控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、河北聯(lián)合大學(xué)課程設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目： 不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 梁秀滿 2013年12月13日河北聯(lián)合大學(xué)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名班級(jí)設(shè)計(jì)題目題目六：不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)評(píng)定成績(jī)答辯成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)總成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)要求一 性能指標(biāo)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：系統(tǒng)無(wú)靜差動(dòng)態(tài)指標(biāo)：；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)。二 給定電機(jī)及系統(tǒng)參數(shù)，主回路總電阻系統(tǒng)飛輪慣量系統(tǒng)最大給定電壓ACR、ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為，三 設(shè)計(jì)步驟及說(shuō)明書(shū)要求1 畫(huà)出雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明工作原理。2 根據(jù)給定電機(jī)參數(shù)，設(shè)計(jì)整流變壓

2、器，并選擇變壓器容量；選擇晶閘管的參數(shù)并確定過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)元件參數(shù)。3 分析觸發(fā)電路及同步相位選擇。4 設(shè)計(jì)ACR、ASR并滿足給定性能指標(biāo)。5 完成說(shuō)明書(shū)，對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分析時(shí)，應(yīng)先畫(huà)出本環(huán)節(jié)原理圖，對(duì)照分析。6打印說(shuō)明書(shū)（A4），打印電氣原理圖（A4）。目錄1總體設(shè)計(jì)方案的選擇42整體電路的設(shè)計(jì)42.1整流電路的確定52.2晶閘管結(jié)構(gòu)形式的確定62.3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及原理73調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算83.1 變壓器參數(shù)的計(jì)算83.2晶閘管的計(jì)算：103.3平波電抗器的參數(shù)113.4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算134驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)165雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)175.

3、1速度檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算175.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)175.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)19參考文獻(xiàn)23附錄241總體設(shè)計(jì)方案的選擇速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)速。又采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，限制了起（制）動(dòng)時(shí)的最大電流。這對(duì)一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已能滿足要求。 但是由于電流截止負(fù)反饋限制了最大電流，加上電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達(dá)最大值后迅速降下來(lái)，這樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距也減小了，使起動(dòng)加速 過(guò)程變慢，起動(dòng)（調(diào)整時(shí)間ts）的時(shí)間就比較長(zhǎng)。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過(guò)渡時(shí)間，所以

4、希望能夠充分利用晶閘管元件和電動(dòng)機(jī)所允許的過(guò)載能力，使起動(dòng)的 電流保護(hù)在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升，使過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間大大縮短。另一方面，在一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出端綜合幾個(gè)信號(hào)，各個(gè)參數(shù) 互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點(diǎn)就應(yīng)用轉(zhuǎn)速電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。2整體電路的設(shè)計(jì)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1保護(hù)電路三相交流電路整流直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路三相橋式整流電路供電圖1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架本設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)

5、的可調(diào)整流裝置供電，采用三相橋式全控整流電路作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)直流電源。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角的大小來(lái)控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)M的電源電壓。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式  n=Ud-IdRCe2.1整流電路的確定變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，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(jī)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(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)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(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)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Ud，從而實(shí)

6、現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)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(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)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(dòng)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(shí)電壓Ud。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相全控橋式整流電路。考慮使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠

7、，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)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所示，習(xí)慣將其中陰極連接在一起到3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽(yáng)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(hào)，即共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個(gè)晶體管分別是VT1、VT3、VT5,共陽(yáng)極組中與a，b，c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別是VT4、VT6、VT2。其工作特點(diǎn)如下：1）每個(gè)時(shí)刻均需兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個(gè)晶閘管是共

8、陰極組的，一個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同一相的晶閘管。2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：六個(gè)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(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差;同一相的上下兩個(gè)橋臂即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2脈沖相差。 圖2 三相橋式全控整流電路原理圖3）整流輸出電壓一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為六脈波整流電路。4）在整流電路合閘啟動(dòng)過(guò)程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)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?。Q為寬脈沖觸

