課程設(shè)計雙閉環(huán)不可逆直流vm調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

1、課程設(shè)計雙閉環(huán)不可逆直流vm調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真密5X,夕ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY?運(yùn)動限制系統(tǒng)?大作業(yè)雙閉環(huán)不可逆直流V-M調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真院部：電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：自動化學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)教師：教師職稱：2021年1月6日1緒論41性質(zhì)和目的41.2課程實(shí)際的主要任務(wù)4L3根本要求42.調(diào)速的方案選62.1電動機(jī)供電方案的選擇2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇2.3確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖63.主電路的計算113.1整流變壓器計算123.2晶閘管元件的選擇3.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算133.4平波電抗器計算4.調(diào)速系統(tǒng)限制單元確實(shí)定與整定164.1

2、檢測環(huán)節(jié)164.2系統(tǒng)的給定電源給定積分器174.3觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn).185.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計205.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計215.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計226系統(tǒng)的調(diào)試257 .結(jié)論268 .參考文獻(xiàn)27雙閉環(huán)不可逆直流V-M調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真摘要：電力拖動自動限制系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置,它被廣泛地應(yīng)用于一般生產(chǎn)機(jī)械需要動力的場合,也被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械等需要高性能電氣傳動的設(shè)備中,用以限制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等.直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能,宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速,在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到應(yīng)用.晶閘管問世后,生產(chǎn)出成套的晶閘管

3、整流裝置,組成晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡稱系統(tǒng),和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比,晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提升,而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性.而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)限制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng).關(guān)鍵詞：系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)一、緒論1.1、 性質(zhì)和目的：?運(yùn)動限制系統(tǒng)?課程是自動化專業(yè)的主要專業(yè)與特色課程之一,在學(xué)完本課程之后,通過課程設(shè)計使學(xué)生穩(wěn)固本課程所學(xué)的限制系統(tǒng)根本原理,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技能去分析和解決工程技術(shù)問題的水平,建立正確的設(shè)計思想,掌握工程設(shè)計的一般程序和方法.提升學(xué)生的綜合計算及撰寫科研報告的初步練習(xí)水平；理

4、論聯(lián)系實(shí)際和分析、解決問題的水平.1.2、 課程設(shè)計的主要任務(wù)1.2.1系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型1、主回路方案確定.2、限制回路選擇：給定器、調(diào)節(jié)放大器、觸發(fā)器、穩(wěn)壓電源、電流截止環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)器鎖零電路、電流、電壓檢測環(huán)節(jié)、同步變壓器接線方式須對以上環(huán)節(jié)畫出線路圖,說明其原理.1. 2.2主要電氣設(shè)備的計算和選擇1、整流變壓器計算：變壓器原副方電壓、電流、容量以及聯(lián)接組別選擇.2、晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計算及定額選擇.3、系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計：快速熔斷器計算選擇、阻容保護(hù)計算選擇計算.4、平波電抗器選擇計算.1.2、 3系統(tǒng)參數(shù)計算1、電流調(diào)節(jié)器ACR中參數(shù)的計算.2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中參

5、數(shù)的計算.3、動態(tài)性能指標(biāo)計算.1. 2.4畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖.使用A1或A2圖紙,并畫出動態(tài)框圖和波德圖在設(shè)計說明書中.1.3、 根本要求1使學(xué)生進(jìn)一步熟悉和掌握單、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理,了解工程設(shè)計的根本方法和步驟.2、熟練掌握主電路結(jié)構(gòu)選擇方法,主電路元器件的選型計算方法.3、熟練掌握過電壓、過電流保護(hù)方式的配置及其整定計算.4、掌握觸發(fā)電路的選型、設(shè)計方法.5、掌握同步電壓相位的選擇方法.6、掌握速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的典型設(shè)計方法.7、掌握電氣系統(tǒng)線路圖繪制方法.8、掌握撰寫課程設(shè)計報告的方法.二、直流拖動限制系統(tǒng)總體設(shè)計2. 1電動機(jī)供電方案的選擇采用晶閘管三相全控

