十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

1、實(shí)用文檔河南工程學(xué)院 課程設(shè)計十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名：陳洪鳴學(xué) 院：電氣信息工程學(xué)院專業(yè)班級：電氣工程及其自動化 1422專業(yè)課程：自動控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師：程輝2016年 1月8日課程設(shè)計成績評定標(biāo)準(zhǔn)及成績序號評審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評分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、實(shí)驗(yàn)方 案能靈活運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意 識，有獨(dú)特見解，設(shè)計有一定應(yīng)用價值。30分5實(shí)驗(yàn)技能動手能

2、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， 對設(shè)計方 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)計報告質(zhì) 量報告結(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分合計評語：等 級： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評閱人：職稱： 講師日期：2015年1月 8日摘要早期直流電動機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量 的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy， 阻礙了直流

3、電動機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨者單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許 多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使 系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而 有效的提高工作效率。電力電子器件的發(fā)展，使稱為第二代電力電子器件之一的大功率晶體 管得到了越來越廣泛的應(yīng)用。晶閘管是既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的全控型器件，其性能優(yōu) 良，以大功率晶閘管為基礎(chǔ)組成的晶閘管脈寬調(diào)制（PWM直流調(diào)速系統(tǒng)在直流傳動中使用呈 現(xiàn)越來越普遍的趨勢。該設(shè)計主電路采用品閘管三相全控橋整流電路供電方案，控制電路由集成電路實(shí)現(xiàn)，系 統(tǒng)中有速度調(diào)節(jié)

4、器、觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器等。運(yùn)用 ？電力拖動才$制系統(tǒng)？的理論知識設(shè)計出可 行的直流調(diào)速系統(tǒng)，并詳細(xì)分析系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能，且利用SIMULINK對系統(tǒng) 進(jìn)行各種參數(shù)的給定下的仿真。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管、直流電動機(jī)、 SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)目錄1調(diào)速方案 11.1 調(diào)速方案的選擇 11.2 電動機(jī)供電方案的選擇 12系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇 12.1直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖.3主電路的計算 33.1 整流變壓器的計算 43.1.1 整流變壓器二次側(cè)電壓計算 43.1.2 一次、二次側(cè)電流計算 43.1.3 變壓器容量的計算 44晶閘管元件的選擇 45晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算 55.1 交流

5、側(cè)過電壓保護(hù)措施 55.2 三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù) 66平波電抗器的計算 87觸發(fā)電路的選擇 98控制電路的計算 108.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計 108.2 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計 109雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計 119.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 119.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1310 MATLA昉真 1510.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 1510.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 16結(jié)束語 1718參考文獻(xiàn).1調(diào)速方案1.1 調(diào)速方案的選擇根據(jù)設(shè)計要求，本次課程設(shè)計采用Z2-52型直流電動機(jī)，電動機(jī)參數(shù)見表1。機(jī)架序號電機(jī)型號 Pn(kw

6、) Un(V) In(A) Nn(r/min Ra(Q) Gda2(N m?Ifn(A)9Z2-52623026.114501.13.921表1十機(jī)架連軋機(jī)電動機(jī)參數(shù)1.2 電動機(jī)供電方案的選擇實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，首先要有一個平滑可調(diào)的直流電源。常用的可調(diào)直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組：用直流電動機(jī)和交流電動機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止可控整流器：用靜止的可控整流器，如晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器：用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波 器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的直流平均電壓。本課題中采用第二種方法，品閘管直流調(diào)速，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器的移相電

7、壓，便可改變整 流電壓U&由于電機(jī)的容量大，又要求電流的脈動系數(shù)小，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)脈動較 小，元件利用率較好，無直流磁化同時波形畸變較小，故選用三相全控橋整流電路供電方案。電機(jī)的額定電壓為230V,為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為 避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器應(yīng)采用D/Y聯(lián)

8、結(jié)。2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇工業(yè)上，為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用品閘管元件及電動機(jī)的過載能力，要 求實(shí)現(xiàn)理想啟動，即要求在啟動過程中，是啟動電流一直保持最大允許值，此時電動機(jī)以最 大轉(zhuǎn)矩啟動，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動時間；啟動結(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)。啟動時，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，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 動機(jī)的電樞電

9、流以平衡負(fù)載電流。2.1直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，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，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋， 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)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 如圖1所示。Q圖1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器TA電流互感圖Un一轉(zhuǎn)速反饋電壓ACR 電流調(diào)節(jié)器UPE-電力電子裝置Ui* 電流給定電壓TG一直流測速發(fā)電機(jī)Un* 一轉(zhuǎn)速給定電壓Ui 一電流反饋電壓雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示圖2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以

10、近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī) 的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓 電流迅速降低下來，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，此時起動電流近似呈方 形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能 得到的最快的起動過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行審級聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動過程中只有電流負(fù)反饋， 而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(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

11、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I dN時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，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。得到過電流的自動保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性 能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。3主電路的計算3.1 整流變壓器的計算3.1.1 整流變壓器二次側(cè)電壓計算整流變壓器二次側(cè)電壓計算公式：山二11.2 UN（1）KuvbCOS min查表知，三相全控橋式整流電壓的計算系數(shù)Kuv 2.34,電網(wǎng)電壓波動系數(shù)b 0.900.95,查表知a角，考慮10°裕量,故COS m.

