實(shí)訓(xùn)報(bào)告12303125

1、實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告課程名稱： 專業(yè)實(shí)訓(xùn) 專 業(yè)： 自動化 班 級： 123031 學(xué) 號： 12303125 姓 名： 陳家男 指導(dǎo)教師： 王艷秋 成 績： 完成日期： 2016 年 1月15 日1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)直流調(diào)速是現(xiàn)代電力電子拖動自動控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)。在 20 世紀(jì)60 年代隨著晶閘管的出現(xiàn)，現(xiàn)代電力電子和控制理論、計(jì)算機(jī)的結(jié)合促進(jìn)了電力傳動控制技術(shù)研究和應(yīng)用的繁榮。 七十年代以來 國內(nèi)外在電氣傳動領(lǐng)域里大量地采用“晶閘管整流電動機(jī)調(diào)速”技術(shù)。盡管當(dāng)今功率半導(dǎo)體變流技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是晶閘管整流調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用量還是占有相當(dāng)大的比重。盡管目前交

2、流調(diào)速的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)技術(shù)越趨成熟以及交流電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性。使交流調(diào)速廣泛受到用戶的歡迎。但是直流電動機(jī)調(diào)速調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)良的調(diào)速性能仍有廣闊的市場，并且建立在反饋控制理論基礎(chǔ)上的直流調(diào)速原理也是交流調(diào)速控制的基礎(chǔ)。某些場合往往要求直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，例如，電車、機(jī)床等，調(diào)節(jié) （1）改變電機(jī)兩端電壓； 范圍根據(jù)負(fù)載的要求而定。調(diào)速可以有三種方法： （2）改變磁通； （3）在電樞回路中，串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。本設(shè)計(jì)采用第一種方法：通過改變施加于電機(jī)兩端 的電壓大小達(dá)到調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，自動控制系統(tǒng)，電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方面， 直流電機(jī)

3、都得到了廣泛的應(yīng)用。所以直流電機(jī)的控制是一門很實(shí)用的技術(shù)。直流電機(jī)，大體上可 分為四類：幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)、永磁式換流器直流電機(jī)、伺服電機(jī)、 兩相低電壓交流電機(jī)、直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大， 能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。與交流調(diào)速相 比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)工作量大。隨著大功率晶體管的問世以及矢 量控制技術(shù)的成熟，使得矢量控制變頻技術(shù)獲得迅猛發(fā)展，從而研制出各種類型、各種 功率的變頻調(diào)速裝置，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù)控機(jī)床、 造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械

4、、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、 生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車車 輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。1.1 整流變壓器參數(shù)的計(jì)算1.1.1 整流變壓器二次側(cè)相電壓為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(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電網(wǎng)電壓波動系數(shù)=0.9，A=0.9,C=0.707,= ,=0.05,所以 1.1.2 二次側(cè)相電流和一次側(cè)相電流所以變壓器電壓比為：二次側(cè)相電流：一次側(cè)相電流：1.1.3 變壓器容量二次容量：一次容量：平均計(jì)算

5、容量：1.2 整流器件晶閘管的參數(shù)計(jì)算及選擇1.2.1 電壓、電流定額取，選擇KP300-8晶閘管6只。1.2.2 阻容保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算及選擇 為了防止系統(tǒng)內(nèi)部瞬間過電壓沖擊（主要為斷路器、接觸器開斷產(chǎn)生的操作過電壓）,過流，浪涌等對重要電氣設(shè)備的損傷，就要增加保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，通常的電路保護(hù)的方法有過壓保護(hù)和過流保護(hù)。阻容保護(hù)是屬于過壓保護(hù)的常見一個方法，它是將合適的電阻和電容串聯(lián)之后并聯(lián)在電路中以達(dá)到保護(hù)電路的作用，可將阻容保護(hù)置裝放在變壓器的二次側(cè)或直流側(cè)，也可以并聯(lián)在整流元件兩端。此外，壓敏電阻也是一種常見的過壓保護(hù)，并聯(lián)在保護(hù)器件兩端起到保護(hù)的作用。在三相整流電路交流側(cè)有星型連接和角

