電力拖動課程設(shè)計(jì)v

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題目:V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：

1．技術(shù)數(shù)據(jù)：

晶閘管整流裝置：Rrec=0.032?，Ks=45-48。

負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN=90KW，UN=440V，IN=220A，nN=1800r/min，Ra=0.088?，λ=1.5。系統(tǒng)主電路：R∑=0.12?，Tm=0.1s2．技術(shù)指標(biāo)

穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差（靜差率s≤2,調(diào)速范圍D≥10）

動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量：?i≤5%，起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的超調(diào)量：?n≤8%，（按退飽和方式計(jì)算）

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)理，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），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s≤2）

(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)速降Δn≤8-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)理時(shí)間）ts≤1s。

(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。2．設(shè)計(jì)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其參數(shù)計(jì)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(jì)計(jì)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)理器與ACR調(diào)理器的結(jié)構(gòu)型式及進(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。(4)繪制V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖）。(5)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。

時(shí)間安排：

課程設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)方案。約占總時(shí)間的20%（2）根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)要求，完成設(shè)計(jì)計(jì)算。約占總時(shí)間的40%（3）完成設(shè)計(jì)和文檔整理。約占總時(shí)間的40%

目錄

摘要11設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2

1.1設(shè)計(jì)任務(wù)21.2設(shè)計(jì)要求22轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和主電路設(shè)計(jì)3

2.1轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成32.2主電路設(shè)計(jì)4

2.2.1整流裝置的選擇42.2.2參與整流變壓器和平波電抗器的必要性42.2.3三相橋式全控整流主電路5

3主電路的元件參數(shù)計(jì)算6

3.1整流變壓器參數(shù)計(jì)算6

3.1.1次級電壓U2的計(jì)算63.1.2次級電流I2及變壓器容量的計(jì)算73.2晶閘管參數(shù)計(jì)算7

3.2.1晶閘管額定電壓UTN73.2.2晶閘管額定電流ITN73.3平波電抗器參數(shù)計(jì)算7

3.3.1電樞電感LM的計(jì)算83.3.2整流變壓器漏電感LB的計(jì)算83.3.3最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)保證電流連續(xù)所需的主回路

電感量L的計(jì)算83.3.4保證電流連續(xù)的臨界電感量Ldcr8

4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)及其元件參數(shù)的計(jì)算9

4.1過電壓保護(hù)9

4.1.1直流側(cè)過電壓保護(hù)94.1.2關(guān)斷緩沖電路94.1.3交流側(cè)過電壓保護(hù)94.2短路過電流保護(hù)114.3過電流保護(hù)125檢測電路、調(diào)理器與驅(qū)動控制電路設(shè)計(jì)13

5.1檢測電路設(shè)計(jì)135.2調(diào)理器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)135.3驅(qū)動控制設(shè)計(jì)146系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計(jì)16

6.1電流調(diào)理器的設(shè)計(jì)166.2轉(zhuǎn)速調(diào)理器的設(shè)計(jì)176.3驗(yàn)證動態(tài)指標(biāo)187基于simulink的系統(tǒng)仿真198終止語21

ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)理器，ACR—電流調(diào)理器，TG—測速發(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。

＊

＊

2.2主電路設(shè)計(jì)

2.2.1整流裝置的選擇

直流電動機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電。晶閘管相控整流電路有單相，三相，全控，半控等，調(diào)速系統(tǒng)一般采用三相橋式全控整流電路。本設(shè)計(jì)中直流電動機(jī)采用三相橋式全控整流電路作為直流電動機(jī)的可調(diào)直流電源。通過調(diào)理觸發(fā)延遲角а的大小來控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動機(jī)M的電源電壓。

三相橋式全控整流電路原理圖如圖2-2所示：

圖2-2三相橋式全控整流電路原理圖

三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)是：每個時(shí)刻均需2個晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，一個是共陽極組的，且不能為同一相的晶閘管。對觸發(fā)脈沖也有一定的要求，6個晶閘管的脈沖按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的順序，相位依次差60°，共陰極組的VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4，、VT6、VT2也依次差120°，同一相的上下兩個橋臂脈沖相差180°。

