(shí)，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計(jì)算的計(jì)算 一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要用變流變壓器。通過此變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置與電網(wǎng)隔離，減少了電網(wǎng)與晶閘管變流裝置的互相干擾，為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式

19、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)算整流變壓器次級電壓。精確計(jì)算要考慮一下因素：1）不同主電路接線方式和負(fù)載性質(zhì)。2）電網(wǎng)電壓波動。3）變壓器的漏抗。4）最大過載電流時(shí)，包括電動機(jī)電阻等的壓降。其中=90*(0.8-0.3)/4809375 ， ， ，=V（應(yīng)取360V）表1變流變壓器的計(jì)算系數(shù)整流電路單相雙半波單相半控橋單相全控橋三相半波三相半控橋三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形C11  變流變壓器容量的計(jì)算：m1=m2=3式中，為各種接線形式時(shí)變壓器次級電流有效值和負(fù)載電流平均值之比，對于本設(shè)計(jì)取0.816,且忽略變壓器一二

20、次側(cè)之間的能量損耗。）所以取為40KVA。 型號為SG-40  晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算     晶閘管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，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，即按下式選取，對于本設(shè)計(jì)，3.4 晶閘管額定電流（AV）   為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來計(jì)算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值?？砂聪率接?jì)算：晶閘管額定電流取120A。3.5 直流側(cè)電抗器的設(shè)計(jì)直流側(cè)電抗器的主要作用為限制直流電流脈動；輕載或

21、空載時(shí)維持電流連續(xù)；在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中限制環(huán)流；限制直流側(cè)短路電流上升率。的計(jì)算由相關(guān)數(shù)據(jù)得： 所以，3.7 變流器在最小輸出電流時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量按下式計(jì)算是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋取5%則3.8 整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感按下式計(jì)算變壓器次級相電壓有效值晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)對于本設(shè)計(jì)，=3.9，U則3.9 電動機(jī)電樞電感量按下式計(jì)算式中，、為電動機(jī)額定電壓和額定電流；n和p為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和磁極對為計(jì)算系數(shù)，對有補(bǔ)償電動機(jī)取56。則 所以，=3.10 直流側(cè)電抗器電感量L計(jì)算如下為和中較大者的值，所以：則根據(jù)

22、本設(shè)計(jì)所選電抗器電感量L取20mH。所以：4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 過電壓保護(hù)：交流側(cè)過電壓的保護(hù)采用RC過電壓抑制電路如圖3所示，在變壓器次級并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲起來，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)生的震蕩。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)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù): 取60 取10表2 不同聯(lián)結(jié)時(shí)的值變壓器聯(lián)接型式電容器三角形聯(lián)結(jié)值電容器星型聯(lián)結(jié)值Y/Y,初級中點(diǎn)不接地150450Y/, 初級中點(diǎn)不接地300900所有其他接法90027

23、00直流側(cè)的過電壓保護(hù)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，它對沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖3.2所示。圖4.1 壓敏電阻保護(hù)電路晶閘管換相過電壓保護(hù)晶閘管對過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時(shí)，就會誤導(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

24、供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲能發(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。 圖4.2 阻容吸收回路 所以取2                    4.2 過電流保護(hù) 變壓器一次側(cè)保護(hù) 一次側(cè)過電流保護(hù)電路由之前計(jì)算可知： 熔斷器保護(hù)取70A晶閘管保護(hù) 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

25、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。5 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)平均失控時(shí)間： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無誤差，可按典型行系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取 因此 電流反饋系數(shù)： 于是，ACR的比例系數(shù)為： 電流環(huán)截止頻率： （以上三個(gè)系數(shù)都滿足要求） 按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為： 取 27 取 1按照上訴參

26、 數(shù)，根據(jù)典型I型動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)參數(shù)的關(guān)系（具體見下表）可知4.3%=5%，滿足設(shè)計(jì)要求。參數(shù)關(guān)系KT阻尼比超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間tr峰值時(shí)間tp相對穩(wěn)定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率c6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1）3774s。2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。3）7474s 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：轉(zhuǎn)數(shù)開環(huán)增益： =(110-86則ASR的比例系數(shù)為： 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)

27、簡化條件： （ 滿足簡化條件）2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 （滿足近似條件）原理圖見下圖：圖6.3 轉(zhuǎn)速原理圖理想空載啟動時(shí)設(shè)z=0，已知數(shù)據(jù)：，=86A，=750r/min,Ce=0.089V.min/r,Tm=0.22s,=0.0174s。當(dāng)h=5時(shí)，由下表可知 =81.2% 圖6.4 動態(tài)抗干擾則=2*0.812*1.5*483.1*0.0174/750/0.22=12.4%>8%,不滿足設(shè)計(jì)要求當(dāng)h=3時(shí)也不符合要求，這時(shí)應(yīng)當(dāng)引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋調(diào)節(jié)，有效地抑制超調(diào)量，這里不再進(jìn)行計(jì)算。調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降：動態(tài)轉(zhuǎn)速降：由已知得，h=5時(shí)，=81.2%，則因?yàn)樽畲筠D(zhuǎn)

28、速降810%，滿足條件當(dāng)h=5時(shí)，查表可知則, 滿足條件。7 MATLAB Simulink仿真采用了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者要學(xué)則ASR和ACR兩個(gè)調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)，有效的方法是使用調(diào)節(jié)器的工程方法。這樣可使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。但工程設(shè)計(jì)是在一定的近似條件下得到的，如果使用MATLAB仿真軟件進(jìn)行仿真，可以根據(jù)仿真結(jié)果對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行必要的修正和調(diào)整。校正后轉(zhuǎn)速、電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關(guān)計(jì)算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：圖16 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型轉(zhuǎn)速仿真圖與分析在電流上升階段，由于電動機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器ACR起主要作用。轉(zhuǎn)速一直上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)恒流升速階段時(shí)，ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性增長直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)完成啟動。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，ASR的輸入偏差為0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時(shí)電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，極性發(fā)生了變化，則ASR推出飽和。其輸出電壓立即從限幅值下降，主電流也隨之