雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)：自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目：雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí)：自動(dòng)化0843學(xué)生：磊學(xué)號(hào)：10指導(dǎo)教師：方健分院院長(zhǎng)：許建平教研室主任：方健 電氣工程學(xué)院一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.設(shè)計(jì)參數(shù) 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe1.1KW，額定電流Ie=6.7A，磁極對(duì)數(shù)P=1，ne=1500r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=2.34,主電路總電阻R7，L246.25Mh(電樞電感、平波電感和變壓器電感之和)，Ks=58.4，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=116.2ms，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi=0.00235s，過(guò)載倍數(shù)1.5，電流給定最大值，速度給定最大值2.設(shè)計(jì)容1）根據(jù)題目的技術(shù)要求

2、，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫(huà)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與其參數(shù)計(jì)算。3）驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)。4）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式與進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。5） 繪制VM雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。3.設(shè)計(jì)要求： 1）該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速圍（），系統(tǒng)在工作圍能穩(wěn)定工作。2）系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率）。3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量，電流超調(diào)量

3、，動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速降，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）。4)系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行圍電流連續(xù)。5)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)，并且有制動(dòng)措施。6)主電路采用三項(xiàng)全控橋。4. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求1）、要求在課程設(shè)計(jì)答辯時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2）、報(bào)告應(yīng)包括以下容：A、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型主回路方案確定。控制回路選擇主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算B、系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程介紹，在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，解決辦法等；C、課程設(shè)計(jì)總結(jié)。包括本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的收獲、體會(huì)，以與對(duì)該課程設(shè)計(jì)的意見(jiàn)、建議等；D、設(shè)計(jì)中參考文獻(xiàn)列表；E、報(bào)告使用B5紙打印，全文不少于2000字。5. 參考資料1 朱仁初，萬(wàn)伯任.

4、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)M.：機(jī)械工業(yè)，1994.2 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)M.：機(jī)械工業(yè)，2006.3 伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M,第三版. :機(jī)械工業(yè), 2007年6月4 孔凡才晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)M:科技，19855 段文澤，童明倜.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)與其工程設(shè)計(jì)M.：大學(xué),1989.10.6 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).6. 設(shè)計(jì)進(jìn)度（2011年11月29日至12月10日）時(shí)間設(shè)計(jì)容11月29日布置設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱資料11月30日-12月2日方案論證與總體設(shè)計(jì)12月3日-12月9日系統(tǒng)調(diào)試與整理課程設(shè)計(jì)報(bào)告12月10日課程設(shè)計(jì)答辯二、評(píng)語(yǔ)與成績(jī)?cè)u(píng)分項(xiàng)目評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)量化分?jǐn)?shù)1

5、.獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力很強(qiáng)較強(qiáng)一般不具有102. 課程設(shè)計(jì)的答辯情況有見(jiàn)解回答準(zhǔn)確回答正確基本正確有錯(cuò)誤253. 課程設(shè)計(jì)論文與插圖的規(guī)程度規(guī)整潔正確雜亂有錯(cuò)誤254.工具軟件的使用熟練使用會(huì)使用需要學(xué)習(xí)105.輔導(dǎo)答疑積極認(rèn)真應(yīng)付消極106.設(shè)計(jì)態(tài)度積極認(rèn)真應(yīng)付消極107.出勤全勤缺勤次數(shù)10附加評(píng)語(yǔ)量化總分2 / 38目 錄前言1第一章 緒論211直流調(diào)速系統(tǒng)的概述212研究課題的目的和意義213設(shè)計(jì)容和要求31.3.1設(shè)計(jì)要求31.3.2設(shè)計(jì)容3第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖4第三章 系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)形式和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成631主電路的選擇與確定632 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成8第

6、四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算1141變流變壓器容量的計(jì)算和選擇1142 整流元件晶閘管的選型1443 電抗器設(shè)計(jì)1544 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)164.4.1過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)164.4.2過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)20第五章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)2451 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2452 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)26小結(jié)33參考文獻(xiàn)34前 言直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，易于在大圍平滑調(diào)速，且調(diào)速后的效率很高。針對(duì)直流電機(jī)調(diào)速的方法也很多，目前國(guó)外也研究了一些調(diào)速的控制器。例如已經(jīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的直流電機(jī)無(wú)級(jí)電子調(diào)速控制器采用國(guó)際先進(jìn)的IGBT大功率模