6、橋變流器供電方案(1)給定電機(jī)及系統(tǒng)參數(shù)PN=4SKWtUN=230V,IN=209A,A=2,1450/加,Ra=0.3Q主回路總電阻R=0.6.系統(tǒng)飛輪慣量GO?=58.02N/系統(tǒng)最大給定電壓=10VACR.ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為±8V(2)性能指標(biāo)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：系統(tǒng)無靜差動態(tài)指標(biāo)：(t(<5%；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時10%.2. 2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能,宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速,而直流調(diào)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)反響環(huán)節(jié)時專

7、門用來限制電流的,它不能很理想的限制電流的動態(tài)波形,但雙閉環(huán)限制可解決以上的所有問了題,故本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng).2. 3確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖(1)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)反響分別起作用,可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流.二者之間實(shí)行串級聯(lián)接,如圖2-1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)器的輸出去限制電力電子變換器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2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR電流調(diào)節(jié)器TG測速發(fā)電機(jī)TA電流互感器UPE電

8、力電子變換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pi調(diào)節(jié)器,這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖2-2所示.圖22雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性,它們是根據(jù)電力電子變換器的限制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的,并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用.圖中還表示了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值,電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,如圖23所示.它可以很方便地根據(jù)原

9、理圖畫出來,只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器就可以了.分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的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,不飽和輸出未到達(dá)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,除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說,飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(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,PI的作用使輸入偏差電壓AU在穩(wěn)態(tài)時總為零.圖23雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速反響系數(shù)?電流反響系數(shù)實(shí)際上,在正常運(yùn)行時,電流調(diào)節(jié)器是不會到達(dá)飽和狀態(tài)的.因此,對于靜特性來說,只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況.L轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時

10、,兩個調(diào)節(jié)器都不飽和,穩(wěn)態(tài)時,它們的輸入偏差電壓都是零,因此U：=Uid由第一個關(guān)系式可得U；"丁=°從而得到圖15所示靜特性的CA段.與此同時,由于ASR不飽和,U；<U；,從上述第二個關(guān)系式可知Id</血o這就是說,CA段特性從理想空載狀態(tài)的Id=O一直延續(xù)到Id=Idm,而Idm一般都是大于額定電流心的.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,ASR輸出到達(dá)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)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng).穩(wěn)態(tài)時£=/pdm其中,最大電流1dm是由設(shè)計者選定的,取決

11、于電動機(jī)的容許過載水平和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度.其所描述的靜特性對應(yīng)于圖24中的AB段,它是一條垂直的特性.這樣的下垂特性只適合于那么ASR將退出飽和狀態(tài).nO圖2-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于/dm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,這時,轉(zhuǎn)速負(fù)反響起主要調(diào)節(jié)作用.當(dāng)負(fù)載電流到達(dá)/dm后,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和,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,得到過電流的自動保護(hù).這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果.這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反響的單閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性好.(3)各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算由圖24可以看出,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中,當(dāng)

12、兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時,各變量之間有以下關(guān)系U：=U=的=的()u；=5=pid-pidLu_5./,+/人/小'K.KsKs上述關(guān)系說明,在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上,轉(zhuǎn)速11是由給定電壓U：決定的；ASR的輸出量U；是由負(fù)載電流/決定的；而限制電壓Uc的大小那么同時取決于n和Id,或者說,同時取決于U：和/乙.這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn).比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量,而PI調(diào)節(jié)器那么不然,其輸出量的穩(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,直到飽和為止所以,*轉(zhuǎn)速反響系數(shù)為2=%=線-0.048“n209電流反響系

13、數(shù)為萬=右=、0.019A/Ar2x209三、主電路的計算在直流調(diào)速系統(tǒng)中,我們采用的是晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡稱V-M系統(tǒng)的原理圖如圖21所示.它通過調(diào)節(jié)處分裝置GT的限制電壓U,來移動觸發(fā)脈沖的相位,即可改變平均整流電壓力,從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速.與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比,晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提升,而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)越性.對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說,自動限制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主,根據(jù)晶閘管的特性,可以通過調(diào)節(jié)控制角a大小來調(diào)節(jié)電壓.當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動較小時應(yīng)采用三相整流電路,其交流側(cè)由三相電源供電.三相整流電

14、路中又分三相半波和全控橋整流電路,由于三相半波整流電路在其變壓器的二次側(cè)含有直流分量,故本設(shè)計采用了三相全控橋整流電路來供電,該電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路,輸出電壓波動小,適合直流電動機(jī)的負(fù)載,并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣,能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求.圖32主電路原理圖三相全限制整流電路由晶閘管VT1、VT3、VT5接成共陰極組,晶閘管VT4、VT6、VT2接成共陽極組,在電路限制下,只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管,以及接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管,同時導(dǎo)通時,才構(gòu)成完整的整流電路.為了使元件免受在

