課程設(shè)計--v-m雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　題 目: V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　采用晶閘管三相橋式整流,電機參數(shù)：晶閘管整流裝置：Rrec=0.0

2、32Ω，Ks=45-48。</p><p>　　PN=90KW,,電流過載倍數(shù)為。系統(tǒng)主電路：R∑=0.12Ω，機電時間常數(shù)Tm=0.1s;無靜差（靜差率s≤2）;動態(tài)性能指標：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜8%，電流超調(diào)量5%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）ts≤1s </p><p>　　要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p>&

3、lt;p><b>　　系統(tǒng)原理圖設(shè)計；</b></p><p>　　對轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)；</p><p>　　主電路，控制電路，保護電路設(shè)計；</p><p>　　系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖，動態(tài)圖繪制；</p><p>　　主電路選擇計算，校驗；</p><p><b>　　時間安排

4、：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 2013年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 </p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　1設(shè)計任務(wù)初始條件及要求2&

5、lt;/p><p><b>　　1.1初始條件2</b></p><p>　　1.2要求完成的任務(wù)2</p><p>　　2 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成3</p><p>　　2.1晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定3</p><p>　　2.1.1 設(shè)計思路3</p><p>　

6、　2.1.2 主電路的確定3</p><p>　　2．2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成4</p><p>　　3 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算5</p><p>　　3.1 整流變壓器容量計算5</p><p>　　3.1.1 次級電壓U25</p><p>　　3.1.2 次級電流I2和變壓器容量7

7、</p><p>　　3.2 晶閘管的電流、電壓定額計算7</p><p>　　3.2.1 晶閘管額定電壓UTN7</p><p>　　3.3 平波電抗器電感量計算8</p><p>　　3.4 保護電路的設(shè)計計算9</p><p>　　3.4.1 過電壓保護9</p><p>

8、　　3.4.2 過電流保護12</p><p>　　4 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計13</p><p>　　5 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動態(tài)設(shè)計14</p><p>　　5．1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計14</p><p>　　5.1.1 時間常數(shù)的確定14</p><p>　　5.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇15<

9、/p><p>　　5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算15</p><p>　　5.1.4 近似條件校驗15</p><p>　　5.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)16</p><p>　　5．2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計16</p><p>　　5.2.1 時間常數(shù)的確定16</p><p>　　5.2

10、.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇16</p><p>　　5.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算17</p><p>　　5.2.4 近似條件校驗17</p><p>　　5.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)17</p><p>　　5.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量17</p><p><b>　　6仿真18</b&

11、gt;</p><p>　　6.1系統(tǒng)仿真框圖18</p><p>　　6.2仿真模型的建立19</p><p>　　6.3仿真模型的運行19</p><p>　　6.3.1空載時仿真圖形21</p><p>　　6.3.2滿載時仿真波形22</p><p>　　7 總結(jié)與體會23&

12、lt;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力拖動自動控制系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置，它被廣泛地應(yīng)用于一般生產(chǎn)機械需要動力的場合，也被廣泛應(yīng)用于精密機械等需要高性能電氣傳動的設(shè)備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到應(yīng)用。晶閘

13、管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　本設(shè)計報告首先根據(jù)設(shè)計要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對電路各元件參數(shù)的計算和

14、器件的選型，包括整流變壓器、整流元件、平波電抗器、保護電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算。最后給出參考資料和設(shè)計體會。</p><p>　　1設(shè)計任務(wù)初始條件及要求</p><p><b>　　1.1初始條件</b></p><p><b>　　（1）技術(shù)數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　直流電動

15、機：PN=90KW，UN=440V ，IN=220A ， nN=1800r/min</p><p>　　最大允許電流 Idbl=1.5IN</p><p>　　三相全控整流裝置：Ks=40-48</p><p><b>　　電流過載倍數(shù)為</b></p><p>　　系統(tǒng)主電路：R∑=0.12Ω，機電時間常數(shù)Tm=0.1

16、s</p><p><b>　　技術(shù)指標 </b></p><p><b>　　穩(wěn)態(tài)指標：無靜差</b></p><p>　　動態(tài)指標：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜8%，電流超調(diào)量5%，</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間(調(diào)節(jié)時間）ts≤1s </p><p>　　1.2要求完