2.2.2參與整流變壓器和平波電抗器的必要性

3

晶閘管變流設(shè)備一般都是通過變壓器與電網(wǎng)連接的,因此其工作頻率為工頻初級電壓即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過變壓器的耦合,晶閘管主電路可以得到一個適合的輸入電壓,使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離,還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分,減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時(shí),有時(shí)會采用自耦變壓器;當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時(shí),也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接,不過要在輸入端串聯(lián)進(jìn)線電抗器以減少對電網(wǎng)的污染。此設(shè)計(jì)中在主電路前端需配置一個整流變壓器，以得到與負(fù)載匹配的電壓，同時(shí)把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾的作用。

當(dāng)晶閘管的控制角α增大，會造成負(fù)載電流斷續(xù)，當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速將抬高，機(jī)械特性變軟，負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。負(fù)載電流要維持導(dǎo)通，必需加平波電抗器來存儲較大的磁能。

2.2.3三相橋式全控整流主電路及系統(tǒng)原理圖

三相橋式全控整流主電路如圖2-3所示：

4

圖2-3三相橋式全控整流主電路

在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成交流瞬態(tài)過電壓保護(hù)及濾波，晶閘管并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成關(guān)斷緩沖，快速熔斷器直接與晶閘管串聯(lián)，對晶閘管起過流保護(hù)作用。

3主電路的元件參數(shù)計(jì)算

3.1整流變壓器參數(shù)計(jì)算

3.1.1次級電壓U2的計(jì)算

在進(jìn)行變壓器的計(jì)算之前,應(yīng)當(dāng)確定負(fù)載要求的直流電壓和電流,確定變流設(shè)備的主電路接線形式和電網(wǎng)電壓。先選擇其次級電壓有效值U2,U2數(shù)值的選擇不可過高和過低,假使U2過高會使得設(shè)備運(yùn)行中為保證輸出直流電壓符合要求而導(dǎo)致控制角過大,使功率因數(shù)變小。假使U2過低又會在運(yùn)行中出現(xiàn)當(dāng)α=αmin時(shí)依舊得不到負(fù)載要求的直流電壓的現(xiàn)象。尋常次級電壓,初級和次級電流根據(jù)設(shè)備的容量,主接線結(jié)構(gòu)和工作方式來確定。由于有些主接線形式次級電流中含有直流成分,有的又不存在,所以變壓器容量的計(jì)算要根據(jù)具體狀況來定。

影響U2值的因素有：

（1）U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值Ud。

（2）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用UT表示。（3）變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降。

（4）平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)就要產(chǎn)生一定的電壓降。（5）電樞電阻的壓降。

U2確切表達(dá)式為U?UN[1?ra(Idmax/Id?1)]?nUT2

A[?B?A=Ud0/U2，表示當(dāng)控制角α=0°時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比。B=Udα/Ud0，表示控制角為α?xí)r和α=00時(shí)整流電壓平均值之比。

UK%—變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，100~1000千伏安的變壓器取UK%=5~8。

ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動+5%~-10%，即ε=1.05~0.9C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)。

nUT—表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降。

5

CUK%Idmax?]100Id

INR?ra?對容量為15~150KW的電動機(jī)，尋常ra=0.08~0.04

UN為了保證電動機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,尋常公式中的控制角?取300。

取ε=0.9,A=2.34,B=cos??cos300=

ra?220?0.12?0.06?4403，C=0.5，UK%=52?1?0.06??1.5?1????2?1?262.21VUN[1?ra(Idmax/Id?1)]?nUT?440??U2???35CUK%Idmax2.34??0.9??0.5??1.5?A[?B??]2100100Id??因此取U2=270V

3.1.2次級電流I2及變壓器容量的計(jì)算

I2=KI2·Id,KI2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。KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故I2=0.816×220=179.52AS=1/2（S1+S2）=m1U1I1=m2U2I2=3×270×179.52=145.41KVA