12、 0.985，由電機(jī)參數(shù)可知 UN=230V代入公式計算出U2：230V U211.2 - 110.9133.08V2.34 0.9 0.985取5 120V ,變比 K U1/U2 220/120 1.833.1.2 一次、二次側(cè)電流計算一次側(cè)電流：*二區(qū)日里 考慮變壓器自身的勵磁電流時，Ii應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù),K查表知，一次相電流計算系數(shù) KIL=0.816,由電機(jī)參數(shù)可知IN =26.1A,代入公式計算出I1 :11=1.05 X 0.816 X26.1/1.83=12.22A二次側(cè)電流：I2=KIVIdN 查表知，二次相電流計算系數(shù) KIV=0.816, 一般取整流器額定直流電流

13、ID=IN,由電機(jī)參數(shù)知IN=26.1A,代入公式算出I2 : 12 =0.816 X26.1=21.30A。3.1.3 變壓器容量的計算變壓器一次、二次繞組相數(shù) m1=m2=3一次容量：S1=m1U1I1=3< 220 X 12.22=8.07KVA二次容量：S2=m2U2I2=3< 120X 21.30.54=7.67KVA平均電容：S=(8.07+7.67)/2=7.87KVA4晶閘管元件的選擇選擇品閘管元件主要根據(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 確定品閘管型號規(guī)格，以得到滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。品閘管的選擇主要是根據(jù)整流器的運(yùn)行條件，計算品閘管電壓、電流

14、值，選出品閘管的 型號規(guī)格，在工頻整流裝置中一般選擇 KP型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流 值。(1)額定電壓UTNB選擇，應(yīng)考慮下列因素。1)分析電路運(yùn)行時品閘管可能承受的最大電壓值。2)考慮實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的裕量，通?？煽紤]23倍的安全裕量，按下列公式計算，即已知U2的電壓，對于三相橋式全控整流電路，可知品閘管最大承受電壓：UTM 、6U 22.45 120294 V所以品閘管的額定電壓應(yīng)為(23)倍的Utm ,即：UT (23)Utm (2 3) 294 588 882V品閘管的額定電流可由簡化經(jīng)驗(yàn)公式：IT (1.5 2) 0.374 ITV (1.5 2) 0.3

15、74 2 26.1 29.28 39.05A參考下表以及半導(dǎo)體變流技術(shù)和電力電子技術(shù)文獻(xiàn)，知選擇品閘管的型號規(guī)格為 KP50-9。5晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算品閘管有換相方便，無噪音的優(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，過電流能力差，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)，因此在品閘管裝置中，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。設(shè)計品閘管電路除了正確的選擇品閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必 要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的

16、關(guān)鍵。5.1交流側(cè)過電壓保護(hù)措施(1)阻容吸收保護(hù)即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R(Q)和電容C (uf)的串聯(lián)支路進(jìn)行保護(hù)，對于大電容的的品閘管裝置，采用圖3所示。圖3交流側(cè)阻容吸收保護(hù)S電容值 C>=6Iem等(uf)=6 X0.1 x 7.87/1202=0.328uf5式中S-變壓器容量(KVA; U2-變壓器二次相電壓有效值(V); Iem-變壓器 勵磁電流百分?jǐn)?shù)，對于10100KVA的變壓器，一般為10% 4%電阻化 Rc=5U21/I21=5X 120/21.30=28.169 Q(2)非線性電阻保護(hù)非線性電阻保護(hù)方式主要硒堆和壓敏電阻的過電壓保護(hù)。 壓敏電阻采用由金屬氧化物(

17、如 氧化鋅、氧化鈿)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(diǎn)在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作時只有很微弱的電流(1mAZ下)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)，具有損耗低，體積小，對過電壓反映快等優(yōu)點(diǎn)。因此，是一種較好的過電壓保護(hù)元件。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓 U1ma=1.3 $2u=1.3X X 120=220.6V式中U- 壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值(V)o U壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值，變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，通流量應(yīng)按照大于實(shí)際可能產(chǎn)生的浪涌電流選擇，一般取 5kA以上。殘壓值的選擇