7、塊器件和獨(dú)特自行設(shè)計(jì)的PWM微電子控制技術(shù)，以與節(jié)能反饋電路和豐富的保護(hù)功能控制電路。適用于無(wú)軌機(jī)車(chē)、礦山井下窄軌機(jī)車(chē)、磨床、木工機(jī)械、服裝制作、紡織、造紙印刷等場(chǎng)所。該控制器具有調(diào)速平穩(wěn)，安全可靠，提高生產(chǎn)效率；直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制簡(jiǎn)便；可以與計(jì)算機(jī)連接控制等特點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法，分別是改變電樞供電電壓、勵(lì)磁磁通和電樞回路電阻來(lái)調(diào)速。對(duì)于要求在一定圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞電壓方式為最好，調(diào)壓調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)的主要調(diào)速方式。直流調(diào)壓調(diào)速需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源給直流電動(dòng)機(jī)，隨著電力電子的迅速發(fā)展，直流調(diào)速系統(tǒng)中的可控變流裝置廣泛采用晶閘管，將晶閘管的單向?qū)щ娦耘c相位控制原理相

8、結(jié)合,構(gòu)成可控直流電源,以實(shí)現(xiàn)電樞端電壓的平滑調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)的題目是雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用靜止式可控整流器即改革后的晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要的可控直流電源。由于開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，但是許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有要求則采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器可以獲得無(wú)靜差；構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度；雖快速性的限制來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)穩(wěn)定的，但是電路較簡(jiǎn)單。所以雙閉環(huán)直流調(diào)速是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)

9、速控制電路，本課題容重點(diǎn)包括調(diào)速控制器的原理，并且根據(jù)原理對(duì)控制器的兩個(gè)調(diào)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)。概括的整個(gè)電路的動(dòng)靜態(tài)性能，并各個(gè)部分的保護(hù)和晶閘管的觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，最后將整個(gè)控制器的電路圖設(shè)計(jì)完成,并且進(jìn)行仿真。第一章 緒 論11 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述三十多年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組與水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性與低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化

10、，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛圍平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，

11、所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。12 研究課題的目的和意義在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較與時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。大多

12、數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。13 設(shè)計(jì)容和要求1.3.1 設(shè)計(jì)要求1. 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速圍（），系統(tǒng)在工作圍能穩(wěn)定工作。2. 系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率）。3. 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量，電流超調(diào)量，動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速降，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）。4. 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行圍電流連續(xù)。5. 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)，并且有制動(dòng)措施。6. 主電

13、路采用三項(xiàng)全控橋。1.3.2 設(shè)計(jì)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)形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫(huà)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與其參數(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. 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)（模擬觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、數(shù)字觸發(fā)電路均可）。4動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式與進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。5 繪制VM雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖（要求用計(jì)算機(jī)繪圖），并用Orcad或Matlab軟件進(jìn)行拖動(dòng)控制系統(tǒng)仿真以與硬件仿真

14、。（建立傳遞函數(shù)方框圖），并研究參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流380V電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。如圖2.1設(shè)計(jì)的總框架。三相交流電源三相橋式整流電路直流電動(dòng)機(jī)整流供電雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī)驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路圖2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架三相交流電路的交、直流側(cè)與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。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。根據(jù)選用的方法，分別計(jì)算

15、保護(hù)電路的各個(gè)器件的參數(shù)。驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使是電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是就將信息電子電路穿來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。本設(shè)計(jì)使用的是晶閘管，即半控型器件。驅(qū)動(dòng)電路對(duì)半控型只需要提供開(kāi)通控制信號(hào)。對(duì)與晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路叫作觸發(fā)電路。所以對(duì)晶閘管的觸發(fā)電路也是重點(diǎn)設(shè)計(jì)。直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普通的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙

16、閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級(jí)控制的方式。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度。電流負(fù)反饋環(huán)為環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以與改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動(dòng)態(tài)限流性能和抗擾動(dòng)性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。本課題設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)雙閉環(huán)的中兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算與檢測(cè)。最后是用MATLAB/SIMULINK對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。第三章 系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)形式和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成31 主電路的選擇與確定直流調(diào)速系統(tǒng)常用的直流電源有三種旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組；靜止式可控整流器；直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在20世紀(jì)60年代以前