3.2晶閘管參數(shù)計(jì)算

3.2.1晶閘管額定電壓UTN

尋常取晶閘管的

UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓，但是在選用時(shí)額定電

壓要留有一定的裕量，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所能承受的峰值電壓的2~3倍。

由于采用三相全控橋所以UM=2.45U2，所以晶閘管的額定電壓為：UTN=（2~3）2.45U2=（2~3）2.45×270=1323～1984.5V，取UTN=1500V。

3.2.2晶閘管額定電流ITN

按電流的有效值來計(jì)算電流額定值。IT(AV)=(1.5~2)KfbImax，Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路形式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當(dāng)α=00時(shí)，三相全控橋電路Kfb=0.368，IT(AV)=(1.5~2)KfbImax=(1.5~2)×0.368×(220×1.5)=182.16～

6

242.88A，取ITN=220A。

3.3平波電抗器參數(shù)計(jì)算

3.3.1電樞電感LM的計(jì)算

KDUN?103LM?(mH)2PnNIN式中P—電動機(jī)磁極對數(shù)，KD—計(jì)算系數(shù)，對一般無補(bǔ)償電機(jī)：KD=8~12KDUN?10310?440?103??2.78(mH)P=2，取KD=10則LM?2PnNIN2?2?1800?220

3.3.2整流變壓器漏電感LB的計(jì)算

LB?KBUK%U2?(mH)100IdU2—變壓器次級相電壓有效值,Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流,KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)KB=3.9，UK%=5則LB?KB

UK%U25270??3.9???0.24(mH)100Id1002203.3.3最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)保證電流連續(xù)所需的主回路電感量L的計(jì)算

整流電路為三相橋式全控整流電路帶電動機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)在最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量有L=0.693U2/Idmin，L中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感，Idmin一般取電動機(jī)額定電流的5%~10%。

0.693U20.693?270L???17.01(mH)Idmin220?5%

3.3.4保證電流連續(xù)的臨界電感量Ldcr

Ldcr=L-LM-2LB=17.01-2.78-2×0.24=13.75(mH)

7

4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)及其元件參數(shù)計(jì)算

4.1過電壓保護(hù)

4.1.1直流側(cè)過電壓保護(hù)

當(dāng)直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷時(shí)會產(chǎn)生過電壓，用壓敏電阻抑制過電壓或用單相VTS。此次設(shè)計(jì)中采用壓敏電阻，壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計(jì)算

U1mA??1.8~2.2?Ud0(V)，Ud0為晶閘管控制角?=00時(shí)直流輸出電壓。保護(hù)措施如圖4-1

所示：

圖4-1直流側(cè)過電壓保護(hù)

U1mA??1.8~2.2?Ud0??1.8~2.2??2.34?270?1137~1390(V)

尋常作為中小功率整流器操作過電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA。

4.1.2關(guān)斷緩沖電路

關(guān)斷緩沖電路如圖4-2所示：

圖4-2關(guān)斷緩沖電路

關(guān)斷緩沖電路即晶閘管換相保護(hù)電路。R、C值根據(jù)工程手冊選取，此設(shè)計(jì)晶閘管額

8

定電流為220A，故C可取0.3?F,R可取20?。

4.1.3交流側(cè)過電壓保護(hù)交流側(cè)過電壓保護(hù)如圖4-3所示：

圖4-3交流側(cè)過電壓保護(hù)

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。

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

1ST法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù)C??6i0%2(?F)3U2電容C的耐壓UC?1.5?3?2U2(V)

U22UK%R?3?2.3(?)STi0%電阻R的功率為：PR?(3~4)IC2R(W)IC?2?fCUC?10?6(A)

式中ST—變壓器每相平均計(jì)算容量（VA），U2—變壓器次級相電壓有效值（V），當(dāng)ST≤幾百伏安時(shí)i0%=10，當(dāng)ST≥1000伏安時(shí)i0%=3~5。UK%—i0%—勵磁電流百分比，