18、是由被保護(hù)器件的耐壓決定，應(yīng)使晶閘管在通過浪涌電流時，殘壓抑制在 品閘管額定電壓以下，并留有一定裕量。(3)直流側(cè)過電壓保護(hù) 直流側(cè)過電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成 di/dt加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護(hù)。壓敏電阻 的標(biāo)稱電壓 Uima >=2Udc =2X 2.34U2=2X 2.34 X120=561.6V(4)品閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù)為了抑制品閘管的關(guān)斷過電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，阻容 保護(hù)元件參數(shù)可以根據(jù)查表2。品閘管額定電流1000500200100502010F210.50.250.20.15

19、0.1電阻(Q)2510204080100表2經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表阻容保護(hù)的原件參數(shù)由晶閘管的額定電流可選：C=0.2艮F, R=40Q。(5)過電流保護(hù)快速熔斷器是最簡單有效的過電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性,在發(fā)生短路后，熔斷時間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過電流損壞 品閘管。5.2三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)在本設(shè)計中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)， 保護(hù)原理圖4如下。圖4 一次側(cè)過電流保護(hù)電路(1)熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的線電壓為 230V,熔斷器額定電壓

20、可選擇250M(2)熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。熔斷器額定電流Ifu01.611=1.6 X26.1=41.76A因此，如圖4在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上用上一個熔斷器，按本課題的 設(shè)計要求熔斷器的額定電壓可選 250V,額定電流選45A。(3)與元件串聯(lián)的快速熔斷器選擇由于過載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)和反向擊穿，以及在逆變時換流失敗等原因，都會產(chǎn)生 過電流。這里采用快速熔斷器來防止晶閘管過電流的損壞。其保護(hù)原理圖5所示。圖5過流保護(hù)電路圖由上圖5及上文中計算的數(shù)據(jù)可知，通常熔斷器的額定電流Ird由下式選取:1.57It(av) I rdIt (實(shí)際管子最大

21、電流有效值)為保證可靠與選用方便起見，可取I RD I T (AV )30A(4)直流側(cè)快速熔斷器的選擇電壓和電流上升率的限制不同規(guī)格的晶閘管對最大的電壓上升率及電流上升率有相應(yīng) 的規(guī)定，當(dāng)超過其規(guī)定的值時，會使晶閘管誤導(dǎo)通。限制電壓及電流變化率的方法有1)交流進(jìn)線電抗器限制措施，交流進(jìn)線電抗器 LB的計算值：LB0.04U22 f 0.816IdN8.96H式中交流器輸出額定電流電源頻率f,變壓器二次相電壓U22)在橋臂上串聯(lián)空心電感，電感值取 2030 H為宜。3)在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會使換流時間增長，影響 正常工作，而經(jīng)常采用將幾只鐵氧磁環(huán)套在橋臂導(dǎo)線上，

22、使橋臂電感在小電流時磁環(huán)不飽和, 電感量大，達(dá)到限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關(guān)斷時間。6平波電抗器的計算品閘管整流器的輸出直流電壓是脈動的，為了限制整流電流的脈動、保持電流連續(xù)，常 在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。(1)電動機(jī)電樞電感Ld為：Ld Kd UNX 1000=8X 230X 1000/(2 X 2X 1450X 26.1)=12.15mH2pn- n式中：Un 電動機(jī)額定電壓In 電動機(jī)額定電流P電動機(jī)極對數(shù)Kd 計算系數(shù)，對于一般無補(bǔ)償電機(jī)Kd=8-12對于快速無補(bǔ)償電動機(jī) Kd取8,磁極對數(shù)p=2。(2)變壓器電感Lt為：LT

23、KTUdlU 1000 3.9 0.05 120/26.1 0.9mHI N式中 Kt 3.9, Udl 0.05(3)平波電抗器的選擇。維持電流連續(xù)時的 Lp為：LP L1 2Lt LdK1 " (2Lt Ld) 0.639 120/(.0.05 26.1) (2 0.90 12.15) 44.81mHI d min式中，Ki 0.693,Idmin 0.05IN限制電流的脈動系數(shù)Si =5%寸，Lp值為：U2Lp Li 2 Lt LdK2- (2Lt Ld ) 1.045 120/(0.05 26.1) (2 0.90 12.15) 81.68mHSiIN式中 K2 1.045取

24、兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為81.68mH時，電流連續(xù)和脈動要求能同時滿足。7觸發(fā)電路的選擇觸發(fā)電路可選擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇KC系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，具優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。具缺 點(diǎn)是移相范圍小于180° ,為保證觸發(fā)脈沖對稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。選用集成電路MC787&成的三相觸發(fā)電路，如圖6所示。該集成塊由同步過零、鋸 齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及 驅(qū)動電路組成。圖6 MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖三

25、相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓品閘管電路。其中三 相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng) RC組成的T形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30°相移，經(jīng) 電容耦合電路取得同步信號，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對稱。輸出端由大功率管驅(qū)動，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管。8控制電路的計算8.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、品閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計采用集成穩(wěn)壓管的可 調(diào)輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反， 而觸發(fā)器的移相控制電壓 VC又為正電壓，故 給定電壓UG就為負(fù)電壓，而一切反饋均取正值，為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個15V的