6、型連接。熔斷器屬于過電流保護(hù)，串聯(lián)在電路中使用。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算根據(jù)變壓器鐵芯磁場釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場的能量為依據(jù)。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過電壓。串連電阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。凡是超過晶閘管正常工作的電壓即承受的最大峰值電壓的都算過電壓。產(chǎn)生過壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過阻容吸收電路。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場的能量存儲起來為依據(jù)的。由于

7、電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。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。 圖1.1 交流側(cè)過壓保護(hù)圖1.2直流側(cè)過壓保護(hù)圖1.3 晶閘管兩端的電壓保護(hù)1.3 過流保護(hù)過電流保護(hù)：過電流保護(hù)就是當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動作的一種保護(hù)方式。當(dāng)流過被保護(hù)原件中的電流超過預(yù)先整定的某個數(shù)值時(shí)，保護(hù)裝置啟動，并用時(shí)限保證動作的選擇性，使斷路器跳閘或給出報(bào)警信號。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過流保護(hù)措施。圖1.4 晶閘管兩端的電壓保

8、護(hù)1.4 器件保護(hù)由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時(shí)，溫度就會急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開路。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負(fù)載端過載或短路；某個晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時(shí)間內(nèi)承受一定的過電流，所以過電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過電流的保護(hù)措施有下列幾種：快速熔斷器：普通熔斷絲由于熔斷時(shí)間長，用來保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用，因此必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y質(zhì)熔絲

9、，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護(hù)的主要措施。 2 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)2.1 整流模塊2.1.1 單相整流模塊參數(shù)（1）工作頻率f為50Hz。（2）輸入線電壓范圍VIN（RMS）為30450VAC。（3）控制信號電壓VCON為010VDC。（4）控制信號ICON10A。（5）輸出電壓不對稱度6。（6）輸出電壓溫度系數(shù)600PPM/。（7）模塊絕緣電壓VISO（RMS）2500V。2.12 塊內(nèi)部電路及使用和安裝（1） 單相整流模塊內(nèi)部電路，如圖2.1圖2.1 單相整流模塊（2）模塊的使用安裝 模塊電流規(guī)格選擇：為保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，選取的模塊電

10、流應(yīng)為負(fù)載電流的1.53倍，整個運(yùn)行過程，負(fù)載電流不能超過模塊的額定電流。 環(huán)境要求：模塊的存貯和工作場所應(yīng)干燥、通風(fēng)、無塵、無腐蝕性氣體。工作環(huán)境溫度范圍為2545 安裝步驟 把散熱器和風(fēng)機(jī)按通風(fēng)要求安裝好，散熱器表面必須平整、光潔。在模塊導(dǎo)熱底板與散熱器表面均勻涂覆一層導(dǎo)熱硅脂，然后用螺釘把模塊固定于散熱器上，注意用力要均等。 因模塊工作電流較大，必須用帶接線鼻的多股銅線進(jìn)行連接（禁用鋁線），導(dǎo)線截面積按電流密度4A/mm 2 選取。嚴(yán)禁將銅線直接壓接在模塊電極上。 用接線鼻環(huán)帶將銅線扎緊，以免接觸不良而附加發(fā)熱，然后套上絕緣熱縮管，用熱風(fēng)或熱水加熱收縮。將接線鼻固定在模塊電極上，確保良好

11、的平面接觸，并用螺釘緊固。 注意模塊輸入輸出電極勿掀起，以免損壞模塊。 接控制線：控制插口有兩種開式。一種為5腳，另種為15腳。5腳、15腳的接線見圖2.2及2.3和表2.1              圖2.2 五腳插座的對應(yīng)順序 圖2.3 十五腳插座的對應(yīng)順序 表 2.1 引腳接線引腳功能 引線顏色 5腳插座 15腳插座 12 紅色 5 1 GND 黑色 4 2 GND 黑色(灰色) 3 3 CON 黃色 2 4 ECON 橙色(褐色)1 5 2.2 L