17、成的任務(wù)</p><p><b>　　技術(shù)要求： </b></p><p>　?。?）該調(diào)速系統(tǒng)能進行平滑的速度調(diào)節(jié)，負載電機不可逆運行，具有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)在5%負載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù)。 </p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容

18、：</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)原理圖設(shè)計；</p><p>　　（2）對轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)；</p><p>　?。?）主電路，控制電路，保護電路設(shè)計；</p><p>　?。?）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖，動態(tài)圖繪制；</p><p>　?。?）主電路選擇計算，校驗；</p><

19、p>　　2 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成</p><p>　　2.1晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定</p><p>　　2.1.1 設(shè)計思路</p><p>　　本設(shè)計中直流電動機由單獨的可調(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機的可調(diào)直流電源。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角а的大小來控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動機M的電源電壓。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機械特性方

20、程式 </p><p>　　n=( Ud/CeФ)-(RO+Ra)T/ CeCTФ2 ①</p><p>　　Ud 整流電壓 </p><p><b>　　RO 整流裝置內(nèi)阻</b></p><p>　　由上式可知，改變Ud，即可改變轉(zhuǎn)速n。</p&

21、gt;<p>　　2.1.2 主電路的確定</p><p>　　雖然三相半波可控整流電路使用的晶閘管個數(shù)只是三相全控橋整流電路的一半，但它的性能不及三相全控橋整流電路。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動小，適合直流電動機的負載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。把該電路應(yīng)用于本設(shè)計，能實現(xiàn)電動機連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動機不可逆運行等技術(shù)要求。</p&g

22、t;<p>　　三相全控橋整流電路實際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽極組串聯(lián)電路，如圖2-1所示，三相全控橋整流電路可實現(xiàn)對共陰極組和共陽極組同時進行控制，控制角都是。在一個周期內(nèi)6個晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：，6個觸發(fā)脈沖相位依次相差。為了構(gòu)成一個完整的電流回路，要求有兩個晶閘管同時導(dǎo)通，其中一個在共陽極組，另外一個在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴格按編號輪流導(dǎo)通。晶閘管與 按A相，晶閘管與

23、按B相，晶閘管與 按C相，晶閘管接成共陽極組，晶閘管 接成共陰極組。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時導(dǎo)通時，才構(gòu)成完整的整流電路。</p><p>　　由于電網(wǎng)電壓與工作電壓常常不一致，故在主電路前端需配置一個整流變壓器，以得到與負載匹配的電壓，同時把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對電網(wǎng)和

24、其他用電設(shè)備的干擾。</p><p>　　考慮到控制角α增大，會使負載電流斷續(xù)，并且負載為直流電動機時，由于電流斷續(xù)和直流的脈動，會使晶閘管導(dǎo)通角θ減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動機的機械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動機的損耗，故在直流側(cè)串接一個平波電抗器，以限制電流的波動分量，維持電流連續(xù)。</p><p>　　為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電

25、壓、過電流保護裝置。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2．2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可改變電動機的轉(zhuǎn)速。如果負載的生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，但是，對靜差率有較高要求時，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時

26、就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間實行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電

27、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)速環(huán)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)。</p><p>　　為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。兩個調(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。 </p>

28、<p>　　圖2-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示，速度調(diào)節(jié)器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定電壓和速度反饋電壓的偏差進行調(diào)節(jié)，其輸出是電流的給定電壓（對于直流電動機來說，控制電樞電流就是控制電磁轉(zhuǎn)矩，相應(yīng)的可以調(diào)速）。電流調(diào)節(jié)器根據(jù)電流給定電壓和電流反饋電壓的偏差進行調(diào)節(jié)，其輸出是功率變換器件（三相整流裝置）的控制信號。通過電壓進而調(diào)節(jié)整流裝置的輸出，即電機的

29、電樞電壓，由于轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電壓改變后，電樞電流跟著發(fā)生變化，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也跟著變化，由可知，只要與不相等那么轉(zhuǎn)速n會相應(yīng)的變化。整個過程到電樞電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩達到平衡后，轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定。</p><p>　　3 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算</p><p>　　3.1 整流變壓器容量計算</p><p>　　3.1.1 次級電壓U2<

