雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)摘 要根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角的大小來調(diào)節(jié)電壓，基于設(shè)計題目，直流電動機調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路，在設(shè)計中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電，本文先確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各個元部件的設(shè)計，同時對其參數(shù)進(jìn)行計算，包括晶閘管、電抗器，直流電動機調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)為對像來設(shè)計直流電動機調(diào)速控制電路，為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)計兩個調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，為了實現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)速分別起作用，二者之間實行串級連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)做電流調(diào)節(jié)器的輸入，在把電流調(diào)節(jié)器

2、的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR都采用PI調(diào)節(jié)器,以便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用是減小轉(zhuǎn)速誤差，采用PI調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用；其輸出限幅決定電動機允許的最大電流;電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓的變化；對電網(wǎng)的波動起到及時抗干擾作用；加快動態(tài)過程；堵轉(zhuǎn)或過載時起快速自動保護(hù)作用。本課題內(nèi)容重點包括電流、轉(zhuǎn)速控制器的原理，并且根據(jù)原理對控制器的兩個調(diào)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，概述整個電路的動靜態(tài)性能，并各部分的保護(hù)和晶閘管的觸發(fā)電路設(shè)計，最后將整個控制器的電路

3、圖設(shè)計完成。關(guān)鍵詞 雙閉環(huán)；晶閘管；可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；SR；CR；靜差-I-目 錄摘要I第1章 緒論31.1 課題的背景和意義31.2 課題的發(fā)展?fàn)顩r41.3 設(shè)計要求41.4 設(shè)計內(nèi)容41.5 本章小結(jié)5第2章 系統(tǒng)主電路設(shè)計62.1 系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計62.2 實驗系統(tǒng)組成及工作原理92.3 給定器的設(shè)計92.3.1 電壓給定器92.3.2 零速封鎖器DZS102.3.3 速度變換器FBS102.3.4 速度調(diào)節(jié)器ASR112.3.5 電流調(diào)節(jié)器ACR112.3.6 觸發(fā)裝置GT112.4 主電路參數(shù)的設(shè)計112.4.1 晶閘管參數(shù)計122.4.2 晶閘管的額定電流計算122.4.3 晶閘

4、管的額定電壓計算132.4.4 平波電抗器的參數(shù)計算132.5 本章小結(jié)13第3章 調(diào)節(jié)器的計算143.1 確定電流調(diào)節(jié)器的時間參數(shù)143.2 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)143.3 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)153.4 校驗近似條件153.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容16 3.6 本章小結(jié).17第4章 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計174.1 確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)174.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計174.2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇174.3 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器參數(shù)184.4 校驗近似條件184.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容194.6 本章小結(jié)19第5章 保護(hù)電路設(shè)計215.1 過電壓保護(hù)215.2 過電流保護(hù)225.2.1 轉(zhuǎn)

5、速調(diào)節(jié)器的選擇235.3 本章小結(jié)23結(jié) 論24參考文獻(xiàn)25致 謝26附 錄27- II -第1章 緒論1.1 課題的背景和意義許多生產(chǎn)機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)長時間內(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，抗干擾能力強等優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，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

6、單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動，突加負(fù)載動態(tài)速率小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，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)運行。這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這

7、是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對其生產(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)機械能夠?qū)崿F(xiàn)制動調(diào)速，因此我們就要對這樣的自動調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。本次設(shè)計的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制電路。主電路由晶閘管構(gòu)成，控制電路主要由檢測電路，驅(qū)動電路構(gòu)成，檢測電路又包括轉(zhuǎn)速監(jiān)測和電流檢測等部分。按電機的類型不同，電氣傳動又分交流調(diào)速和直流調(diào)速。直流調(diào)速是指人為的或自動的改變直流電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機械的要求。從機械特性上看，就是通過改變電動機的參數(shù)或

8、外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性，從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點，使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動機具有良好的起，制動性能，宜于在廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機，礦井卷揚機，挖掘機，海洋鉆機，金屬切削機床，制造機，高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 課題的發(fā)展?fàn)顩r近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著具足輕重的作用。另一方面，需要指出的是電氣傳動與自動控制有著密切的關(guān)系。調(diào)速傳動的控制裝置主要是各種電力電