9、發(fā)；另一種方法是，在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給前一個(gè)晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖，即用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)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，導(dǎo)致漏感增大，脈沖前沿不夠陡，對(duì)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)。2.2晶閘管結(jié)構(gòu)形式的確定晶閘管整流是把交流變直流整流的過(guò)程中，采用三相橋式全控整流電路?？煽卣鞯脑恚寒?dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間承正向電壓并且門(mén)極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門(mén)極的觸發(fā)

10、信號(hào)晶閘管依然導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間承受反向電壓并且門(mén)極不管加不加觸發(fā)信號(hào)晶閘管關(guān)斷。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓的不同，確定整流變壓器的輸出電壓和可控整流電路的結(jié)構(gòu)形式。一般情況，當(dāng)控制角為0°時(shí)，整流輸出電壓的有效值Ud0應(yīng)約等于1.1倍的電動(dòng)機(jī)額定電壓Un，運(yùn)算關(guān)系參照下表1。整流電路單相全波三相半波三相全波六相半波Um2 U2*2U26U22U2m2366Ud00.9U2cos1.17U2cos2.34U2cos1.35U2cos表1運(yùn)算關(guān)系電路結(jié)構(gòu)確定后既要進(jìn)行晶閘管的型號(hào)選擇:一般取晶閘管的額定電壓為1.5-2倍的Um額定電流大于2倍的電動(dòng)機(jī)額定電流In確定。2.3閉環(huán)調(diào)

11、速系統(tǒng)的組成及原理為了實(shí)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)置兩個(gè)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。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接，如圖3所示，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器（ACR）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。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速換在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖3轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定電壓的最

12、大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子電換器的最大輸出電壓Udm。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在為穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 Un*=Un=n=n0Ui*=Ui=nId=IdLUc=Ud0Ks=Cen+Id RKs=CeUn*+IdL RKs在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓Un*決定的，ASR的輸出量Ui*是有負(fù)載電流IdL決定的，而控制電壓Uc的大小則同時(shí)取決于n和Id。這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量在動(dòng)態(tài)過(guò)程中決定于輸入量的積分，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，

13、而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI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)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =Unm*nmax 電流反饋系數(shù) =Uim*Idm 3調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算3.1 變壓器參數(shù)的計(jì)算 1）次級(jí)電壓U2的計(jì)算： 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U2只能在一個(gè)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(jí)電壓U2。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

14、值Ud（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UT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U2精確表達(dá)式為：U2=UN1+raIdmaxId-1+nUTAB-CUK%100IdmaxId A=Ud0/U2，表示當(dāng)控制角=0°時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。B=Ud/Udo，表示控制角為時(shí)和=0°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%=5，1001000千伏安的變壓器取UK%=58.為

15、電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%-10%，即=1.050.9C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)ra=INRUN表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻 的標(biāo)么值，對(duì)容量為15150KW的電動(dòng)機(jī)，通常ra=0.080.04nUT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)算所得的U2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30°為宜。=0.9 A=2.34 B=cos30°=32 C=0.5 UK%=5ra=INRUN=82.55*(0.7+1.4)230=0.75U2=UN1+raIdmaxId-1+nUTAB-CUK%10

16、0IdmaxId=230*1+0.75*2-1+2*12.34*0.9*32-0.5*5100*2=236.99V所以取U2=240V 2）次級(jí)電流I2和變壓器容量：I2=K12Id, K12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)K12取0.816,m取3且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故I2=K12Id=0.816×2×82.55=134.72AS=1/2（S1+S2）=m1U1I1=m2U2I2=3×240×134.72=97KVA考慮到晶閘管和電抗器的壓降，變壓器本身的漏磁，并根據(jù)變壓器應(yīng)留有一定裕量的原則，選擇參

17、數(shù)為額定容量為120KVA。3.2晶閘管的計(jì)算： 1)晶閘管的額定電壓計(jì)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(shí)，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(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2-3倍。本設(shè)計(jì)中峰值電壓UTM=6U2=6×240=587.9V故晶閘管電壓定額UTN=(23)UTM=(23)×587.9=(1175.81763.7)V取其電壓定額UTN=1500V。 2）晶閘管的額定電流計(jì)算晶閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流來(lái)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(guò)額定結(jié)溫是允許流過(guò)的最大

