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： 學(xué) 號(hào)： 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 專業(yè)課程： 自動(dòng)控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 2014 年 12 月 26 日課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績序號(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)值。30

2、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)用語準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準(zhǔn)確、符合國家標(biāo)準(zhǔn)；。20分合 計(jì)評(píng)語：等 級(jí)： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評(píng)閱人： 職稱： 日 期： 年 月 日目 錄摘要1緒論21 設(shè)計(jì)的目的和要求31.1 設(shè)計(jì)的題目及給定的相關(guān)資料31.2 課程設(shè)計(jì)的目的31.3 設(shè)計(jì)的要求42 方案的選擇42.1 調(diào)速方案的選擇42.1.1 系統(tǒng)控制對(duì)

3、象的確定42.1.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇52.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇52.2.2 系統(tǒng)的工作原理63 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算73.1 整流變壓器計(jì)算73.1.1 二次電壓計(jì)算73.1.2 變壓器一次、二次側(cè)電流計(jì)算73.1.3 變壓器容量計(jì)算83.2 整流器件計(jì)算83.2.1 晶閘管的選擇83.2.2 晶閘管的額定電流83.2.3 過電壓保護(hù)93.2.4 過電流保護(hù)103.3 平波電抗器的計(jì)算103.4 觸發(fā)電路的選擇124 雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)134.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)134.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)145 系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真165.1

4、 開環(huán)系統(tǒng)的建模165.1.1 開環(huán)系統(tǒng)的SIMULINK仿真電路設(shè)計(jì)165.1.1 開環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出波形175.2 單閉環(huán)系統(tǒng)的建模175.2.1 單閉環(huán)系統(tǒng)的SIMULINK仿真電路設(shè)計(jì)175.2.1 單閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出波形185.3 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模185.3.1 雙閉環(huán)SIMULINK仿真電路185.3.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出波形19總 結(jié)20參考文獻(xiàn)21附錄A 熔斷器接法原理圖22附錄B 觸發(fā)電路原理圖23附錄C 交流側(cè)阻容吸收保護(hù)電路24十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要本文實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以準(zhǔn)確直觀的觀察轉(zhuǎn)速-電流雙閉

5、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程，可方便的設(shè)計(jì)各種不同的調(diào)節(jié)器參數(shù)及控制策略并分析其多系統(tǒng)性能的影響，取得了很好的效果。但怎樣處理好轉(zhuǎn)速控制和電流控制之間的關(guān)系呢？經(jīng)過反復(fù)研究和實(shí)踐，終于發(fā)現(xiàn)，如果在系統(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，兩者之間實(shí)行串聯(lián)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓，那么這兩種調(diào)節(jié)作用就能互相配合，相輔相成了。本文利用MATLAB軟件中的simulink組件對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，應(yīng)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)仿真具有方便，高效及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；晶閘管；直流電動(dòng)機(jī)；MATLA

6、B 緒論許多生產(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(dòng)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(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)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(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)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。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降

7、小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流限制的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，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。這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最

8、快的啟動(dòng)過程。 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動(dòng)裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對(duì)其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產(chǎn)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)調(diào)速，因此我們就要對(duì)這樣的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。本次設(shè)計(jì)的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。主電路由晶閘管構(gòu)成，控制回路主要由檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，檢測(cè)電路又包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)和電流檢測(cè)等部分。1 設(shè)計(jì)的目的和要求1.1 設(shè)計(jì)的題目及給定的相關(guān)資料在冶金工業(yè)中，軋制過程是金屬壓力加工的一個(gè)主要工藝過程，連軋是一種可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的先進(jìn)方法，連軋機(jī)則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主

9、要特點(diǎn)是被扎金屬同時(shí)處于若干機(jī)架之中，并沿著同一方向進(jìn)行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個(gè)機(jī)架的上下軋輥共用一臺(tái)電機(jī)實(shí)行集中拖動(dòng)，不同機(jī)架采用不同電機(jī)實(shí)行部分傳動(dòng)，各機(jī)架軋輥之間的速度實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。本課題的十機(jī)架連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架對(duì)應(yīng)一套直流調(diào)速系統(tǒng)，由此形成10個(gè)部分，各部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下表。本課題的十機(jī)架連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架對(duì)應(yīng)一套直流調(diào)速系統(tǒng)，由此形成10個(gè)部分，各部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下表。表1 十機(jī)架連軋機(jī)各部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)序號(hào)電動(dòng)機(jī)型號(hào)(KW)(V)(A)(r/min)()()P極對(duì)數(shù)1Z2-926723029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z

