雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

題目：雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué)院：設(shè)

計(jì)

依

據(jù).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)速范圍（DN10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作；.系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率SW2%）；.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn<8%，電流超調(diào)量δi<5%，動(dòng)態(tài)

最大轉(zhuǎn)速降A(chǔ)nW8~10%，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）t

W1s； S.系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)；.調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過(guò)電壓、過(guò)電流等保護(hù)，并且有制動(dòng)措施。.電力電子變流電路采用晶閘管構(gòu)成的三相可控整流電路。第十三組：晶閘管整流裝置：RreC=0.2Q，Ks=70。負(fù)載電機(jī)額定數(shù)

據(jù)：PN=44kW，UN=480V，IN=90A，nN=1600r/min，Ra=0.3Ω，λ

=1.7。系統(tǒng)總電阻R=0.8Ω,Tm=0.47S。設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容.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。.調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括整流變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等）。.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）。.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)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。.繪制V—M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖（要求用計(jì)算機(jī)繪圖）。（建立傳遞函數(shù)方框圖），并研究參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。.整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。一參考資.陳伯時(shí)主編。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）北京：機(jī)械出版社，2003.7.機(jī)械工程手冊(cè)、電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)，電機(jī)工程手冊(cè)第九卷自動(dòng)控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1982.朱仁初、萬(wàn)伯任，電力拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，1994 指導(dǎo)教師簽字日期摘要 31 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 41.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 41.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 51.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 51．4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 62 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器 82.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 82.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 92.3電流調(diào)節(jié)器的作用 93雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計(jì)算 9\o"CurrentDocument"變流變壓器二次相電壓有效值U2的計(jì)算 9變流變壓器容量的計(jì)算： 11取S為40KVA。型號(hào)為SG-40 11晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算 11晶閘管額定電流IT（AV） 11直流側(cè)電抗器的設(shè)計(jì) 12限制輸出電流脈動(dòng)的電感量Lm的計(jì)算 12變流器在最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量LL按下式計(jì)算 12整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算 12電動(dòng)機(jī)電樞電感量LD按下式計(jì)算 13直流側(cè)電抗器電感量L計(jì)算如下 13L為L(zhǎng)和L中較大者的值，所以：L=L=22.563mH 13MAXLm MAXL\o"CurrentDocument"保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算 14過(guò)電壓保護(hù)： 14\o"CurrentDocument"過(guò)電流保護(hù) 16\o"CurrentDocument"電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 17選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 17計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 17效驗(yàn)近似條件 17計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻及電容 18\o"CurrentDocument"轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 18確定時(shí)間常數(shù) 18計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù) 19\o"CurrentDocument"檢驗(yàn)近似條件 19\o"CurrentDocument"校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 20MATLABSimUlink仿真 21\o"CurrentDocument"轉(zhuǎn)速仿真圖與分析 21\o"CurrentDocument"電樞電流仿真圖與分析 22\o"CurrentDocument"8設(shè)計(jì)總結(jié) 23\o"CurrentDocument"9參考文獻(xiàn) 24摘要許多生產(chǎn)機(jī)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(dòng)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(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)形式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，對(duì)電路各元件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器、整流元件、平波電抗器、保護(hù)電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)直流調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)可以大大減少轉(zhuǎn)速降落。圖1.1帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(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)連接，如圖1.2所示，即把轉(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，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，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)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得到無(wú)靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。圖1.2轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性首先要畫(huà)出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖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(shí)，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(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓AU在穩(wěn)太時(shí)總是為零。I圖1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。1．4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖1.4所示。圖中W(S)和W(S)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)ASR ACR器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流Id顯露出來(lái)。實(shí)際上，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和在正常情況下，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，依靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，它們的輸入偏差電壓都是零，因此系統(tǒng)具有絕對(duì)硬的靜特性，即U*=U=αn=αnnn0U*=U=βliid由第一個(gè)關(guān)系式可得U*n=—n=n (3-1)αo從而得到圖3.3所示靜特性的CA段。由于ASR不飽和，U<U*,從上述第二個(gè)關(guān)系式可知I<I。iim ddm這表明，CA段特性從理想空載狀態(tài)的I=0一直延續(xù)到I=I，而I一般都是大于電動(dòng)機(jī)的額定電d ddm dm流I的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。dN（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流上升時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出U*也將上升，當(dāng)I上升到某一數(shù)值（I）時(shí)，ASRi d dm輸出達(dá)到限幅值U*，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流im無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)I=U*m =I （3-2）dββdm其中，最大電流Idm是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。所描述的靜特性對(duì)應(yīng)于圖1.5中的AB段，它是一條垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于n<n的情況，0因?yàn)槿绻鹡>n，則U>U*，ASR將退出飽和狀態(tài)。0 nn由以上分析可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm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)到I時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的飽和輸出U*，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)dm im器ACR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)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性要強(qiáng)得多。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大。靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，見(jiàn)圖1.5中的虛線?？傊?，雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號(hào)的過(guò)渡過(guò)程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和接近穩(wěn)定運(yùn)行中表現(xiàn)為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。圖1.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形圖2.1為突加給定電壓U*n時(shí)，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶負(fù)載IdL條件下起動(dòng)過(guò)程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和（I）、飽和（II）、退飽和（III）三個(gè)階段。第I階段電流上升的階段 （0--t1）突加給定電壓U*n后，Id上升，當(dāng)Id小于負(fù)載電流IdL時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)Id≥IdL后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，ASR輸入偏差電壓仍較大，ASR很快進(jìn)入飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。直到Id=Idm，Ui=U*im。特點(diǎn)：ASR由不飽和進(jìn)入飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速增加較慢、電流快速上升到Idm。第II階段恒流升速階段 （t1--t2）ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)為在恒值電流U*im給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)，直到n=n*。電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，UdO和UC也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持Id恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，Id應(yīng)略低于Idm。特點(diǎn)：ASR處于飽和狀態(tài)一一轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)；電流無(wú)靜差系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速線性上升；Id略小于Idm第In階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)作用，ACR力圖使Id盡快地跟隨U*i，或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。當(dāng)n=n*時(shí)，ASR輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*im，所以電機(jī)仍在加速，使n>n*。ASR輸入偏差電壓變負(fù)，開(kāi)始退出飽和，U*i和Id很快下降。但是，只要Id仍大于負(fù)載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t=t3時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力下減速，在一小段時(shí)間內(nèi)（t3~t4），Id<IdL，直到穩(wěn)定Id=IdL，n=n*。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，會(huì)有振蕩過(guò)程。特點(diǎn)：ASR不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用；ACR起跟隨作用；轉(zhuǎn)速有超調(diào)。起動(dòng)過(guò)程的三個(gè)特點(diǎn)：（1）飽和非線性控制；（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制（有限制條件的最短時(shí)間控制）2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用使轉(zhuǎn)速9跟隨給定電壓U*變化，當(dāng)偏差電壓為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用；其輸出m限幅值決定允許的最大電流。2.3電流調(diào)節(jié)器的作用在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓U*變化；對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；起動(dòng)時(shí)保證獲得i允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動(dòng)；當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護(hù)作用。當(dāng)故障消失時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計(jì)算3.1變流變壓器二次相電壓有效值U2的計(jì)算一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要用變流變壓器。通過(guò)此變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置與電網(wǎng)隔離，減少了電網(wǎng)與晶閘管變流裝置的互相干擾，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U只2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U。2精確計(jì)算U要考慮一下因素：21）不同主電路接線方式和負(fù)載性質(zhì)。2）電網(wǎng)電壓波動(dòng)。3）變壓器的漏抗。4）最大過(guò)載電流時(shí)，包括電動(dòng)機(jī)電阻等的壓降。U2U[1+(r+r)Idrmaxc—r]+nUN D 二 I D Td F MA[εB-d100Id其中r= ?R=，?(R-R)=90*(0.8-0.3)/480Ω=0.09375ΩPUdU∑aNNrD=In-?Ra=100?0.3Q=0.0625QU480n—dmax=λ=1.5Idn=2,U=1V,ε=0.9,α=30。TA=2.34一 、；3 -B=cosα=—=0.866C=0.5U=102 kU2\o"CurrentDocument"U[1+r(dmax-1)]+nU