變壓器的短路電壓百分比。IC,UC—當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值。

UK%=5，i0%=5，ST=145.41/3=48.47KVA

(1)電容的計(jì)算

1ST48.47?103C??6i0%2?2?5??6.65?F,取7?F

3U22702

9

UC?1.5?3?2U2?1.5?6?270?992.04V,取1000V

選擇C=7μF，耐壓1000V的電容。(2)電阻值的計(jì)算

U22?3?2.3RSTUK'02?6.9?i0H.47?1035?10.38(?)5取R=15?

RC支路電流IC近似為：

IC?2?fCUC?10?6?2?3.14?50?7?103?10?6?2.198A電阻R的功率為PR?(3~4)IC2R?(3~4)?2.1982?15?217~290W

4.2短路過電流保護(hù)

常用的短路過電流保護(hù)器件為快速熔斷器。選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：

(1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓確定。

(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。(3)快熔的I2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It值。

(4)為保證熔體在正常過載狀況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間?電流特性。此次設(shè)計(jì)采用快熔作為短路過電流保護(hù)的裝置，如圖4-4所示：

2

圖4-4短路過電流保護(hù)

熔斷器的參數(shù)依照以下原則選?。?/p>

K額定電壓URN：URN?UTU2，KUT—為可控硅元件的電壓計(jì)算系數(shù)，取KUT=2.45

2額定電流：IRN?KiKaIR(A)，Ki—電流裕度系數(shù)，取Ki=1.1~1.5，Ka—環(huán)境溫度系

數(shù)，取Ka=1~1.2，IR—實(shí)際流過快熔的電流有效值。

11I?I??220?127.017Ad因U2=270V，取URN=500V，R

33

10

IRN?KiKaIR?1.5?1.2?127.017?229A，取IRN=250A。根據(jù)算出的額定參數(shù)可選擇

相應(yīng)的快熔。

4.3過電流保護(hù)

對于頻繁操作的電動機(jī)，尋常用電磁式過流繼電器做短路保護(hù)。如何選擇繼電器：

(1)根據(jù)電流種類，選擇繼電器形式。

(2)繼電器額定電流大于或等于電動機(jī)的額定電流。

(3)繼電器動作電流的整定值I?d=?1.1~1.3?Ig，式中Ig為電動機(jī)起動電流的最大值。

I?d=?1.1~1.3?Ig?1.2?1.2IN?316.8A

5檢測電路、調(diào)理器與驅(qū)動控制電路設(shè)計(jì)

5.1檢測電路設(shè)計(jì)

電流反饋環(huán)節(jié)由霍爾元件及運(yùn)算放大器組成，用以檢測可控硅直流側(cè)的電流信號，以獲得與電流成正比的直流電壓信號和過流信號。速度反饋環(huán)節(jié)把測速發(fā)電機(jī)輸出的電壓變換為適合控制系統(tǒng)的電壓信號。檢測電路原理圖如圖5-1所示：

11

圖5-1檢測電路原理圖

5.2調(diào)理器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)理器與電壓調(diào)理器的結(jié)構(gòu)一致，都是PI調(diào)理器。含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)理器的原理圖如圖5-2所示：

圖5-2含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)理器原理圖

電流調(diào)理器的具體參數(shù)為Ki?

轉(zhuǎn)速調(diào)理器的具體參數(shù)為

R11,?i?R1C1,Toi?R0C0R04R11,?n?R1C1,Ton?R0C0R04Kn?5.3驅(qū)動控制設(shè)計(jì)

向晶閘管整流電路供電的交流側(cè)電源尋常來自電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會在允許范圍內(nèi)有一定的波動。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應(yīng)保證每個晶閘管的觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系，這就是觸發(fā)電路的定相。為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個同步變壓器，將其一次側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終是一致的。接下來的問題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。觸發(fā)電路的定相由多方面的因素確定，主要包括相控電路的主電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)等。