15、突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害,在三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù).一般保護(hù)有快速熔斷器,壓敏電阻,阻容式.1 .1整流變壓器計算在一般情況下,晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外,為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置間的相互干擾,要求它們相互隔離,故通常均要配用整流變壓器.變壓器額定參數(shù)計算主要是根據(jù)給定的電網(wǎng)相電壓有效值、已確定的整流電路形式、負(fù)載條件、直流輸出電壓和功率來計算變壓器二次側(cè)相電壓、相電流和一次測電流,以及變壓器二次側(cè)容量和一次側(cè)容量.1)變壓器二次側(cè)相電壓U2、相電流12和一次側(cè)電流nU=+必/2 Acosam

16、in-CUK%/OOImdJIN)式中：4,為負(fù)載的額定電壓,取230V為整流元件的正向?qū)▔航?取IVn為電流回路所經(jīng)過的整流元件的個數(shù),橋式電路取2A為理想情況下.=°°時力./4,取2.34方為實(shí)際電壓與理想空載電壓比,取092%-為最小移相角,取10°C為線路接線方式系數(shù),取0.5為變壓器阻抗電壓比,取0.05/a",為二次側(cè)允許出現(xiàn)的最大電流與額定電流之比,取1.2所以將數(shù)據(jù)代入HOV230+2x12.34x0.92x(0.98-0.5x0.05x1.2+100)輸出電壓平均值力=234U2cosa=252.252V,取250V/,=0.816

17、x209=170.544A,取170A忽略變壓器勵磁電流,可計算變壓器一次側(cè)相電流為=/,乏=170x110380=49.21A2)變壓器二次側(cè)容量邑和一次側(cè)容量號忽略變壓器勵磁功率,那么三相橋式相控整流電路整流變壓器二次側(cè)容量和一次側(cè)容量相等S.=S2=3U2I2=3xll0xl70=56.1/G<43 .2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工作條件,計算管子電壓、電流值,正確確定晶閘管型號規(guī)格,以得到滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果.力的電壓,對于三相橋式全控整流電路,可知晶閘管最大承受正反向電壓峰值血/2,考慮一定的平安裕量,那么有UTN=(23)救z=(23)x#x110

18、=538.89808.33V,取650V按平波電抗器電感量足夠大、電流連續(xù)且平直考慮,那么流過晶閘管的電流有效值IT=(1.5-2)xL57x6一(1.52)x2091.57x5/3=115.29153.714,取130A根據(jù)上述計算,查閱相關(guān)手冊,可選擇型號為KK506的晶閘管.3.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算晶閘管原件有很多優(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,熱時間常數(shù)小,因此過電壓,過電流水平差,短時間的過電流,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)舉措.1)交流

19、側(cè)過電壓保護(hù)主電路交流側(cè)過電壓保護(hù)選擇阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù),并且均采用Y接法.阻容保護(hù)電容值可由下式計算C=17320此=17320x=4.55/FU2L110x73式中：u“為變壓器二次側(cè)線電壓：/.為變壓器空載電流百分?jǐn)?shù),一般取2%10%.取C=4.5/電容C耐壓值>1.5=1.5x724/：=1.5x>/2xll0=233.35V,5c=300V,故可以選擇4.5/F/300V金屬化紙介電容器.電阻值可由下式計算=.7倦=°7x*=3.88C,取R=4Q電阻功耗&=(1/4/o%/R=(1+4xO.O5x17Ox4=18.O6W,取匕=18W,因此R可選擇

20、4C/18W線繞電阻.壓敏電阻標(biāo)稱電壓拽g=止叵巫=nx拒xGxU.=380.3"0.80.90.850.85式中,£為電網(wǎng)電壓波動系數(shù),5儂取380V壓敏電阻通流容量的選擇原那么是壓敏電阻允許通過的最大電流應(yīng)大于泄放浪涌電壓時流過壓敏電阻的實(shí)際浪涌峰值電流.通流容量I、.>(2050)72=(2050)xl70A=(3.4-8.5)KA,取5KAo根據(jù)上述計算選擇用MY31-380/5型壓敏電阻.2晶閘管兩端過電壓保護(hù)晶閘管兩端過電壓保護(hù)采取阻容保護(hù),電阻、電容值可根據(jù)晶閘管額定電流來直接選擇經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),見下表晶閘管額定電流1000500200100502010電容p