30、/p><p>　　為了保證負載能正常工作，當主電路的接線形式和負載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓U2。影響U2值的因素有：</p><p>　?。?）U2值的大小首先要保證滿足負載所需求的最大直流值Ud</p><p>　?。?）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時有一定的管壓降，用UT表示

31、</p><p>　　（3）變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降</p><p>　?。?）平波電抗器有一定的直流電阻，當電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降</p><p>　?。?）電樞電阻的壓降</p><p>　　綜合以上因素得到的U2精確表達式為： </p><p>　　A= Ud0/U2，表示當控制角α=0

32、76;時，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比。</p><p>　　B=Udα/Ud0，表示控制角為α?xí)r和α=00時整流電壓平均值之比。</p><p>　　UK%—變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，100~1000千伏安的變壓器取UK%=5~8</p><p>　　ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動+5%~-10%，即ε=

33、1.05~0.9</p><p>　　C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　表示電動機電樞電路總電阻的標么值，對容量為15~150KW的電動機，通常ra=0.08~0.04。</p><p>　　nUT—表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降</p>

34、<p>　　對于本設(shè)計：為了保證電動機負載能在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn),計算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗所知,公式中的控制角應(yīng)取300為宜。</p><p>　　ε=0.9,A=2.34,B=0=，C=0.5，UK%=5</p><p><b>　　取U2=270V。</b></p><p>　　3.1.2 次級電流I2和變壓器容量

35、</p><p>　　I2=KI2·Id , KI2為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負載電流平均值之比。</p><p>　　對于本設(shè)計KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故</p><p>　　I2=0.816×220=179.52A </p><p>　　S=1/2（S1+S2）=m1U1I1

36、=m2U2I2=3×270×179.52=145.41KVA</p><p>　　3.2 晶閘管的電流、電壓定額計算</p><p>　　3.2.1 晶閘管額定電壓UTN</p><p>　　晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓Um，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬2~3倍的安全系數(shù)，即按下式選取</p&

37、gt;<p>　　UTN=（2~3）UM</p><p>　　式中系數(shù)2~3的取值應(yīng)視運行條件，元件質(zhì)量和對可靠性的要求程度而定。</p><p>　　對于本設(shè)計，UM=U2，</p><p>　　故計算的晶閘管額定電壓為</p><p>　　UTN=（2~3）U2=（2~3）×270=1323～1984V,</

38、p><p><b>　　取1800V。</b></p><p>　　3.2.2 晶閘管額定電流IT（AV）</p><p>　　為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來計算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實際電流的最大有效值?？砂聪率接嬎悖?lt;/p><p>　　IT（AV）=(1.5~2)K

39、fbIMAX，</p><p>　　式中計算系數(shù)Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當α=00時，三相全控橋電路Kfb=0.368</p><p>　　故計算的晶閘管額定電流為</p><p>　　IT（AV）=(1.5~2)KfbIMAX =(1.5~2) ×0.368×(220

40、15;1.5)=182.16～242.88A</p><p><b>　　取200A。</b></p><p>　　3.3 平波電抗器電感量計算</p><p>　　由于電動機電樞和變壓器存在漏感，因而計算直流回路附加電抗器的電感量時，要從根據(jù)等效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種電感量。</p><p>　　

41、電樞電感量LM按下式計算</p><p><b>　　P—電動機磁極對數(shù)</b></p><p>　　KD—計算系數(shù)，對一般無補償電機：KD=8~12</p><p>　　對于本設(shè)計，P=2，KD=10</p><p><b>　　則對于本設(shè)計，</b></p><p>　　

42、整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感LB按下式計算</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　U2—變壓器次級相電壓有效值</p><p>　　Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負載電流</p><p>　　KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　對于本設(shè)計，KB=

43、3.9，=5</p><p><b>　　則可求得，</b></p><p>　　由此看出，變流器在最小輸出電流Idmin時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量L按下式計算</p><p>　　K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693</p><p>　　使輸出電流連續(xù)的臨界電感量</p><

44、;p>　　L平=L-LM-2LB=17.01-2.77-2×0.24=13.76(mH)</p><p>　　電抗器電感量應(yīng)大于15 mH。</p><p>　　3.4 保護電路的設(shè)計計算</p><p>　　3.4.1 過電壓保護</p><p>　　①交流側(cè)過電壓的保護</p><p><b&