10、2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-514.223018.2514501.23.4311.2 課程設(shè)計(jì)的目的1、通過課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)充在直流調(diào)速及相關(guān)課程方面的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問題的能力。2、通

11、過課程設(shè)計(jì)，獨(dú)立完成一項(xiàng)直流調(diào)速系統(tǒng)課題的基本設(shè)計(jì)工作，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)際查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料能力的目的。3、通過課程設(shè)計(jì)，使熟悉設(shè)計(jì)過程，了解設(shè)計(jì)步驟，掌握設(shè)計(jì)內(nèi)容，達(dá)到培養(yǎng)我們工程繪圖和編寫設(shè)計(jì)說明的目的，為我們今后從事相關(guān)方面的實(shí)際工作打下良好基礎(chǔ)。1.3 設(shè)計(jì)的要求電樞回路總電阻??；總飛輪力矩。其它參數(shù)可參考教材中“雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)舉例”的有關(guān)數(shù)據(jù)。要求：調(diào)速范圍D=10,靜差率；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)。要求系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護(hù)。要求觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。要求對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置給定積分器。2 方案的選擇2.1 調(diào)速方案的選擇本

12、次課程設(shè)計(jì)采用Z2-92型直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，而直流速系統(tǒng)又分為開環(huán)調(diào)速、單閉環(huán)調(diào)速和雙閉環(huán)調(diào)速等調(diào)速方式。其中開環(huán)調(diào)速的靜差率不高，且只能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無極調(diào)速；而在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)時(shí)專門用來控制電流的，它不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形，但雙閉環(huán)控制可解決以上的所有問了題，而且其轉(zhuǎn)速變化率和穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度在高速時(shí)一般為0.0010.0001之間，其調(diào)速范圍可達(dá)到1000:1到10000:1。故本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2.1.1 系統(tǒng)控制對(duì)象的確定本次課設(shè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速對(duì)象為Z2-92直流電機(jī)，額定功率Pn=67Kw，額

13、定電壓Un=230V，額定電流In=291A，額定轉(zhuǎn)速n=1450r/min。電樞回路等效電阻取R=2Ra；總飛輪力矩GD2=2.5 GDa2。勵(lì)磁兩端電壓為220V，勵(lì)磁電阻取181.5，在恒定磁場勵(lì)磁電感取0，空載試驗(yàn)時(shí)摩擦系數(shù)(Bm)設(shè)置為0。2.1.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，而電網(wǎng)電壓為交流電，為了驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，需要將電的交流電整流為直流電。在我們已經(jīng)學(xué)習(xí)的電力電子技術(shù)中整流電路主要有晶閘管相控整流電路，二極管整流電路和PWM整流三種。晶閘管整流電路的輸入電流滯后于電壓，其滯后角隨著延遲觸發(fā)角的增大而增大，位移因數(shù)也隨之降低，同時(shí)，輸入電流中諧波分量也很大，因此功率因

14、數(shù)很低。二極管整流電路雖然位移因數(shù)接近1，但輸入電流諧波分量很大，功率因數(shù)也很低。電壓型PWM整流電路雖然功率因數(shù)較大，但其是升壓型整流電路，其輸出直流電壓可以從交流電源電壓峰值附近向高調(diào)節(jié)，如果向低調(diào)節(jié)就會(huì)使電路性能惡化，以致不能工作。因此，綜上所述，我們選擇晶閘管相控整流電路。晶閘管相控整流電路有單相和三相，半控和全控之分，單相半波電路雖然簡單，但由于電動(dòng)機(jī)和電流總是斷續(xù)的，傳動(dòng)工作性能很差，只適合小功率電動(dòng)機(jī)，如果要求回饋制動(dòng)，必須采用全控方案。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；共陽極組在負(fù)半