17、曾廣泛地使用著，但該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)還要儀態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，因此設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低。圖3.1 VM系統(tǒng)原理圖1957年晶閘管問(wèn)世，已生產(chǎn)成套的晶閘管整流裝置，即右圖3.1晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)V-M系統(tǒng))的原理圖。通過(guò)調(diào)節(jié)處罰裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組與離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不進(jìn)在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實(shí)出較大的優(yōu)越性。直流斬波器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖示于圖3.2，其中VT用開(kāi)關(guān)符號(hào)表示任何一種電力電子開(kāi)關(guān)器件，VD表示續(xù)流二極

18、管。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓US加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，直流電源與電機(jī)脫開(kāi)，電動(dòng)機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復(fù)，得到電樞端電壓波形，如圖3.3所示,好像是電源電壓US在時(shí)間被接上,又在(T-)時(shí)間被斬?cái)?故稱(chēng)“斬波”。這樣，電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為 （3-1）式中 T-功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)周期；-開(kāi)通時(shí)間；-占空比，其中為開(kāi)關(guān)頻率。圖3.2 直流斬波器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理圖 圖3.3 波形圖因此，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求應(yīng)選擇第二個(gè)可控直流電源。對(duì)于要求在一定圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，自動(dòng)控制的直流調(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(guò)調(diào)節(jié)控

19、制角大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源供電。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因?yàn)槿喟氩ㄕ麟娐吩谄渥儔浩鞯亩蝹?cè)含有直流分量，故不采用，本設(shè)計(jì)采用了三相全控橋整流電路來(lái)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(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。主電路原理圖如圖3.4所示圖3.4 主電路原理圖三相全控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(yáng)極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組

20、中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以與接在電路共陽(yáng)極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。晶閘管的控制角都是，在一個(gè)周期6個(gè)晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：VT1VT2VT3VT4VT5VT6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，只有這樣才能使電路正常工作。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過(guò)其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過(guò)電壓、過(guò)電流等保護(hù)裝置。32 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是20 世紀(jì)60 年代在國(guó)外出現(xiàn)的一種新型的調(diào)速系統(tǒng)。70 年代以來(lái), 在我國(guó)的冶金、機(jī)械、制造以與印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣

21、泛的應(yīng)用。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)使用了一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器可以得到轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)節(jié)。從擴(kuò)大調(diào)速圍的角度來(lái)看, 單環(huán)系統(tǒng)已能基本上滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。但是, 任何調(diào)速系統(tǒng)總是需要啟動(dòng)與停車(chē)的, 從電機(jī)能承受的過(guò)載電流有一定限制來(lái)看, 要求啟動(dòng)電流的峰值不要超過(guò)允許數(shù)值。為達(dá)到這個(gè)目的, 采用電流截止負(fù)反饋的系統(tǒng), 它能得到啟動(dòng)電流波形, 見(jiàn)圖3.5中實(shí)線所示。波形的峰值正好達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)所允許的最大沖擊電流, 其啟動(dòng)時(shí)間為。圖3.5 帶有截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng), 除要求對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整外, 很多生產(chǎn)機(jī)械還提出了加快啟動(dòng)和

22、制動(dòng)過(guò)程的要求, 例如可逆軋鋼, 龍門(mén)刨床都是經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的, 為了提高生產(chǎn)率, 要求盡量縮短過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間。從圖3.2啟動(dòng)電流變化的波形可以看到, 電流只在很短的時(shí)間就達(dá)到了最大允許值, 而其他時(shí)間的電流均小于此值, 可見(jiàn)在啟動(dòng)過(guò)程中,電機(jī)的過(guò)載能力并沒(méi)有充分利用。如果能使啟動(dòng)電流按虛線的形狀變化, 充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力, 使電機(jī)一直在較大的加速轉(zhuǎn)矩下啟動(dòng), 啟動(dòng)時(shí)間就會(huì)大大縮短, 只要就夠了。上述設(shè)想提出一個(gè)理想的啟動(dòng)過(guò)程曲線, 其特點(diǎn)是在電機(jī)啟動(dòng)時(shí), 啟動(dòng)電流很快加大到允許過(guò)載能力值, 并且保持不變, 在這個(gè)條件下, 轉(zhuǎn)速得到線性增長(zhǎng), 當(dāng)開(kāi)到需要的大小時(shí), 電機(jī)的電流急劇