21、F210.50.250.20.150.1電阻«251020408()100由上表知,C=0.5/F,R=10Q電容耐壓值=1.5x76x110=404.17V,取為400VJrrlN電阻功率及=/Cu/xoF=5OxO.5x(而x11O)2x1OY=L815W取為2WO電容可選用0.1尸3過電流保護(hù)過電流保護(hù)采用品閘管串聯(lián)快速熔斷器方案.快速熔斷器的額定電流通常要大于流過晶閘管的電流有效值的1.3倍,由于流過晶閘管的有效電流值.=130A,應(yīng)選熔體電流為75A的快速熔斷器.查閱手冊,選用RS3型.4直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)由于是電感性負(fù)載,故在某種情況下,會發(fā)生浪涌過電壓.如電壓過高的

22、話,有可能會造成晶閘管硬開通而損壞.為預(yù)防它,故在直流負(fù)載兩端并接壓敏電阻來保護(hù).選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓和通流容量通過查表可得出：=1.3-VTU=1.3x41x250=460V通流容量選擇0.5KAo故查表得壓敏電阻型號規(guī)格為MY31-460/0.5o3. 4平波電抗器計算1維持電流連續(xù)的臨界電感值4>0,693x1CT?_£a_=0.693x10-3-=0.0073/7,取Lt=7.3mHmin0.05x2092電動機(jī)電感量按下式計算式中,U心九、八分別為直流電動機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速的額定值,P為電動機(jī)磁極對數(shù)；為計算系數(shù),一般無補(bǔ)償電動機(jī)取812快速無補(bǔ)償電動機(jī)取68,有補(bǔ)償電動

23、機(jī)取56.本例取K.=10,得Ld=K取L/)=L9mH%=10x-=0.0019H2pnNIN2x2x1450x2093整流變壓器每相漏電感金按下式計算L式中,勺與電路形式有關(guān),單相橋式相控整流電路取3.18,三相橋式相控整流電路取3.9,計算可得4=叱'5=3.9X"""=0.001,取=1m§、100/,100x209b4平波電抗器實(shí)際電感量Ld=Ld-Ld-=73-1.9-2xl=3.4mH,取4=30,流過電抗器的電流為209A.四、調(diào)速系統(tǒng)限制單元確實(shí)定和調(diào)整4.1 檢測環(huán)節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)限制方案和主電路圖的連接形式、元件選擇確定以后

24、,就應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)控制單元的選擇和調(diào)整,它是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié).下面簡要介紹系統(tǒng)限制單元設(shè)計中的主要內(nèi)容和需注意的問題.4.1.1 檢測環(huán)節(jié)根據(jù)反響限制原理為了構(gòu)成閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),提升系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo),必須對系統(tǒng)限制對象的多種參量進(jìn)行檢測,其中最根本的是轉(zhuǎn)速、電流、電壓等反響信號.精確、快速地檢測這些信號是調(diào)速系統(tǒng)可靠工作的根本保證.系統(tǒng)對檢測環(huán)節(jié)總的要求是：1檢測環(huán)節(jié)本身精度高,誤差小,以保證系統(tǒng)的限制精度.2檢測單元和反響通道慣性小,反響快.3檢測環(huán)節(jié)本身工作要可靠.4檢測環(huán)節(jié)的輸入、輸出特性呈線性關(guān)系.一轉(zhuǎn)速檢測及其測速發(fā)電機(jī)常用的轉(zhuǎn)速檢測裝置是各種測速發(fā)電機(jī)和脈沖測速裝置.由于直流測