45、gt;　　圖3-1</b></p><p>　　采用RC過電壓抑制電路如圖3-1所示，在變壓器次級并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過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。</p><p>　　本設(shè)計采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結(jié)，阻容保護裝置采用三角形接法，故可按下式

46、計算阻容保護元件的參數(shù)</p><p><b>　　電容C的耐壓 </b></p><p><b>　　電阻R的功率為</b></p><p>　　式中ST—變壓器每相平均計算容量（VA）</p><p>　　U2—變壓器次級相電壓有效值（V）</p><p>　　—勵磁電流

47、百分比，當ST≤幾百伏安時=10，當ST≥1000伏安時=3~5</p><p>　　UK%—變壓器的短路電壓百分比</p><p>　　IC,UC—當R正常工作時電流電壓的有效值（A，V） </p><p>　　對于本設(shè)計，UK%=5， =5，ST=145.41/3=48.47KVA</p><p><b>　?。?）電容器的計算

48、</b></p><p><b>　　取7；</b></p><p><b>　　取1200V；</b></p><p>　　選擇C=7μF，耐壓1200V的金屬化紙介電容。</p><p><b>　　（2）電阻值的計算</b></p><p&

49、gt;<b>　　取R=20。</b></p><p>　　RC支路電流IC近似為</p><p><b>　　電阻R的功率為 </b></p><p>　　②直流側(cè)的過電壓保護</p><p>　　整流器直流側(cè)開斷時，如直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷等情況，也會在A、B之間產(chǎn)生 過電壓，如圖3-

50、2所示本設(shè)計用非線性元氣件抑制過電壓，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，損耗很小，過電壓時(擊穿后)則能通過達數(shù)千安的浪涌電流， 所以抑制電流能力很強。</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計算&

51、lt;/p><p>　　Ud0為晶閘管控制角=00時直流輸出電壓 </p><p><b>　　對于本設(shè)計：</b></p><p>　　通常用于中小功率整流器操作過電壓保護時，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA</p><p>　?、劬чl管換相過電壓保護&l

52、t;/p><p>　　如圖3-3，在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶閘管換相過電壓的保護。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)驗數(shù)據(jù)選取，對于本設(shè)計晶閘管額定電流為220A，故C可取0.3,R可取20。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　

53、3.4.2 過電流保護 </p><p>　　在電路中串接的器件是快速熔斷器，這是一種最

54、簡單有效而應(yīng)用最普遍的過電流保護元件，其斷流時間一般小于10ms，按圖3-4接法熔斷器與每一個晶閘管元件相串聯(lián)，可靠的保護每一個晶閘管元件。</p><p>　　熔斷器的額定電壓、電流可按下式計算</p><p>　　額定電壓URN：不小于線路正常工作電壓的方均根值</p><p>　　額定電流： </p><p>

55、;　　—電流裕度系數(shù)，取=1.1~1.5</p><p>　　—環(huán)境溫度系數(shù)，取=1~1.2</p><p>　　—實際流過快熔的電流有效值</p><p>　　對于本設(shè)計：因U2=270V，取URN=550V；</p><p>　　取=120A。 因而可選取RS3型550V/120A的快熔。</p><p><

56、b>　　圖3-4</b></p><p>　　4 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計</p><p>　　由于集成觸發(fā)電路不僅成本低、體積小，而且還有調(diào)式容易、使用方便等優(yōu)點，故本設(shè)計采用KJ041集成觸發(fā)電路。</p><p>　　KJ041為6路雙脈沖形成器，它是三相全空橋式電路的觸發(fā)器，它具有雙脈沖形成和電子開關(guān)封鎖等功能。KJ041實用電路如圖4-1所

57、示，移相觸發(fā)器輸出脈沖加到該器件的1~6端，器件內(nèi)的輸入二極管完成“或”功能，形成補脈沖，該脈沖經(jīng)放大后分6路輸出。當控制端7接邏輯“0”電平時，器件內(nèi)的電子開關(guān)斷開，各路輸出觸發(fā)脈沖。</p><p>　　采用KJ041集成觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180度。本設(shè)計主電路整流變壓器采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。這時，同步電壓選取的結(jié)果見表4-1。</p>&l