9、子變流器，它為電動機提供可控的直流或交流電流，并成為弱點控制強點的媒介1?？梢哉f，電力電子技術(shù)的進(jìn)步是電氣傳動調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的有力推動。把這兩者結(jié)合起來研究直流調(diào)速系統(tǒng)，更有利于對直流調(diào)速系統(tǒng)的全面認(rèn)識。1.3 設(shè)計要求1穩(wěn)態(tài)無靜差，空載起動到額定轉(zhuǎn)速超調(diào)2完成系統(tǒng)個環(huán)節(jié)的原理圖設(shè)計和參數(shù)計算3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)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行參數(shù)計算，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)，并且有制動措施設(shè)計不可逆轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，基本技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)如下：1.直流電動機： PN=150kw, UN=220V

10、，IN=700A，nN=1000r/min，=1.5,Ra=0.05, ,GD2=125Nm2，電樞回路總電阻R=0.8。1.4 設(shè)計內(nèi)容1根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析并確定主電路的結(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)的計算（包括電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等） 3動態(tài)設(shè)計計算：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)節(jié)器和ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計算，使調(diào)節(jié)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)電器原理圖。 第2章 系統(tǒng)主電路設(shè)計2.1 系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主

11、要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱G-M系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護(hù)不便。靜止可控整流器又稱V-M系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM受器件限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求和特點選V-M系統(tǒng)。在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出瞬時電壓Ud。由

12、于要求直流電壓脈動較小，故采用三相全控橋式整流電路。考慮使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋整流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上所述，選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。三相橋式全控整流電路的原理如圖2-1所示，習(xí)慣將其中陰極連接在一起到3個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極；陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4、VT6、VT

13、2）稱為共陽極，另外通常習(xí)慣晶閘管從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個晶體管分別是VT1、VT3、VT5,共陽極組中與a，b，c三相電源相接的3個晶閘管分別是VT4、VT6、VT2。其工作特點如下：每個時刻均需兩個晶閘管同時導(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)脈沖的要求：六個晶閘管的脈沖按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的順序相為，相位依次相差；共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差;同一相的上下兩個橋臂即VT1與VT4，V

14、T3與VT6，VT5與VT2脈沖相差。 圖2-1 三相橋式全控整流電路原理圖整流輸出電壓一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為六脈波整流電路。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時導(dǎo)通的兩個晶閘管均有觸發(fā)脈沖。為此，可采用兩種方法：一種是使脈沖寬度大于（一般?。?，稱為寬脈沖觸發(fā)；另一種方法是，在觸發(fā)某個晶閘管的同時，給前一個晶閘管補發(fā)脈沖，即用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差，脈寬一般為，稱為雙脈沖觸發(fā)。雙脈沖電路較復(fù)雜，但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。寬脈沖觸發(fā)電路雖可少輸出一半脈沖，但為了不使脈沖變壓器飽和，需將鐵芯體積做得較大，繞組匝數(shù)較多

15、，導(dǎo)致漏感增大，脈沖前沿不夠陡，對于晶閘管串聯(lián)使用不利。雖可用去磁繞組改善這種情況，但又觸發(fā)電路復(fù)雜化。因此，常用的是雙脈沖觸發(fā)。啟動時，加入給定電壓Ug,速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器即以飽和限幅值輸出，使電動機以限定的最大啟動電流加速啟動，知道電機轉(zhuǎn)速達(dá)到給定轉(zhuǎn)速，并在出現(xiàn)超調(diào)后，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽和，最后穩(wěn)定在略低于給定轉(zhuǎn)速值下運行。系統(tǒng)工作時，要先給電動機加勵磁，改變給定電壓UG的大小即可方便地改變電動機的轉(zhuǎn)速。電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器均設(shè)有限幅環(huán)節(jié)，速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定，利用速度調(diào)節(jié)器輸出限幅可達(dá)到限制啟動電流的目的，電流調(diào)節(jié)器的輸出作為觸發(fā)電路的控制電壓，利用電流調(diào)