15、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，易濾波，故選擇三相全控橋式整流電路可用來給直流電機(jī)供電。2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇上一般有單閉環(huán)調(diào)速和雙閉環(huán)調(diào)速，雖然采用PI調(diào)節(jié)器的單個(gè)轉(zhuǎn)速比換直流調(diào)速系統(tǒng)（單閉環(huán)系統(tǒng)）可以保證在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但是在工業(yè)上，為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用晶閘管元件及電動(dòng)機(jī)的過載能力，要求實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求。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

16、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。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1 所示ASRACRMTG*nUnUD*iUnUiUiUDctUGTVTAnIndIL+-+-圖1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.2.2 系統(tǒng)的工作原理在雙閉環(huán)調(diào)速系

17、統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差，其輸出限幅值決定允許的最大電流。電力電子變換器把交流供電電壓整流為供電動(dòng)機(jī)使用的直流電壓，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓。限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)把主要被調(diào)量轉(zhuǎn)速和輔助被調(diào)量電流分開加以控制，并以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓 作為電流調(diào)節(jié)器ACR的電流給定信號(hào)，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc作為可控硅觸發(fā)裝置的移向控制電壓。這樣就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。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，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只

18、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)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)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)。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 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1 整流變壓器計(jì)算3.1.1 二次電壓計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定電壓為230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降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，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。 U

19、2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即：式中為電動(dòng)機(jī)的額定電壓，b為電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)，一般取0.900.95；為整流電壓計(jì)算系數(shù)，(11.2)考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用此公式。取=230V, =2.34，b=0.94得=121.29V3.1.2 變壓器一次、二次側(cè)電流計(jì)算 由表查得=0.816, =0.816考慮變壓器勵(lì)磁電流得：二次相電流I2的計(jì)算 式中，為二次相電流計(jì)算系數(shù)，為整流器額定直流電流等于電動(dòng)機(jī)的最大額定電流 得=0.816*291=273.456A一次

20、相電流I1的計(jì)算式中，電壓比K=U1/U2=380/121.29=3.13, =291A得=0.816*291/3.13=75.8A3.1.3 變壓器容量計(jì)算 ； ； 式中-一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；由表查得=3×380×75.8=86.412KVA=3×121.29×273.456=99.5 KVA =1/2（86.412+99.5）=92.96KVA 取S=92.96KVA3.2 整流器件計(jì)算3.2.1 晶閘管的選擇晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（23）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（23）整流電路形式為三相全控橋

21、，查表得=2.45，則=2.6*2.45*121.29=772.62v3.2.2 晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實(shí)際流過管子電流最大有效值 ，即 =1.57> 或 >=K 考慮（1.52）倍的裕量式中K=/（1.57）-電流計(jì)算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。由表查得 K=0.368，考慮(1.52)倍的裕量 取=315.27A。經(jīng)查表可知：晶閘管的型號(hào)為KP(4CT)320。3.2.3

22、過電壓保護(hù)以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。 交流側(cè)過電壓保護(hù)1）阻容保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)。本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=92.96KVA, =121.29V取值：當(dāng) S=50100KVA時(shí)，對(duì)應(yīng)的=41，所以取3。 C6S/U22=6×3×92.96×103/121.292=113.79µF耐壓1.5Um =1.5×121.29×=257.25V選取150µF,耐壓300V的鋁電解電容器。 選取: S=92.96KVA, S=50100KVA，=1

23、5，所以 =3R2.3 U22/S =2.3×121.292/92.96×103=0.36取 R=0.4IC=2fCUC×10-6=2×50×150×121.29×10-6=5.715 APR(3-4)IC2R=(34) ×5.7152×2=（195262）W選取電阻為0.4，200W的金屬膜電阻。2）壓敏電阻的計(jì)算=1.3××121.29=222.96V流通量取5KA。選MY31-330/5型壓敏電阻（允許偏差+10）作交流側(cè)浪涌過電壓保護(hù)。 直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)

24、保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。(1.82)=(1.82.2) ×230=414460V 選MY31-440/5型壓敏電阻(允許偏差+10)作直流側(cè)過壓保護(hù)。 閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 查下表：表2阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定晶閘管額定電流/A1020501002005001000電容/F0.10.150.20.250.512電阻/1008040201052抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電