58、t;p>　　圖4-1同步變壓器和整流變壓器接法</p><p>　　表4-1 各晶閘管的同步電壓</p><p>　　5 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動態(tài)設(shè)計</p><p>　　5．1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p>　　5.1.1 時間常數(shù)的確定</p><p>　　系統(tǒng)電磁時間常數(shù)Tl：由上可知</p>

59、;<p>　　LΣ=35.98mH，RΣ=0.5，</p><p>　　表5-1 各種整流電路的失控時間（f=50Hz）</p><p>　　整流裝置滯后時間常數(shù)Ts：按表5-1，三相橋式電路的平均失控時間為Ts=0.0017s。 </p>&

60、lt;p>　　電流濾波時間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，因此取Toi=2ms=0.002s。 </p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)之和T∑i：按小時間常數(shù)近似處理，取T∑i=Ts+Toi=0.0037s。</p><p&g

61、t;　　5.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求δi＜5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，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，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：</p><p>

62、　　=0.142/0.0037=38.31</p><p>　　對照典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的。</p><p>　　5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)τi=Tl=0.07s。</p><p>　　電流開環(huán)增益：要求δi＜5%時，按表5-2應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此KI=0.5

63、/T∑i=0.5/0.0037=135.1s-1。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p>　　表5-2 典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　5.1.4 近似條件校驗 </p><p>　　電流環(huán)截止頻率：ωci=KI=135.

64、1s-1。</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:1/（3Ts）=1/（3×0.0017）=196.1s-1＞ωci，滿足近似條件。</p><p>　　忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件: </p><p>　　所得結(jié)果小于ωci，滿足近似條件。</p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件:</p&

65、gt;<p>　　所得結(jié)果大于ωci，滿足近似條件。</p><p>　　5.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　按所用運算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為</p><p>　　Ri=KiR0=1.642×40=65.68kΩ，取65 kΩ；</p><p>　　Ci=τi/Ri=0.07/（65&#

66、215;103）≈1.08×10-6F=1.08μF，取1.1μF；</p><p>　　Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6μF，取0.2μF。</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為δi=4.3%＜5%（見表5-2），滿足設(shè)計要求。</p><p>　　5．2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

67、器的設(shè)計</p><p>　　5.2.1 時間常數(shù)的確定</p><p>　　電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI：已取KIT∑i=0.5，則1/KI=2T∑i=2×0.0037=0.0074s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T∑n：按小時

68、間近似處理, T∑n=1/KI+Ton=0.0074+0.01</p><p><b>　　=0.0174s </b></p><p>　　5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　按照設(shè)計要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　5.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p>

69、;<p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為τn=hT∑n=</p><p>　　5×0.0174=0.087s，可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益</p><p>　　因為Ce=（UN-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1000=0.234V?min/r，α=10V/ nN =10/1800=0.006 V?r/min

70、，于是可得ASR的比例系數(shù)為</p><p>　　5.2.4 近似條件校驗 </p><p>　　由式K=ω1ωc得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</p><p><b>　　。</b></p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件</p><p><b>　　，</b></p>

71、<p>　　滿足簡化條件，轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　5.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　取R0=40kΩ，則Rn=KnR0=3.36×40=134

72、.48kΩ，取1400kΩ；</p><p>　　Cn=τn/Rn=0.087/（140×103）≈0.621×10-6F=0.621μF，取0.7μF；</p><p>　　Con=4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1×10-6=1μF，取1μF。</p><p>　　5.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量<

73、;/p><p>　　當h=5時，由表5-3查得，δn=37.6%，不能滿足設(shè)計要求。實際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，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算超調(diào)量。</p><p>　　表5-3 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標（按Mmin準則確定參數(shù)關(guān)系）</p><p>　　設(shè)理想空載起動時，負載系數(shù)z=0，已知λ=

74、1.5，IN=220A，nN=1800r/min，Ce=0.234V?min/r，Tm=0.1s，T∑n=0.0174s。當h=5時，由表5-4查得，ΔCmax/Cb=81.2%，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降ΔnN=INR∑/ Ce=220×0.12/0.234=94.01 r/min，代入式</p><p><b>　　計算得：</b></p><p&