23、下降到克服負(fù)載所需的電流值,對(duì)應(yīng)這種要求可控硅整流器的電壓在啟動(dòng)一開(kāi)始時(shí)應(yīng)為, 隨著轉(zhuǎn)速的上升, 也上升, 達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí), 。這就要求在啟動(dòng)過(guò)程中把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量, 使之維持在電機(jī)允許的最大值, 并保持不變。這就要求一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。如下圖3.6圖3.6 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（注: ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG直流測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子裝置 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）為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在

24、系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)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(jí)聯(lián)接，如圖3.6所示。這就是說(shuō)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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用調(diào)節(jié)器。采用型的好處是其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要調(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。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于最大電流 時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)

25、到 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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別形成、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。第四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算41 變流變壓器容量的計(jì)算和選擇在一般情況下，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)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器，這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接。為整流變壓器的總?cè)萘?，為變壓器一次?cè)的容量，為一次側(cè)電壓,為一次側(cè)電流,為變壓器二次側(cè)的容量，為二次側(cè)電壓，為二次側(cè)的電流，、為相數(shù)，以下就是各量的推導(dǎo)和計(jì)算過(guò)程。為了保證負(fù)載

26、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(gè)較小的圍變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓。影響值的因素有：(1)值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大電流值的。(2)晶閘管并非是理想的可控開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用表示。(3)變壓器漏抗的存在會(huì)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。綜合以上因素得到的精確表達(dá)式為： （4-1）式中 表示當(dāng)控制角時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比；表示控制角為時(shí)和時(shí)整流電壓平均值之比；C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)；為變壓器的

27、短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取，1001000千伏安的變壓器取；為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。通常取,供電質(zhì)量較差，電壓波動(dòng)較大的情況應(yīng)取較小值； 表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)么值，對(duì)容量為的電動(dòng)機(jī)，通常。表示主電路中電流經(jīng)過(guò)幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降。- 負(fù)載電流最大值；所以,表示允許過(guò)載倍數(shù)。對(duì)于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知,公式中的控制角應(yīng)取300為宜。，,，（其中A、B、C可以查表4.1中三相全控橋）表4.1變流變壓器的計(jì)算系數(shù)整流電路單相雙半波單相半控橋單相全控橋三相半波三相半控橋三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形0.90.90.91

28、.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289 （4-2）以下為計(jì)算過(guò)程和結(jié)果： （4-3）這里可以取。實(shí)際選取為標(biāo)準(zhǔn)變壓器時(shí)可以通過(guò)改變線圈匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)主電路的不同的接線方式，由表4.1查得即得出二次側(cè)電流的有效值,從而求的、出變壓器二次側(cè)容量。而一次相電流有效值，所以一次側(cè)容量。一次相電壓有效值取決于電網(wǎng)電壓。所以變流變壓器的平均容量為。為各種接線形式時(shí)變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。對(duì)于本設(shè)計(jì)取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故 （4-4）根據(jù)整流變壓器的特性，

29、即取3，所以，所以整流變壓器的容量為： （4-5） （4-6）設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為整流變壓器。42 整流元件晶閘管的選型正確選擇晶閘管能夠使晶閘管裝置在保證可靠運(yùn)行的前提下降低成本。選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓 和額定電流首先確定晶閘管額定電壓，晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，則計(jì)算公式：（4-7）對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的是三相橋式整流電路，晶閘管按1至6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中晶閘管承受的最大電壓， 故計(jì)算的晶閘管額定電壓為（4-8）取。再確定晶閘管額定電流，額定電流有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電