25、壓峰值的1.11.15倍。由上表得C=0.5µF，R=10，電容耐壓1.5=1.5××120=441V選C為0.2µF的CZJD-2型金屬化紙介質(zhì)電容器, 耐壓為450V。=W=0.43W選R為40普通金屬膜電阻器，RJ-0.5。3.2.4 過電流保護(hù)本系統(tǒng)采用電流截止反饋環(huán)節(jié)作限流保護(hù)外，還沒有與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過載與短路保護(hù)，用過電流繼電器切斷故障電流。 快速熔斷器的選擇 接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管電流有效值IT=Id/1.732=18.25A/1.732=10.54A,故選用RLS-50的熔斷器，熔體電流為50A。 過電流繼電器的

26、選擇 根據(jù)負(fù)載電流為18.25A，可選用吸引線圈電流為100A的JL14-11ZS型手動(dòng)復(fù)位直流過電流繼電器，整流電流可取1.25A。3.3 平波電抗器的計(jì)算為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。 算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計(jì)算，單位mH。式中為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；為最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的510計(jì)算。根據(jù)本電路形式查得=0.695所以=0.05=0.05×291A=14.55A=0.695*121.29/14.55

27、mH=5.79mH 限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量（單位為m）可用下式計(jì)算式中系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路（510）。根據(jù)本電路形式查得=1.045, 所以=1.045*121.29/10%*291=99.13mH 電動(dòng)機(jī)電感量和變壓器漏電感量電動(dòng)機(jī)電感量（單位為mH）

28、可按下式計(jì)算式中 、n直流電動(dòng)機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；p電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；計(jì)算系數(shù)。一般無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取812，快速無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取68，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取56。本設(shè)計(jì)中取=8、=230V、=291A、n=1450r/min、p=1= mH =2.15h= mH =3.036mH變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計(jì)算式中計(jì)算系數(shù)，查表可得變壓器的短路比，取3。本設(shè)計(jì)中取=3.2、=3所以 =3.2×3×121.29/（100×291）=0.91mH 實(shí)際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電感量：mH 電樞回路總電感:=17.410.42×

29、;0.0032 mH =27.8mH3.4 觸發(fā)電路的選擇選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，其電路如電氣原理總圖所示。 從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計(jì)算出 ，V=11.22V。因?yàn)?5.75V，3V，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為，取3:1。設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù)。觸發(fā)電路需要三個(gè)互差120°，且與主電路三個(gè)電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設(shè)計(jì)一個(gè)三相同步變壓器。這里用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY型。同步電壓

30、一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。4 雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)4.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn) 確定時(shí)間常數(shù)，已知s，s，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)=0.0017+0.002=0.0037S 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，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器電流調(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) 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算，電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)=0.0133s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以=電樞回路總電阻R=2=1.9所以ACR的比例系數(shù) = 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率=135

31、.1。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。計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容，取運(yùn)算放大器的=40k，有=1.70740=68.28，取70，取0.2，取0.2故=，其結(jié)構(gòu)圖2如下所示： 圖2電流調(diào)節(jié)器4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn) 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) 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 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)間常數(shù) 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

32、環(huán)增益為：ASR的比例系數(shù)為： 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。 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取=40，則，取1100。，取0.08。，取1。故其結(jié)構(gòu)3圖如下： 圖3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4，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=5時(shí)，查得=81.2%，=，滿足設(shè)計(jì)要求。5 系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真5.1 開環(huán)系統(tǒng)的建模5.1.1 開環(huán)系統(tǒng)的SIMULINK仿真電路設(shè)計(jì) 開環(huán)系統(tǒng)的SIMULINK仿真電路如圖4所示圖4開環(huán)物理模型5.1.1 開環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出波形當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖5開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果。圖5開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果5.2 單閉環(huán)系統(tǒng)的建模5.2.1 單閉環(huán)系統(tǒng)的SIMULINK仿真電路設(shè)計(jì) 開環(huán)系統(tǒng)的SIMULINK仿真電路如圖6所示圖6單閉環(huán)物理模型5.2.1 單閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出波形當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖7單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果。圖7單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果5.3 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模5.3.1 雙閉環(huán)SIMULINK仿真電路雙閉環(huán)SIMULINK仿真電路如圖8所示圖8雙閉環(huán)物理模型