NaI TA[εB-CU%I" K .―dmaxI100I=355.33Vd(U2應(yīng)取360V)表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A=U/U d0 20.90.90.91.172.342.341.17B=U/Udα d0Cosa1+cosacosacosa1+cosaCoSaCoSa22C0.7070.7070.7070.8660.50.50.5K=I/1 I2 2 d_0.707110.5780.8160.8160.2893.2變流變壓器容量的計(jì)算：m1=m2=3S=S=S=muI1 2 222I=KIλ=0.816X90X1.7=124.8482 12d式中，K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)K取0.816,且I2 I2忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗。)所以S=mUI=3X90X124.848=33.7kVA2 22取S為40KVA。 型號(hào)為SG-40晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算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Um，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2~3倍的安全系數(shù)，即按下式選取U=(2~3)U，對(duì)于本設(shè)計(jì)，U=6UUTNm m 2U=(2~3)√6U=(2~3)、石X360=1763~2645VTN 2晶閘管額定電流1t(AV)為使晶閘管元件不因過(guò)熱而損壞，需要按電流的有效值來(lái)計(jì)算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電流的最大有效值?？砂聪率接?jì)算：IT(AV)=(1.5~2)I—T-1.57=(1.5~2)X=(1.5~2)X0.368X(90X1.7)=84.4~122.6A晶閘管額定電流取120A。3.5直流側(cè)電抗器的設(shè)計(jì)直流側(cè)電抗器的主要作用為限制直流電流脈動(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；限制直流側(cè)短路電流上升率。3.6限制輸出電流脈動(dòng)的電感量Lm的計(jì)算(UU)x103U