30、流的最大有效值。一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.52倍。 （4-9） （4-10）由此可求出晶閘管的額定電流，其公式為： （4-11）可以取額定電流為50A。本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為KP（3CT）-50A額定電壓： VDRM 800V 額定電流： IT(AV) 50A門(mén)極觸發(fā)電壓：VGT3.5 V 門(mén)極觸發(fā)電流：IGT 300 mA43 電抗器設(shè)計(jì)直流側(cè)電抗器的選擇直流側(cè)串接一個(gè)只有空氣隙的鐵心平波電抗器，以限制電流的波動(dòng)分量，維持電流連續(xù),提高整流裝置對(duì)負(fù)載供電的性能與運(yùn)行的安全可靠性。直流側(cè)電抗器的主要作用為了限制直流電流脈動(dòng)；輕載或空載時(shí)維持電流連續(xù)；在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中限制環(huán)流；限制直流

31、側(cè)短路電流上升率。（1）用于限制輸出電流的脈動(dòng)的臨界電感（單位為mH） （4-12）式中-電流脈動(dòng)系數(shù)，?。?電壓脈動(dòng)系數(shù)，三相全控橋；-輸出電流的基波頻率，單位為，對(duì)于三相全控橋。即 （4-13）（2）用于保證輸出電流連續(xù)的臨界電感（單位為mH） （4-14）式中，-為要求的最小負(fù)載電流平均值，單位為，本設(shè)計(jì)中； -為計(jì)算系數(shù)，三相全控橋。 即 （4-15）（3）直流電動(dòng)機(jī)的漏電感（單位為mH） （4-16）式中，K-計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī)K=812，對(duì)于快速無(wú)補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī)K=68，對(duì)于有補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī)K=56，其余系數(shù)均為電動(dòng)機(jī)額定值。n-極對(duì)數(shù)，取n=2。 即 （4-17）

32、（4）折合到交流側(cè)的漏電抗L（單位為mH） L= （4-18） 式中，%-變壓器短路比，一般取為；-為計(jì)算系數(shù)，三相全控橋。 即 （4-19）（5）實(shí)際要接入的平波電抗器電感 （4-20）可?。?）電樞回路總電感 （4-21）44 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力半導(dǎo)體元件雖有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但承受過(guò)電流和過(guò)電壓的性能都比一般電氣設(shè)備脆弱的多，短時(shí)間的過(guò)電流和過(guò)電壓都會(huì)使元件損壞，從而導(dǎo)致變流裝置的故障。因此除了在選擇元件的容量外，還必須有完善的保護(hù)裝置。441過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)，前常采用的保護(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。這里采用金屬氧化物壓

33、敏電阻的過(guò)電壓保護(hù)。1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)壓敏電阻采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過(guò)電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：壓敏電阻具有正反向一樣的陡峭的伏安特性，在正常工作時(shí)只有很微弱的電流（1mA以下）通過(guò)元件，而一旦出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)電壓，壓敏電阻可通過(guò)高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的圍，并具有損耗低，體積小，對(duì)過(guò)電壓反映快等優(yōu)點(diǎn)。因此，是一種較好的過(guò)電壓保護(hù)元件。 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為Y聯(lián)結(jié)，在變壓器交流側(cè)，采用壓敏電阻的保護(hù)回路，如下圖4.1所示。圖4.1 二次側(cè)過(guò)電壓壓敏電阻保護(hù)（1）壓敏電阻的額定電壓選擇可按下式： （4-22）式中，-壓敏

34、電阻的額定電壓， VYJ型壓敏電阻的額定電壓有：100V、200V、440、760V、1000V等；-變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，對(duì)于星形接法的線電壓等于相電壓，。 （4-23）（2）計(jì)算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時(shí)： （4-24）式中，-能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，；-三相變壓器空載線電流有效值，。 （4-25）（3）計(jì)算壓敏電阻的最大電壓的公式為 （4-26）式中，-壓敏元件特性系數(shù)； -壓敏元件非線性系數(shù)。一般 在2025之間，在取時(shí)，。 （4-27）因此，壓敏電阻額定電壓取650V型壓敏電阻。2直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)整流器直流側(cè)在快速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或橋臂快速熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生過(guò)電壓，可以用