由于集成觸發(fā)電路不僅成本低、體積小，而且還有調(diào)試簡單、使用便利等優(yōu)點(diǎn)，故采用集成觸發(fā)電路，用三片KJ004和一片KJ041,即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管

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進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路。

采用KJ041集成觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180度。設(shè)計(jì)的主電路采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。同步電壓選取的結(jié)果如表5-1所示：

表5-1三相全控橋各晶閘管的同步電壓

晶閘管主電路電壓同步電壓VT1+Ua-UsaVT2-Uc+UscVT3+Ub-UsbVT4-Ua+UsaVT5+Uc-UscVT6-Ub+Usb同步變壓器和整流變壓器的接法如圖5-3所示：

圖5-3同步變壓器和整流變壓器的接法

采用三片KJ004和一片KJ041的三相全控橋觸發(fā)電路如圖5-4所示：

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圖5-4三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路

6系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計(jì)

6.1電流調(diào)理器的設(shè)計(jì)

從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用I型系統(tǒng)就夠了。從動態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)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(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。

(1)確定時(shí)間常數(shù)

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各種整流電路的失控時(shí)間如表6-1所示：

表6-1各種整流電路的失控時(shí)間

由表6.1可知，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s，系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù)Tl的計(jì)

L17.01?10?3算用,三相橋式電路每個波頭的時(shí)間Tl???0.142s電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi，

R?0.12是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1-2）Toi=3.3ms，因此取Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑i：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T∑i=Ts+Toi=0.0037s。

(2)選擇電流調(diào)理器的結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求?i＜5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)理器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)理器，其傳遞函數(shù)為：

K??s?1?，Ki—電流調(diào)理器的比例系數(shù)，?ii—電流調(diào)理器的超前時(shí)間常數(shù)。WACR?S??ii?isT檢查對電源電壓的抗擾性能：l=0.142/0.0037=38.38，對照典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗

T?i擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。

(3)計(jì)算電流調(diào)理器參數(shù)

電流調(diào)理器超前時(shí)間常數(shù)τi=Tl=0.142s。

電流環(huán)開環(huán)增益：電流開環(huán)增益：要求?i＜5%時(shí)，按表6.2三應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此KI=0.5/T∑i=0.5/0.0037=135.1s-。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5IN=10/（1.5×

K?R220）=0.03V/A，于是，ACR的比例系數(shù)為K?Ii?135.1?0.142?0.12?1.60iKs?48?0.03

典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系如表6-2所示：

表6-2典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

1

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校驗(yàn)近似條件：

電流環(huán)截至頻率：ωci=KI=135.1s-1。

111晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件??s?ci滿足近似條件。196.1??3Ts3?0.0017s

113?3???忽略反電勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件0.1?0.142?25.18ci滿TTssml足近似條件。

1111S?1??電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件??180.8ci滿足

3TsToi30.0017s?0.002s近似條件。

(4)計(jì)算調(diào)理器電阻和電容

由圖5-2，按所用運(yùn)算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為：R1=KiR0=1.60×40=64kΩ，取65kΩ。

C1=τi/R1=0.142/（65×10）=2.2μF，取2.2μF。C0=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10μF，取0.2μF。

依照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為?i=4.3%＜5%，滿足設(shè)計(jì)要求。

-6

3

6.2轉(zhuǎn)速調(diào)理器的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前面必需有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)包含在轉(zhuǎn)

速調(diào)理器中。轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)。

(1)確定時(shí)間常數(shù)

電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：已取KIT∑i=0.5，則1/KI=2T∑i=2×0.0037=0.0074s。轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波狀況，取Ton=0.01s。

轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n：按小時(shí)間近似處理,T∑n=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s(2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)理器的結(jié)構(gòu)

Kn??ns?1?S?依照設(shè)計(jì)要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的PI調(diào)理器，其傳遞函數(shù)為WASR???ns(3)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)理器參數(shù)

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τn=hT∑n=

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6?2