16、節(jié)器的輸出的限幅可達(dá)到限制的目的。如下圖2-2是雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖2-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖G:給定器 DZS：零速封鎖器 ASR：速度調(diào)節(jié)器 ACR：電流調(diào)節(jié)器GT：觸發(fā)裝置 FBS：速度變換器 FA：過流保護(hù)器 FBC：電流變換器AP1：組脈沖放大器 雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-3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，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，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)太時總是為零.U圖2-3 雙閉環(huán)直流

17、調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.2 實驗系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)，由于調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要量為轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為付環(huán)放在里面，這樣可抑制電網(wǎng)電壓波動對轉(zhuǎn)速的影響，實驗系統(tǒng)的組成如圖2-4所示。圖2-4 實驗系統(tǒng)組成2.3 給定器的設(shè)計2.3.1 電壓給定器給定器G的原理圖如圖2-5所示。給定器可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)給定電壓。本設(shè)計是不可逆系統(tǒng)所以只需要給定正電壓, 電壓給定器是由兩個電位器RP1、RP2及一個鈕子開關(guān)Sl組成。RP1、RP2分別用來調(diào)節(jié)正負(fù)電壓的大小，最大輸出電壓為±10

18、V，S2為開停開關(guān)。其中兩個電位器的電阻都取10，又因為，則其功率 ， 則取用功率為0.02的電阻。 圖2-5 給定器原理圖2.3.2 零速封鎖器DZS零速封鎖器的作用是當(dāng)系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時，即給定電壓為零，同時電動機轉(zhuǎn)速速也為零時4。將系統(tǒng)中所有調(diào)節(jié)器鎖零，以避免停車時，由于個調(diào)節(jié)器的零點漂移，致使晶閘管整流電路有微量的輸出，從而使保證電機不會爬行。2.3.3 速度變換器FBS速度變換器它的主要作用是將直流測速發(fā)電機的輸出電壓進(jìn)行濾波，濾除交流分量并變換為能滿足系統(tǒng)需要的與電動機轉(zhuǎn)速成正比的電壓作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋信號，速度變換器為速度檢測變換環(huán)節(jié)，所以還備有轉(zhuǎn)速的檢測信號。其原理圖如圖2-6

19、所示。 圖2-6 速度變換器原理圖2.3.4 速度調(diào)節(jié)器ASR如圖2-3所示，速度調(diào)節(jié)器由二極管VD3、VD4和電位器RPl、RP2組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C5、R5組成反饋微分校正網(wǎng)絡(luò)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)，速度調(diào)節(jié)器可為比例調(diào)節(jié)器，也可接成比例積分調(diào)節(jié)器，場效管VT1，為零速封鎖電路，當(dāng)A端為0V時，VD5導(dǎo)通，將調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)短接而封鎖；當(dāng)A端為-15V時，VD5夾斷，調(diào)節(jié)器投入工作。2.3.5 電流調(diào)節(jié)器ACR電流調(diào)節(jié)器工作原理基本上與速度調(diào)節(jié)器相同，與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了4個輸端，“2”端接推信號，“4”和“6”接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端UZ和UF，當(dāng)這一端為高電平時，三極

20、管VT1、VT2導(dǎo)通將信號對地短接，用于邏輯無環(huán)流可逆系VT3、VT4組成互補輸出電流放大級。2.3.6 觸發(fā)裝置GT觸發(fā)裝置GT和I組脈沖放大器AP1觸發(fā)電路原理，三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來構(gòu)成的，習(xí)慣上將晶閘管按照其導(dǎo)通順序編號共陰極的一組為VT1、VT3和VT5，共陽極的一組為VT2、VT4和VT6。本設(shè)計采用DK01的觸發(fā)裝置為集成觸發(fā)電路，在由KC04，KC41，KC42集成觸發(fā)電路芯片基礎(chǔ)上，增加了由CD4066，CD4069等芯片構(gòu)成的模擬開關(guān)，以控制輸出觸發(fā)脈沖的形式。KC04是移相集成觸發(fā)器，KC41是六路雙脈沖形