25、速發(fā)電機(jī)無需另設(shè)整流裝置,且無剩余電壓,故在直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速反響信號廣泛采用直流測速發(fā)電機(jī),將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓.直流測速發(fā)電機(jī)有他勵式、永磁式兩類.型號有ZCF,ZYS永磁,ZYSH永磁,YD高靈敏度幾種.他勵式測速發(fā)電機(jī)體積小,用穩(wěn)流源供應(yīng)勵磁時,速度特性比擬穩(wěn)定.永磁式測速發(fā)電機(jī)不需要專門的穩(wěn)流勵磁電源,性能穩(wěn)定,但體積稍大,價格較貴,使用時環(huán)境溫度不宜高,不能有強(qiáng)烈振動,否那么將使永久磁鐵的磁性減弱,以至消失,這一點(diǎn)須引起注意.實(shí)際運(yùn)用時,測速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流不得過大,其外接電阻不得小于規(guī)定的最小負(fù)載電阻.如ZCFUO型測速發(fā)電機(jī),一般取負(fù)載電阻R=3kH左右.為減小輸出紋波電壓影響,應(yīng)

26、選用換向片數(shù)較多的直流測速發(fā)電機(jī).如選用高靈敏度的測速發(fā)電機(jī),它的線性精度可達(dá)至!J0.01%0.05%.選用測速發(fā)電機(jī)時還須注意使測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配.由于測速發(fā)電機(jī)和電動機(jī)聯(lián)接的安裝質(zhì)量對轉(zhuǎn)反響的影響很大,故尤應(yīng)給予特殊注意.常用的安裝方式,測速發(fā)電機(jī)與電動機(jī)剛性聯(lián)接或采用特殊聯(lián)接的方法,在軸向硬聯(lián)接,橫向可以自由活動以克服偏心所造成的影響.總之,問題的關(guān)鍵是要保證兩個電機(jī)軸聯(lián)接時的同心度,當(dāng)測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)速不一致的場合要設(shè)置變速機(jī),如用變速齒輪或履帶式塑料皮帶相聯(lián).4.2 系統(tǒng)的給定電源、給定積分器給定電源GS在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)速總是緊緊地跟隨給定量而變化.給定電

27、源的質(zhì)量在保證系統(tǒng)正常工作中是十分重要的,因此高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須要有更高精度的給定穩(wěn)壓電源作保證.所以,設(shè)計系統(tǒng)限制方案、擬定限制電路時,必須十分注意對穩(wěn)壓電源的設(shè)計與選擇.由三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源,線路簡單、性能穩(wěn)定、工作可靠、調(diào)整方便,已逐漸取代分立元件,在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用越來越廣泛.系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用這種集成穩(wěn)壓源,以保證系統(tǒng)的可靠工作.為預(yù)防大幅度電網(wǎng)電壓波動給穩(wěn)壓電源工作帶來的困難,目前已普遍采用恒壓變壓器作為穩(wěn)壓電源的電源變壓器.這些在設(shè)計時都需引起注意.4. 2.1給定積分器在直流調(diào)速系統(tǒng)中,突加轉(zhuǎn)速給定信號時,電動機(jī)在最大允許電流下實(shí)現(xiàn)恒流起動,轉(zhuǎn)速以最大加速度上升,滿

28、足最短時間限制.但一般直流電動機(jī)不允許過大的電流上升率；有些生產(chǎn)設(shè)備本身不能承受過大的機(jī)械沖擊,或生產(chǎn)工藝過程要求系統(tǒng)起、制動平穩(wěn),超調(diào)量小.所以這時系統(tǒng)不能采用階躍給定方法,而采用給定積分器作為給定裝置,利用其輸出得到不同斜率的斜坡速度給定信號,滿足系統(tǒng)的要求.典型的給定積分器線路在限制系統(tǒng)中是一個通用的限制單元插件,圖4-13是一種給定積分器的典型線路.圖4-1給定積分器的典型線路為預(yù)防給定積分器輸出電壓出現(xiàn)超調(diào),可在反響回路引入Rl、C1組成的微分負(fù)反響4.3 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖,保證晶閘管在必要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通.晶閘管觸發(fā)電路往往包

29、括觸發(fā)時刻進(jìn)行限制相位限制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié).觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中,晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求：(1)觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通,三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60.或采用相隔60.的雙窄脈沖.(2)觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度,對戶外嚴(yán)寒場合,脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流35倍,脈沖前沿的陡度也需增加,一般需達(dá)12AA1S.(3)所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額,且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi).(4)應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離.理想的觸發(fā)脈沖電流波形如圖4-2o圖42理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形本設(shè)計課題是三