12、M331芯片簡介及工作原理LM331采用單電源供電，電源電壓VCC，模擬信號 的輸入范圍-VCC0V,頻率范圍為1500KHZ，非線性低于0.01。模擬信號 經(jīng)積分器積分處理后,在INPUT端變成與輸入電壓 成正比的穩(wěn)定電流輸入,通過LM331芯片進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換后,變成與電壓成正比的頻率信號,FOUT端輸出的頻率信號送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)/定時(shí)端口,計(jì)算機(jī)對頻率信號進(jìn)行采集、處理、存儲。從而實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。由于LM331的轉(zhuǎn)換線性度直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性，而通常引起V/F轉(zhuǎn)換產(chǎn)生非線性誤差的原因是引腳1的輸出阻抗，它使輸出電流隨輸入電壓的變化而變化，因而影響轉(zhuǎn)換精度，為克服此缺點(diǎn)，高

13、精度V/F轉(zhuǎn)換器在1腳和7腳間加入了一個積分器，這個積分器是由常規(guī)運(yùn)放LF356和積分電容C4構(gòu)成的反積分器。內(nèi)部電路圖如圖2.2圖2.2 內(nèi)部電路圖LM331器件管腳圖及管腳功能 圖1.5 LM331器件管腳圖2.3 運(yùn)算放大環(huán)節(jié)ML324LM324系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動輸入功能的四運(yùn)算放大器。可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V-32V或+16V。LM324的特點(diǎn)： 短跑保護(hù)輸出2.真差動輸入級3.可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA（LM324A）5.每封裝含四個運(yùn)算放大器。6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列9.輸入端具有

14、靜電保護(hù)功能。圖1.6 LM324引腳圖2.4 光電編碼器2.41 光電編碼器E6B2_C光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90º的兩路脈沖信號。接線如圖2.3圖2.3 光電編碼器接線圖2.

15、5 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路圖單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路如圖2.4.圖2.4 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)3.1 主電路的選擇和參數(shù)的計(jì)算3.1.1 二次側(cè)相電壓查表得，忽略時(shí)有：3.12 次側(cè)相電流和一次側(cè)相電流所以變壓器電壓比為：一次側(cè)相電流：二次側(cè)相電流：3.1.3 變壓器容量一次容量：二次容量：平均計(jì)算容量：3.14 電壓、電流定額取=800V 取=5A3.1.5 保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算和選擇 直流調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖2.5圖2.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 雙臂環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)增加了電流調(diào)節(jié)器。在設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器時(shí)，首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成

16、哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要去上看，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。再從動態(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)過程中部超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時(shí)抗擾作用只能是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即選用典型I型系統(tǒng)。 在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，由于在擾動作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)贏共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型的2型系統(tǒng)，這要的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動態(tài)擾動性能好的要求。至于其階躍相應(yīng)超調(diào)量較大的問題，那是按

17、照線性系統(tǒng)理論計(jì)算的數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會師超調(diào)量大大降低。由此可見ASR也應(yīng)該才用PI調(diào)節(jié)器。4.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)4.1.1.確定時(shí)間常數(shù)：=+=4.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求：，而且 因此電流環(huán)可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 4.1.3.選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)：。 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取于是，ACR的比例系數(shù)為 4.1.4校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率 （1）晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： 現(xiàn)在 滿足近似條件（2）忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件： 現(xiàn)在， 滿足近似條件。（3）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：現(xiàn)在， 滿足近似條

18、件。4.1.5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 電流調(diào)節(jié)器原理圖，按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值計(jì)算如下 ，取 , 取 ，取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)為：，滿足設(shè)計(jì)要求。4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)4.2.1確定時(shí)間常數(shù) （1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 （2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) 根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 （3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取4.2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為4.2.3選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則 ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 于是，ASR的比例系數(shù)由式（4-76）為 4.2.4校驗(yàn)近似條件 由式（4-24），轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：。 現(xiàn)在 滿足簡化條件。（2）時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 現(xiàn)在， 滿足近似條件。4.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖，取，則 4.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 由式（4-84），當(dāng)時(shí)，而因此總 結(jié)通過為期近一個月的實(shí)訓(xùn)課，我們掌握了調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，以及該系統(tǒng)的優(yōu)良性能 在實(shí)際應(yīng)用的廣泛性。我們了解到幾乎所有的自動化工廠幾乎都應(yīng)用這一技術(shù)，足以說明該系統(tǒng)在現(xiàn)代化生活