35、非線性元?dú)饧种七^(guò)電壓，本設(shè)計(jì)壓敏電阻設(shè)計(jì)來(lái)解決過(guò)電壓時(shí)(擊穿后)，正常工作時(shí)漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)，除此之外，它對(duì)沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖4.2所示 。 壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計(jì)算：壓敏電阻承受的額定電壓峰值 圖4.2 壓敏電阻保護(hù)電路式中為壓敏電阻的額定電壓；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1.051.10。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角=300時(shí)輸出電壓。 （4-28）對(duì)于本設(shè)計(jì)： （4-29）因此，壓敏電阻額定電壓取350V 型壓敏電阻。3晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)晶閘管對(duì)過(guò)電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過(guò)其斷態(tài)重復(fù)峰

36、值值電壓一定值時(shí)，就會(huì)誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過(guò)其反向重復(fù)峰值電壓一定值時(shí)，晶閘管將會(huì)立即損壞。因此，必須研究過(guò)電壓的產(chǎn)生原因與抑制過(guò)電壓的方法。過(guò)電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來(lái)不與轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來(lái)積聚的電磁能量不能與時(shí)消散而造成的。本設(shè)計(jì)采用如右圖4.3阻容吸收回路來(lái)抑制過(guò)電壓。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式 圖4.3 阻容吸收回路得： （4-30） （4-31）由于一個(gè)周期晶閘管充放電各一次，因此 （4-32） （4-33）功率選擇留56倍裕量 （4-34）因此，電阻R選擇 阻值為,功率選擇1W的電阻。電容C選擇 容量為的電容。442過(guò)電流保護(hù)

37、設(shè)計(jì)過(guò)電流保護(hù)措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)種。（1）在交流進(jìn)線中串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，這些措施可以限制短路短路電流。（2）在交流側(cè)設(shè)置電流檢測(cè)裝置，利用過(guò)電壓信號(hào)去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進(jìn)行封鎖。（3）交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過(guò)電流繼電器或直流側(cè)接入過(guò)電流繼電器，可以在發(fā)生過(guò)電流時(shí)動(dòng)作，斷開(kāi)主電路。（4）對(duì)于大容量和中等容量的設(shè)備以與經(jīng)常逆變的情況，可以用直流快速開(kāi)關(guān)進(jìn)行過(guò)載或短路保護(hù)。直流開(kāi)關(guān)的應(yīng)根據(jù)下列條件選擇： 快速開(kāi)關(guān)的額定電流額定整流電流。 快速開(kāi)關(guān)的額定電壓額定整流電壓。 快速開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗄芰χ绷鱾?cè)外部短路時(shí)穩(wěn)態(tài)短路電流平均電流平均值。快速開(kāi)關(guān)的

38、動(dòng)作電流按電動(dòng)機(jī)最大過(guò)載電流整定 式中，K為電動(dòng)機(jī)最大過(guò)載倍數(shù)，一般不大于2.7；為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。（5）快速熔斷器它可以安裝在交流側(cè)或直流側(cè)，在直流側(cè)與元件直接串聯(lián)。在選擇時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題： 快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。 熔斷器的額定電流應(yīng)大于溶體的額定電流。 溶體的額定電流可按下式計(jì)算 1三相交流電路的一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)在本設(shè)計(jì)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(guò)電流保護(hù)，保護(hù)原理圖4.4如下：圖4.4 一次側(cè)過(guò)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(jì)中變壓器的一次側(cè)的線電壓為380V，熔斷器額定電

39、壓可選擇400V。（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。 本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的電流 （4-35）熔斷器額定電流 （4-36）因此，如圖4.4在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個(gè)熔斷器，按本課題的設(shè)計(jì)要求熔斷器的額定電壓可選400V，額定電流選25A。2晶閘管過(guò)電流保護(hù)圖4.5晶閘管過(guò)電流保護(hù)晶閘管不僅有過(guò)電壓保護(hù)，還需要過(guò)電流保護(hù)。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類(lèi)高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中流過(guò)的大于額定值的電流時(shí)，熱量來(lái)不與散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。晶閘管過(guò)電流

40、保護(hù)方法中最常用的是快速熔斷器。快速熔斷器由銀質(zhì)熔絲埋于石英砂，熔斷時(shí)間極短，可以用來(lái)保護(hù)晶閘管。如右圖4.5快速熔斷器保護(hù)根據(jù)快速熔斷器的要求熔斷器的額定電壓 （4-37） 因此，按本課題的設(shè)計(jì)要求，用于晶閘管過(guò)電流保護(hù)的快速熔斷器的額定電壓可選擇350V。第五章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)51 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts。由附表6.1知，三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts=0.0017s。（2）電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）Toi=3.3ms，因此取Toi=2ms=0.002s。（3）