= dm 2 22兀fSIid(mH)Udm=0.80由相關(guān)數(shù)據(jù)得：2f=300dS=20%iI=I=86AdNr (U所以，L=-I

mU)x103U■dm 2 \SIid0.8x103 140(mH)= X =3.456(mH)2兀X3000.2x86Lmd2兀f變流器在最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量LL按下式計(jì)算K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693LLI取5%Idmin dN則I =5%I=5%x86=4.3Admin dNL=Ku~(mH)=0.693X140=22.563(mH)LLI 4.3dmin整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算U—變壓器次級(jí)相電壓有效值2I—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流dK—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)B對(duì)于本設(shè)計(jì)，￡=39UK=W則LB=KUU(mH)=3.9X5—X140=0.317(mH)B100I 10086N3.9電動(dòng)機(jī)電樞電感量Ld按下式計(jì)算L=KUNX103(mH)DD2pnIN式中，U、I為電動(dòng)機(jī)額定電壓和額定電流；n和P為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和磁極對(duì)KD為計(jì)算系數(shù)，NN對(duì)有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)K取5~6。DK=5D則P=2n=750r：min所以，LD=KD磊×103(mH)=25X105Z；6=2?132(mH)N3.10直流側(cè)電抗器電感量L計(jì)算如下L為L(zhǎng)和L中較大者的值，所以：L=L=22.563mHMAXLm MAXL貝UL=L —(L+2L)=22.563-(2.132+2X0.317)=19.797(mH)MAXDB根據(jù)本設(shè)計(jì)所選電抗器電感量L取20mH。所以：L=L+L+2L=20+2.132+2*0.317=22.766(mH)Σ DBR=1.2ΩΣL 22.766τ=-∑= iR1.2

Σ=18.972(ms)4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1過(guò)電壓保護(hù)：①交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù)采用RC過(guò)電壓抑制電路如圖3所示，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):K=900eS=50KVAbU*=900VNSC=K"(微法)eU*2NX50*103=55.556μF9002取60μFU=—NIRf愛(ài)=1?279ωNf=50Hz?'1.279 -=100VK="91ω 取10ωU=1.5U=1.5X140=210VC2I=2兀fCUX10-6=2X3.14X50X60X210X10-6=3.956ACCP≥(3~4)I2R=(3~4)X3.9562x10W=(469.498~625.997)WRC表2 不同聯(lián)結(jié)時(shí)的K值e變壓器聯(lián)接型式電容器三角形聯(lián)結(jié)K值e電容器星型聯(lián)結(jié)K值eY/Y,初級(jí)中點(diǎn)不接地150 450 Y∕Δ,初級(jí)中點(diǎn)不接地300 900 所有其他接法900 2700 ②直流側(cè)的過(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3.2所示。圖4.1壓敏電阻保護(hù)電路③晶閘管換相過(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UDRM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)生原因及抑制過(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)不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來(lái)積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的。I=1001TNU=900VTNL=L=0.317mHKBC=(2.5-5)x103/=(2.>5)x103×1Q0=(0.2$0.5UFTN取0.5uFU:(1.1~1.5)二(1.1~1590(‰(9904350)R=(1~3)TN%=(1~3)×0.317O-=(0.79~2.389KQ所以取2KQ4.2過(guò)電流保護(hù)①變壓器一次側(cè)保護(hù)C圖4.3一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)電路由之前計(jì)算可知：4=KIJ,maχ$I2A105264×探=38.781A11熔斷器保護(hù) I=3II=√3X38.781=67.171A 取70AFU1 1②晶閘管保護(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)不及散發(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)熔絲埋于石英砂內(nèi)，熔斷時(shí)間極短，可以用來(lái)保護(hù)晶閘管。5電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)5.1計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)平均失控時(shí)間：Ts=0.0017S（1~2）Toi=3.33msT.=0.002Soi選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求o,≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)誤差，可按典型I行系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。Tv=T+T=0.0037S）,i SOi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)：，=T1=0.0190S電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求oi≤5%時(shí)，應(yīng)取KT?i=0.5因此0.5 0.5KT= = =135.1S-1iTv 0.0037?i電流反饋系數(shù)：10P= =0.076V/A1.5IN于是，ACR的比例系數(shù)為:K=KR=135」X0.019X0.5=0676iKP 25X0.076 .S5.4效驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：ω=K=135.1s-1ciI1_ 13T-3X0.0017S=196.1S-1>ω.ci3''?=3X.\ 1 =46.402s-1<ω.?TT1 ?0.22X0.019 Cmml 11' 13\0.0017X0.002=180.775S-1>ωci（以上三個(gè)系數(shù)都滿(mǎn)足要求）5.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻及電容按所用運(yùn)算放大器取R0=40KQ，各電阻和電容值為:R=KRC=0.676X40=27.04KQ