75、gt;<b>　　σn=</b></p><p><b>　　能滿足設(shè)計要求。</b></p><p>　　表5-4 典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p><b>　　6仿真</b></p><p><b>　　6.1系統(tǒng)仿真框圖</b&g

76、t;</p><p>　　圖6-1為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真框圖</p><p>　　圖6-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Toi為電流反饋濾波時間常數(shù) </p><p>　　Ton為轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)</p><p>　　6.2仿真模型的建立</p><p>　　(1)

77、打開模型編輯窗口：通過單擊SIMULINK工具欄中新模型的圖標或選擇File——New——Modle菜單項實現(xiàn)。</p><p>　　(2)復(fù)制相關(guān)模塊：雙擊所需子模塊庫圖標，則可以打開它，以 選中所需的子模塊，拖入模型編輯窗口。</p><p>　　(3)修改模塊參數(shù)：雙擊模塊圖案，則出現(xiàn)關(guān)于該圖案的對話框，通過修改對話框內(nèi)容來設(shè)定模塊的參數(shù)。</p><p>　

78、　(4)模塊連接：以鼠標左鍵單擊起點模塊輸出端，拖動鼠標至終點模塊輸入端，則在兩模塊間產(chǎn)生→線。當一個信號要分送到不同模塊的多個輸入端時，需要繪制分支線，通?？砂咽髽艘频狡谕姆种Ь€的起點處，按下鼠標的右鍵，看到光標變?yōu)槭趾螅蟿邮髽酥敝练种Ь€的終點處，釋放鼠標按鈕，就完成了分支線的繪制。</p><p>　　6.3仿真模型的運行</p><p>　　如圖示6-2為仿真模型</p&

79、gt;<p>　　圖6-2轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型</p><p>　　6.3.1空載時仿真圖形</p><p>　　(1)設(shè)置負載電流為0A;</p><p>　　(2)啟動仿真：點擊按鈕，仿真啟動，雙擊示波器就可以發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果如下圖6-3：</p><p>　　圖6-3轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖</p><p>

80、　　觀察波形可發(fā)現(xiàn)ASR調(diào)節(jié)器經(jīng)過了不飽和，飽和，退飽和三個階段，最終穩(wěn)定與給定轉(zhuǎn)速。電流最終穩(wěn)定為0A。</p><p>　　6.3.2滿載時仿真波形</p><p>　　(1)把負載電流設(shè)置為136A，滿載啟動</p><p>　　(2)按照前面步驟啟動模型，波形得到如圖6-4：</p><p>　　圖6-4 滿載時波形圖</p&g

81、t;<p>　　(3)根據(jù)圖形發(fā)現(xiàn)啟動時間延長了，退飽和超調(diào)量減小了。起動過程的三個階段都能很清楚的看到。電流最后穩(wěn)定在額定值。</p><p><b>　　7 總結(jié)與體會</b></p><p>　　通過本次對一個V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計使我對電力電子技術(shù)、電力拖動自動控制系統(tǒng)有了進一步的了解與認識。對所學(xué)內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進一步

82、認識到工程設(shè)計時與實際相聯(lián)系的重要性，比如在計算元件參數(shù)時計算出來的值往往與實際生產(chǎn)參數(shù)不符，這就需要根據(jù)實際情況對參數(shù)進行取舍。另外，做設(shè)計時信息十分重要，我運用文件檢索工具查閱了大量的相關(guān)資料，這對設(shè)計大有益處。本次課程設(shè)計為對我將來的畢業(yè)設(shè)計和工作需要打下了扎實的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過本次的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多東西。我可以將我所學(xué)理論知識很好的運用到了實際當中，在具體的設(shè)計過程中，真正做到了學(xué)以

83、致用，并使自己的實際操作能力得到了很大的提高。</p><p>　　設(shè)計過程中運用了很多的知識，因此如何將知識系統(tǒng)化就成了關(guān)鍵。如本設(shè)計中用到了工廠供電的絕大多數(shù)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方案，因此在設(shè)計過程中側(cè)重了知識系統(tǒng)化能力的培養(yǎng)，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的理論基礎(chǔ)。此次設(shè)計過程中遇到了很多的困難，為了解決問題，激發(fā)了對獲取知識的尋求，自學(xué)能力得到提高。</p><p>　　本次課設(shè)應(yīng)該感