41、電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。（4）電磁時(shí)間常數(shù)的確定。由前述已求出電樞回路總電感。 （6-1）則電磁時(shí)間常數(shù) （6-2）2. 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 （6-3）式中 -電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；-電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：,參照附表6.2的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3. 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。電流開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，取，因此 （6-4）于是

42、，ACR的比例系數(shù)為 （6-5）式中 電流反饋系數(shù)；晶閘管專(zhuān)制放大系數(shù)。4. 校驗(yàn)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)的近似條件 （6-6）滿足近似條件。（2） 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 （6-7）滿足近似條件。（3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 （6-8）滿足近似條件。5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖6.1，按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為, 取 （6-9），取 （6-10），取 （6-11）按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿足設(shè)計(jì)要求。圖6.1 含濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器52 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)

43、等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由前述已知，則 （6-12）（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)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 （6-13）2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為 （6-14）3. 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，先取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 （6-15）則轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益K （6-16）可得ASR的比例系數(shù)為 （6-17）式中 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。4.檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為 （6-18）（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 （6-19）滿足簡(jiǎn)化條件。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 （6-

44、20）滿足近似條件。5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖6.2 所示，取，則，取 （6-21）, 取 （6-22）, 取 （6-23） 圖6.2 含濾波環(huán)節(jié)的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器6.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查附表6.3典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)得，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于附表6.3是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。計(jì)算超調(diào)量。設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)，已知， ， ，。當(dāng)時(shí)，由附表6.4查得，而調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 （6-24）式中 電機(jī)中總電阻 ； 調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 ；為基準(zhǔn)值，對(duì)應(yīng)

45、為額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)式（6-24）計(jì)算得 （6-25）不能滿足設(shè)計(jì)要求。7. 校核動(dòng)態(tài)最大速降設(shè)計(jì)指標(biāo)要求動(dòng)態(tài)最大速降。在實(shí)際系統(tǒng)中，可定義為相對(duì)于額定轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)態(tài)速降。由，r/min （6-26）h=5時(shí)，查附表6.4得=81.2%，r/min （6-27） （6-28）不滿足動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速降指標(biāo)。8. 轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制從計(jì)算得的退飽和超調(diào)量，可知不滿足動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，因此需加轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。加入這個(gè)環(huán)節(jié)可以抑制甚至消滅轉(zhuǎn)速超調(diào)，同時(shí)可以大大降低動(dòng)態(tài)速降。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖6.3所示。和普通的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相比，在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)上并聯(lián)了微分電容Cdn和濾波電阻Rdn

46、，即在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)帶濾波的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)帶濾波的轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋信號(hào)。圖6.3 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器含有轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖6.4所示:圖6.4 含有轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)中待定的參數(shù)是和，其中轉(zhuǎn)速微分時(shí)間常數(shù)，轉(zhuǎn)速微分濾波時(shí)間常數(shù)是以選定，只要確定，就可以計(jì)算出和了。由工程設(shè)計(jì)方法，近似計(jì)算公式得： （6-29）設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)，已知：，。設(shè)計(jì)要求動(dòng)態(tài)最大超調(diào)，取轉(zhuǎn)速超調(diào)量為，則： （6-30）則微分電容濾波電阻9再次校核動(dòng)態(tài)速降根據(jù)附表6.5，帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋時(shí)，轉(zhuǎn)速微分時(shí)間常數(shù)相對(duì)值 （6-31）又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速降，即則。上述已求出動(dòng)態(tài)速降的基準(zhǔn)值所以 （6-32）參照附表6.5可知，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，而現(xiàn)在，需要滿足，符合上式（6-32要求?？芍獫M足要求。10. 校核調(diào)整時(shí)間根據(jù)附表6.5，在轉(zhuǎn)速微分時(shí)間常數(shù)相對(duì)值時(shí)，則調(diào)整時(shí)間，滿足設(shè)計(jì)要求。 上述的超調(diào)校正選取是根據(jù)設(shè)計(jì)要求條件來(lái)選取的，即從開(kāi)始選