ii0「τ, 0.019C=-= IR 27X103i=0.704μF4TC=J=0.2μFθiR0取取取27KQ1μF0.2μF按照上訴參數(shù)，根據(jù)典型I型動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)參數(shù)的關(guān)系（具體見(jiàn)下表）可知σ=4.3%＜。=5%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比ξ1.00.80.7070.601超調(diào)量δ0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間tr∞6^6T-4τT-3^3T-27t-峰值時(shí)間tp∞8^3T-6.2T4.7T3^6T-相對(duì)穩(wěn)定裕度Y76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率ωc0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：EWKIT￡i=0.5，則1/KI=2T￡i=2X0.0037=0.0074s。2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。3）按小時(shí)間近似處理，T￡n=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為:τ=hT,=5X0.0174=0.087sn Zn轉(zhuǎn)數(shù)開(kāi)環(huán)增益：h h+1 6N—2h2T2v—2X52X0.01742

Zn=396.4S-2C=(U-IR)/Nn=(110-86X0.5)/750=0.089v?min/re nNa'10v

α= =0.0133750min/r則ASR的比例系數(shù)為:”(h+1)βCTC…

K= j=3.215n 2haRT,Zn6.3檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：ω=KN=Kτ=396.4X0.087=34.5S-1Cnωnn

I1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：13K—I-=63.7s-1>ωT CZi（滿(mǎn)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=38.7S-1>ωcn（滿(mǎn)足近似條件）原理圖見(jiàn)下圖：圖6.3轉(zhuǎn)速原理圖校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量理想空載啟動(dòng)時(shí)設(shè)2=0,已知數(shù)據(jù)：入=1.5,R=0.5Q,I=86A,nnN=750r/min，Ce=0.089V.min/r,Tm=0.22s,々J0.0174'。當(dāng)h=5時(shí)，由下表可知AC―max=81.2%Cb地型!［理跟費(fèi)物態(tài)抗擾性能指標(biāo)與善的變?cè)?14%￡-。 i∣J五屋一77.5,?SI,z,?^8?.J%B9,aw9l∣f!r?1.452.70，出3.TOj15J.Ξ53MJ"…7g-.?I布11。例?日,5U”麻圖6.4動(dòng)態(tài)抗干擾則σ=2*0.812*1.5*483.1*0.0174∕750∕0.22=12.4%>8%,不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求n當(dāng)h=3時(shí)也不符合要求，這時(shí)應(yīng)當(dāng)引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋調(diào)節(jié)，有效地抑制超調(diào)量，這里不再進(jìn)行計(jì)算。調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降：An=IR/C=IR/C=86*0.5/0.089=483.1r/minNNeNae動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降：T 0.0174An=2FTAn=2義1×—義483.1=76.412r/minbTN 0.22MAC由已知得，h=5時(shí)，--max=81.2%,則bΔCΔnmax^m^Δn=0.812X76.412=62.047r/minCbbΔnΔn maxnN62547二8.27%因?yàn)樽畲筠D(zhuǎn)速降Δn≤8~10%，滿(mǎn)足條件當(dāng)h=5時(shí)，查表可知片8."則t=8.8XT=8.8X0.0174=0.153S≤1s,滿(mǎn)足條件。S ΣnMATLABSimulink仿真采用了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者要學(xué)則ASR和ACR兩個(gè)調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)，有效的方法是使用調(diào)節(jié)器的工程方法。這樣可使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。但工程設(shè)計(jì)是在一定的近似條件下得到的，如果使用MATLAB仿真軟件進(jìn)行仿真，可以根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行必要的修正和調(diào)整。校正后轉(zhuǎn)速、電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過(guò)化