18、工頻正弦半波電流的平均值。因此在使用時(shí)同樣應(yīng)按照實(shí)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(lái)選取晶閘管的電流定額，并留有一定裕量。一般取其通態(tài)平均電流為此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5-2倍?？砂聪率接?jì)算：IT(AV)=(1.52)KfbIdm式中計(jì)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(yáng)極電路的支路數(shù)。當(dāng)時(shí)，三相全控橋電路=0.368故晶閘管額定電流 IT(AV)=1.52KfbIdm=1.52×0.368×2×82.55=(91.14121.5)取其電流定額為100A。3.3平波電抗器的參數(shù) 在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流

19、會(huì)增加電機(jī)的發(fā)熱，同時(shí)也產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，為了避免或減輕這種影響，須設(shè)置平波電抗器。平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。通常首先給定最小電流(以A為單位通常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%-10%)，再利用它計(jì)算所需的總電感量（以為單位），減去電樞電感，即得平波電抗器應(yīng)有的電感值。 1）電流連續(xù)的臨界電感量L1的計(jì)算平波電抗器的臨界電感量L1（單位mH）可由下式計(jì)算 式中K1為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得K1=0.693，由技術(shù)要求知Idmin=5%Id，所以L1=K1U2Idmin=0.693×2405%×82.55=40.3mH2）限制

20、輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量L2的計(jì)算由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常伏在需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)傳入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量L2（單位mH）可由下式計(jì)算 式中K2為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，Si為電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路。根據(jù)本電路形式查表可得K2=1.045，所以L2=K2U2SiId=1.045×24010%×82.55=30.38mH3）電動(dòng)機(jī)電感量L

21、D的計(jì)算電動(dòng)機(jī)電感量LD（單位mH）可按下式計(jì)算 式中Ud 、Ld、n直流電動(dòng)機(jī)額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速；P電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)取=812。所以LD=KDUd2pnId=10×230×1032×2×1450×82.55=4.8mH （取P=2,=10）4）實(shí)際串入平波電抗器的電感量L的計(jì)算由于變壓器的漏電感很小，可以忽略不計(jì)，那么串入平波電抗器的電感量L=maxL1,L2-LD=40.3-4.8=35.5mH 取其電感值為36mH3.4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算1過(guò)電壓保護(hù)：交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù)圖4 交流過(guò)電壓原理圖 

22、  采用RC過(guò)電壓抑制電路如圖4示，在變壓器次級(jí)并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場(chǎng)能而存儲(chǔ)起來(lái)，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)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。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)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù)C13×6i0%STU22(F)   電容C的耐壓 Uc1.5×3×2U2(V) R3×2.3U22STUk%i0%()電阻R的功率為 PR(34)IC2R(W) IC=2fCUC×10-6(A

23、)式中 ST變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）U2變壓器次級(jí)相電壓有效值（V）i0%勵(lì)磁電流百分比，當(dāng)ST幾百伏安時(shí) i0%=10，當(dāng)ST1000伏安時(shí) i0%=35Uk%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（A，V） 對(duì)于本設(shè)計(jì)，Uk%=5， i0%=5，ST=97/3=32.3KVA（1）    電容器的計(jì)算C13×6i0%STU22=2×5×32.3×1032402=5.6(F) ,取6 F Uc1.5×3×2U2=1.5×6×240=881.8(V) 取

24、700V選擇C=6F，耐壓700V的金屬化紙介電容(2)電阻值的計(jì)算 R3×2.3U22STUk%i0%6.9×240232.3×10355=12.3()取R=13 RC支路電流IC近似為 IC=2fCUC×10-6=2×3.14×50×6×240×10-6=0.45(A)電阻R的功率為 PR34IC2R=34×0.452×13=7.910.53(W)直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)   整流器直流側(cè)開(kāi)斷時(shí)，如直流側(cè)快速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或橋臂快熔熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生 過(guò)電壓，