21、成器，KC41與三塊KC04可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路，KC42為脈沖列調(diào)整形成器，以減小觸發(fā)電源功率及脈沖變壓器體積，提高脈沖前沿陡度。2.4 主電路參數(shù)的設(shè)計由于整流輸出電壓U的波形在一周期內(nèi)波動6次的波形相同，因此在計算時只需對一個脈沖進(jìn)行計算。因此得到整流輸出平均電壓Ud=2.34U2cos 取=0° 由電機時間參數(shù)取Ud=220V則 U2=94V 2.4.1 晶閘管參數(shù)計在晶閘管整流裝置找中采用三相橋式全控整流，有變壓器為整流裝置提供電源，可控整流的原理：當(dāng)晶閘管的陽極和陰極承受正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然維持導(dǎo)通，當(dāng)晶閘管的陽

22、極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關(guān)斷。對于三相橋式整流電路，晶閘管電流的有效值為：由電機參數(shù)可取Id=700A 則晶閘管的額定電流為：取1.52倍的安全裕量，。由于電流連續(xù)，因此晶閘管最大正反向峰值電壓均為變壓器二次線電壓峰值，即：取23倍的安全裕量，2.4.2 晶閘管的額定電流計算晶閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流來標(biāo)稱，規(guī)定為晶閘管在環(huán)境為和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫是允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。因此在使用時同樣應(yīng)按照實際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原則來選取晶閘管的電流定額，并留有一定裕量。一般取其通態(tài)平

23、均電流為此原則所得計算結(jié)果的1.5-2倍。可按下式計算： 式中計算系數(shù)=/1.57由整流電路型式而定，為波形系數(shù)，為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當(dāng)時，三相全控橋電路=0.368故晶閘管額定電流 取其電流定額為200A。2.4.3 晶閘管的額定電壓計算通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作電壓時晶閘管所承受峰值電壓的2-3倍。本設(shè)計中峰值電壓538.9V晶閘管電壓定額取其電壓定額=1500V。2.4.4 平波電抗器的參數(shù)計算平波電抗器L的功能是使輸出的直流電流更平滑，平波電抗器用于整流以后的直流回

24、路中，整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整流直流電壓中總是有紋波的，這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制，平波電抗器的電感一般按低速輕載時保證電流連續(xù)的條件來選擇，通常首先給定最小電流Idmin=(5%-10%)IN,這里取10%。在用它計算所需的總電感量，減去電樞電感既得平波電感值對于三相橋式整流電路，總電感量的計算公式為： Idmin=0.07×700A=49A由電機時間參數(shù)取U2=94V，則。電樞電感的計算公式為 P電動機磁極對數(shù)，計算系數(shù)，對一般無補償電機：=812那么電樞電感mH平波電抗器電感值取為=1.2-0.78=0.42mH2.5 本章小結(jié)主電路主要包括電

25、壓給定器，零速封鎖器DZS，速度變換器FBS，速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，觸發(fā)裝置GT。第3章 調(diào)節(jié)器的計算3.1 確定電流調(diào)節(jié)器的時間參數(shù)1.整流裝置滯后時間：三相橋式電路的平均失控時間 Ts = 0.0017s。2.電流濾波時間常數(shù)Toi：三相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭應(yīng)有（1 2）Toi = 3.33s。則Toi=0.002s。3.電流環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理：。電動機的電動勢系數(shù)：電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)：電力系統(tǒng)機電時間常數(shù)3.2 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)從穩(wěn)態(tài)上看，要求電流無靜差，可得到理想的堵轉(zhuǎn)性。從動態(tài)上看，系統(tǒng)不應(yīng)該有電樞電流在突加

26、控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值。而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素。為此，電流環(huán)以跟隨性為主5。選用典型型系統(tǒng)，采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：檢查對電源電壓的抗擾性能：采用典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的。Ff =0。3.3 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)1為了讓調(diào)節(jié)器的零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，則電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：。2.采用西門子“最佳整定”方法的“模最佳系統(tǒng)”，參數(shù)取：，。因此，電流開環(huán)增益：電流反饋系數(shù)：電位器給定電壓=10V，則晶閘管整流放大系數(shù)：ACR的比例系數(shù)為：3.4 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：1.晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)