30、相全三相全控橋整流電路中有六個晶閘管,觸發(fā)順序依次為：VTlVT2VT3VT4VT5VT6,晶閘管必須嚴(yán)格按編號輪流導(dǎo)通,6個觸發(fā)脈沖相位依次相差60.,可以選用3個KJ004集成塊和一個KJ041集成塊,即可形成六路雙脈沖,再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大,就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖43.*2345678KJ8-e54371O“111>1234-D678KJOC465d-321AU,<,92345678KJ0C465-321011-14119圖4.3三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路五、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖51雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖系

31、統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4“所示,圖中：叱必轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；Wge(s)電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；Ks晶閘管整流與觸發(fā)裝置的靜態(tài)放大倍數(shù);Toi電流反響濾波時間常數(shù)=0.002s；Tm轉(zhuǎn)速反響濾波時間常數(shù)=0.02s;Ts晶閘管整流電路的失控時間,對于三相橋式電路r,=0.0017s；/電動機(jī)電樞回路的電磁時間常數(shù);Tm機(jī)電時間常數(shù)；R主回路總電阻;Ce電動機(jī)電勢系數(shù);電動機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù);a轉(zhuǎn)速反響系數(shù);P電流反響系數(shù);KI電流開環(huán)增益其中：轉(zhuǎn)速反響系數(shù)為.=以比=裊0.48小209電流反響系數(shù)月=°"=0.019A1n2x209-/v/?n_230-209x0,3Qii51450

32、3030Cm=c.=x0.115=1.098V/r/min乃'7t4=2=0005$'R0.6tGD2RGD2R58.02x0.6X=30,°'735375375CJ375x0.1152xTC冗K="=任=31.25取K,=31'U.85.1、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計1整流裝置的滯后時間常數(shù).對于三相橋式電路,平均失控時間為7；=0.017s.2電流環(huán)小時間常數(shù)之和4=7；+7；j=O.OO17+O.OO2=O.OO37s3選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求,選用PI調(diào)節(jié)器叼aS=包"U4計算ACR參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：r,=7；=0.005

33、5,要求q<5%時,應(yīng)取K/工,=0.5,因此電流環(huán)開環(huán)增益£=g=上-=135.1417；0.0037所以ACR的比例系數(shù)：6=鑼="6=0.688KF31x0.0195校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：%=0=135.14s".晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：1/31；=1/3x0.0017=196.1,滿足近似條件.忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：滿足近似條件.3-；!=3-；!=49.47<IVTmTtV0.735x0.005電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件:滿足條件.所以叼S=0668(0005+1)0.005s6計算調(diào)節(jié)器電阻和電容其電路實(shí)

34、現(xiàn)如以下圖.取4=40KC,各電阻和電容值計算如下:&=K內(nèi))=0.668x40x1()3.=26.72長.可取27長.T.0.005一反27x103=0.185立取0.2/47C.=4x0.00240000=2x10"/=2尸,取2廠瑪G5.2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計1電流環(huán)等效時間常數(shù)工.已取勺心=0.5,那么!=27；=2x0.0037=0.00745K,&:0.02745K("+l)2轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù).按小時間常數(shù)近似處理,那么=2+Q=0.0074+0.02=3選擇ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計要求無靜差,選用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為：卬諛=4計算ASR參數(shù)按跟隨和抗擾

35、性能較好原那么,取h=5,那么ASR超前時間常數(shù)為r=liK=5x0.0274=0.137s那么轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益:11+=159.8廣22x25x0.027420.115_力一八凡_230-209x0.314503=一gd2rGD2R375cg375*7t58.02x0.6八rt-x0.735375x0.1152xTC因此ASR的比例系數(shù)沏嚶箸=黑需"繪"25校驗(yàn)近似條件由式K=oicoc得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為:w=159.8xO.137?2L89sT.CII11/rv“電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件:=63.7吃,滿足簡化條件.,瓦=1135.1437"-3V0.0037轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件:1135.14?0.0227.33>叱,滿足近似條件.所以ASR傳遞函數(shù)為W刖=122*+10.13/56計算ASR電阻和電容值轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電氣原理圖如下圖.運(yùn)算放大器取凡=40K.,各電阻和電容值計算如下:%=Kn&=l.22x40KQ=48.8,取49K.C='=°T,=2.8x10-6F=2.8/FRn49xl0347；_4x0.02不一40x103=2x10"尸=2尸7校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量2=1.5,/?=0.6Q=209A,nv=1450r