25、如圖二所示本設(shè)計(jì)用非線性元?dú)饧种七^(guò)電壓，在A、B之間接入的是壓敏電阻，這是由氧化鋅、氧化鉍等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，它具有正反向相同的很陡的伏安特性，擊穿前漏電流為微安數(shù)量級(jí)，損耗很小，過(guò)電壓時(shí)(擊穿后)則能通過(guò)達(dá)數(shù)千             安的浪涌電流， 所以抑制電流能力很強(qiáng)。壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計(jì)算 U1mA1.82.2Ud0(V)Ud0為晶閘管控制角 =0°時(shí)直流輸出電壓    

26、60;                            對(duì)于本設(shè)計(jì)： U1mA1.82.2Ud01.82.2×230=414506(V)通常用于中小功率整流器操作過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻通流容量可選擇（35）KA晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)    在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶

27、閘管換相過(guò)電壓的保護(hù)。串聯(lián)電阻R的作用一是阻尼LTC回路的震蕩，二是限制晶閘管開(kāi)通瞬間的損耗且可減小電流上升率di/dt。R、C值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，對(duì)于本設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為82.55A，故C可取0.3F ,R可取20 。2）過(guò)電流保護(hù)                              &#

28、160;  在電路中串接的器件是快速熔斷器，這是一種最簡(jiǎn)單有效而應(yīng)用最普遍的過(guò)電流保護(hù)元件，其斷流時(shí)間一般小于10ms，按圖四接法熔斷器與每一個(gè)晶閘管元件相串聯(lián)，可靠的保護(hù)每一個(gè)晶閘管元件。 4驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì) 要使晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通，必須施加觸發(fā)脈沖，在晶閘管觸發(fā)電路中必須有觸發(fā)電路，觸發(fā)電路性能的好壞直接影響晶閘管電路工作的可靠性，也影響系統(tǒng)的控制精度，正確設(shè)計(jì)觸發(fā)電路是晶閘管電路應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。1 單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路2 正弦波同步觸發(fā)電路 3 鋸齒波同步觸發(fā)電路 4 集成觸發(fā)電路 ：移相范圍小于180度，為

29、保證觸發(fā)脈沖的對(duì)稱度，求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用范圍：應(yīng)用于各種晶閘管。 根據(jù)晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求決定采用集成觸發(fā)電路 5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)5.1速度檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算電動(dòng)勢(shì)常數(shù)： Ce=Un-INRanN=230-82.55×0.71450=0.119Vmin/r轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=Unm*nN=101450=0.0069Vmin/r 電流反饋系數(shù) =Uim*Idm=Uim*IN=82×82.55=0.048V/A 5.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（1）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)時(shí)間常數(shù)的確定整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，即三相橋式電路的平

30、均失控時(shí)間 Ts=0.0017s。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。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。電磁時(shí)間常數(shù)Tl和機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm的確定：由前述已求出電樞回路總電感： L=36mH R=0.7+1.4=2.1 電磁時(shí)間常數(shù) Tl=LR=0.0362.1=0.017s機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=GD2R375CeCm=11.76*2.1375*0.119*0.119*30/=0.487s （2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量i5% 并且保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可

31、以按典型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，因此電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 （3-9） 另檢查電源電壓的抗擾動(dòng)性能：TlTi=0.0170.0037=4.59，參照表3-1的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能可采用PI調(diào)節(jié)器。參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間tp8.3T6.2T 4.7T3.6T相對(duì)穩(wěn)定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率c0.243

32、/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.017s 晶閘管裝置放大系數(shù)：KS=UdUc=2.34U2cos308=61電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求%5%時(shí)，應(yīng)取KITi=0.5因此KI=0.5=0.50.0037=135.1于是，ACR的比例系數(shù)為 Ki=KIiRKs=135.1*0.017*2,161*0.048=1.647（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13Ts=13*0.0017=196.1s-1wci 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31TmTl=3*

33、10.487*0.017=32.98s-1wci 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131TsToi=3*10.0017*0.002=180.8s-1wci 滿足近似條件（5）. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖5-3，按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為Ri=KiR0=1.647×40k=65.88 k 取65 kCi=iRi =0.01765×1000=0.26uF 取0.26 uF 取0.2 uF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。 . 表5-1 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.

34、50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度截止頻率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T5.3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)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由前述已知，則（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)為則轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益可得ASR的比例系數(shù)為Kn=(h+1)CeT