27、的近似條件 滿足近似條件2.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電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件3.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖3-1所示。圖中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓6，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。圖3-1 PI型電流調(diào)速器所用運算放大器取，則各電阻和電容值為： ， 取52K。， 取0.05F。電流調(diào)節(jié)器設(shè)計完成。3.6 本章小結(jié)本章主要是闡述電流調(diào)節(jié)器的計算，包括確定電流調(diào)節(jié)器的時間參數(shù)、結(jié)構(gòu)、其他參數(shù)、校驗近似條件以及計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容。第4章 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計4.1 確定轉(zhuǎn)速

28、調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)：轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理，取轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個積分，在負(fù)載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能7，所以應(yīng)該選擇典型II型系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能好。ASR采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖4-1。圖4-1 含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器4.3 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性與抗擾性能較好的原則，取h=3，。

29、當(dāng)h=3時調(diào)節(jié)時間最短，動態(tài)跟隨性能適中。則ASR的超前時間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：ASR的比例系數(shù)為4.4 校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：1.電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 滿足簡化條件2.轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為 滿足簡化條件4.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容所用運算放大器取，則 取386按退飽和超調(diào)量的計算方法計算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：能滿足轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計要求。4.6 本章小結(jié)本章主要是對速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計，主要包括確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時間參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、選擇、計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)、校驗近似條件、計算電阻和電容。第5章 保護(hù)電路設(shè)計5.1 過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過電

30、壓保護(hù)，前面常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻，這里用壓敏二極管抑制事故過電壓1交流側(cè)過電壓保護(hù)壓敏電阻采用由金屬氧化物燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作是只有很微弱的電流通過元件，而一旦出現(xiàn)過電壓時電壓，壓敏電阻可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內(nèi)并具有損耗低，體積小，對過電壓反應(yīng)快等優(yōu)點。壓敏電阻的額定電壓的選擇可按下式計算: (5-1)式中，壓敏電阻的額定電壓，VYJ型壓敏電阻的額定電壓有：100V，200V，400V，760V，1000V等。變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，

31、對于星形接法的線電壓等于相電壓=。 2.直流側(cè)過電壓保護(hù)：利用電阻和電容吸收操作過壓。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，本設(shè)計用壓敏電阻設(shè)計來解決過電壓時（擊穿后），正常工作時漏電流小，損耗低，而泄放沖擊電流能力強，抑制過電壓能力強8。壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計算：壓敏電阻承受的額定電壓峰值式中為壓敏電阻額定電壓，為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角時輸出電壓。對于本設(shè)計：因此壓敏電阻額定電壓取250V型壓敏電阻。3. 晶閘管過電壓保護(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)峰值電壓一定值時，就會誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障，當(dāng)外加的反向

32、電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓一定值時，晶閘管將會立即損壞9。因此，必須設(shè)置過電壓的保護(hù)及抑制過電壓的方法，過電壓產(chǎn)生的原因主要是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消散而造成的，本設(shè)計在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC阻容吸收電路來抑制過電壓。 在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC阻容吸收電路。，得 由于一個周期晶閘管充放電各一次，因此：功率選擇留倍的裕量 因此電阻R選擇阻值為20，功率選擇15W的電阻，電容C選擇容量為0.55.2 過電流保護(hù)交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在發(fā)生過電流時動作，斷開主電路。也可以在每個橋臂

33、串快速熔斷器對晶閘管進(jìn)行過電流保護(hù)。快速熔斷器的要求：熔斷器的額定電壓 因此，按本課題的設(shè)計要求，用于晶閘管過電流保護(hù)的快速熔斷器的額定電壓可選擇240V。5.2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個積分，在負(fù)載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，所以應(yīng)該選擇典型II型系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能好。ASR采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如下圖5-2。圖5-1 含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器5.3 本章小結(jié)保護(hù)電路分過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。過電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)，交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在發(fā)生過電流時動作，斷開主電路。千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。 - 23 -結(jié) 論通過這次設(shè)計，我對雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)有了進(jìn)一步的理解和運用，加深了對電機調(diào)速應(yīng)用。雙閉環(huán)調(diào)速就是轉(zhuǎn)速、電流兩種負(fù)反饋在不同的階段分別起作用。而在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)設(shè)計都要從動態(tài)校正的需要來解決。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。一般來說，雙閉