26、電源， 用一個2.2KQ,1W電位器引出給定電壓。8.2 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(1)測速發(fā)電機(jī)的 選擇 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有：額定電壓Etg 40V, Ntg 2000r/min ,負(fù)載電阻Rg 2K的電位器。由于主電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450r/min ，因此，測速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29V,給定電源15V,只要適當(dāng)取反饋系數(shù) 即可滿足系統(tǒng)要求。(2)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)：Ton=0.01s,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：UN / nN 15/1450 0.01V min/r(3)電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)設(shè)電流反饋濾波時間常數(shù)：Toi 0

27、92,則電流反饋系數(shù)：0.05V/A(4)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)電動機(jī)電動勢常數(shù)：Ce UN INRa=230-26.1 1.1 0.1338nN1450按要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降：nN=- = 1450* 5% =7.63r/minD 1 S 10(1 5%)9雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計9.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(1)確定時間常數(shù)在三相橋式全控電路有：已知Ts 0.0017S, Toi 0.002S,所以電流環(huán)小時間常數(shù)T i Ts Toi 0.0017 0.002 0.0037S主電路電磁時間常數(shù)為：Tl L 12.15mH 0.0055S R2,2Q主電路的機(jī)電時間常數(shù)為:2GD2R375Ce

28、Cm2.5 3.92 2.2375 0.1388 1.3260.125s式中：Cm=竺Ce 1.326(2)選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)因?yàn)殡娏鞒{(diào)量i 5%,并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，可用 PI型電流調(diào)節(jié)器:WACR ( S)Ki( iS 1)is(DKi電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù)電流調(diào)節(jié)器的超前時間系數(shù)(3)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算:電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)Ti Ti0.03S ,又因?yàn)樵O(shè)計要求電流超調(diào)量i 5% ,查得有 KI T i 0.5 ,所以 KI0.5T-0.50.0037135.1S 1 ,電樞回路總電阻R=2Q,所以ACR勺比例系數(shù):KiKI

29、 RKsi 135.1 0.03 2.2,- 4.4640 0.05(4)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：WciKi1135.1S 1晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:3T 3 0.0017忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件:1196.1S 1Wci,滿足條件。Tm Ti3 . 0.125 0.03148.99 1Wci ,滿足條件。電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:3 Ts Ti3 . 0.0017 0.002180.8S 1 WCI ,滿足條件。(5)計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的R040K，有 Ri KiR04.32 40 178.4K取 172.8K ，取180K , CIIRi0.0

30、3180K0.17COI4ToiRi4 0.00240K故 WacrK(I 1)IS4.46 (0.03s0.03s1),其結(jié)構(gòu)圖7如下所示。RU/2RQ/2WZZaDoi圖7電流調(diào)節(jié)器F.balC19.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(1) 確定時間常數(shù):,1有 Ki Ti0.5，則Ki2Ti0.0037s 0,0074s,已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時間常數(shù) Ton=0.01s,故轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T n1TonKI0.0074 0.01 0,0174S。(2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計要求，選用 PI調(diào)節(jié)器:Kn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)WASR sKn nS 1n S(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)(3)計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參

31、數(shù):按跟隨和抗干擾性能較好原則，取 h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為:n hTn 5 0.0174 0.087s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為:Knh 12h2T：2 52512 396.35s 0.01742ASR的比例系數(shù)為:Knh 1 Ce Tm2h RTn6 0,05 0,139 0.1251 952 5 0.007 2.2 0.0174(4)檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：WcnKnW1KN n 396.35 0.087 34.48電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:1 Ki31135.13 , 0.003763.8s 1 WCn ,滿足條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：(5)計算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取 R0

32、 =40k , WJ Rn Kn R0 1.951 Ki3 Ton1 135.13 . 0.0138.7s 1 WCn ,滿足近似條件40 78k ，取 80k。Cn0.087Con故:Rn80k0.0140k其結(jié)構(gòu)圖如8所示1.087WASR，取1 F67.86 0.087s 10.087sLc<m T即/2RC/2Ri CnRD/Z因/2圖8轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=5,查得n 43.6% 10%,不滿足設(shè)計要求，應(yīng)使ASR退飽和,重計算no設(shè)理想空載z=0, h=4時，=2,查得一Cm=81.2%,所以Cb7.63 0.0174n 2(_Cmax)(z)NTJn 2 81.2

33、% 2 0125 =0.00236 =0.236% < 10%Cbn Tm1450滿足設(shè)計要求。10 MATLAB 仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB使用MATLAB寸控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進(jìn)行計算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。10.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘 管直流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖9所示。圖9轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR ACR限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器 件，所以在此直接