【正文】 相平衡，從 而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)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(dòng)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(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，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)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， 6 這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。 與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 dmI 時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，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(dòng)保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。 綜上所述，本系統(tǒng)用一臺(tái)單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 在此單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號(hào)是通過 A/D 轉(zhuǎn)換器送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照已定的控制算法計(jì)算產(chǎn)生雙脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級(jí)，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。 并且可以通過鍵盤輸入給定值，利用 LED 數(shù)碼管顯示電動(dòng)機(jī)的 給定 轉(zhuǎn)速 和實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)速 。 7 3 主電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為 220V，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(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，整流變壓器采用 D/Y 聯(lián)結(jié)。 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)基本參數(shù)： NU =220V， NI =12A， NP =， n =1500r. 1min? ,勵(lì)磁電壓為 220V，電樞內(nèi)阻 aR =? ， aL =60mH , 2GD = 。 整流變壓器的設(shè)計(jì) 整流變壓器二次側(cè)相電壓 2U 的計(jì)算 U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐 壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即： ].100 %[])(1[m a xm a x2ddkTDddPDNIIuCBAnUIIUU?????????? 式 中 maxdI / dI 負(fù)載的過載倍數(shù)，即最大過載電流與額定負(fù)載時(shí)電流平均值之比，其數(shù)值由運(yùn)行要求決定。 NU 負(fù)載電動(dòng)機(jī)的額定電壓； A理想情況下， 控制角 α =0176。時(shí)整流電壓 平均值 Ud0與二次 側(cè)相 電壓 有效值 之比，即 A= 0dU / 2U ； B控制角為 ? 時(shí) 和 ? =0176。 時(shí)整流 電壓 平均值 之比，即 B= ?dU / 0dU ； ε 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； C— 線路的接線方式； TnU 主電路電流回路 n 個(gè)晶閘管正向壓降 D? 電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)幺值； P? 對(duì)于電動(dòng)機(jī)額定電流和電壓的電阻的標(biāo)幺值； %ku 變壓器的短路比， 100 千伏安以下的變壓器取 5， 100～ 1000 千伏 8 安的變壓器取 5～ 8； 在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即： ? ? BAUU N?~12 ? 式中 A理想情況下， 控制角 α =0176。時(shí)整流電壓 平均值 Ud0與二次 側(cè)相 電壓有效值 之比，即 A= 0dU / 2U ； B控制角為 ? 時(shí) 和 ? =0176。 時(shí)整流 電壓 平均值 之比，即 B= ?dU / 0dU ； ε —— 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； 1～ —— 考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ? BAUU d?~12 ? 由表 31 查得 A=；取ε =； ? 角考慮 15176。裕量，則 B=cos ? = ? ? VU 130~ ~12 ???? 取 2U =120V，采用△ /Y11 接法，三相全控橋電路供電 電路 。 電壓比 K= 1U / 2U =380/120= 表 31 整流變壓器計(jì)算系數(shù)（電感負(fù)載） 整流主電路 三相半控橋 三相全控橋 A B （ 1+cos ? ） /2 cos ? 2KI 1KI 1m 3 3 2m 3 3 一次側(cè)相電流 1I 和二次側(cè)相電流 2I 的計(jì)算 由表 31 查得 , 1KI =， 2KI =。 考慮變壓器勵(lì)磁電流得： 9 AAIKII d 7 9 1 ????? ， AAIKKII d 0 8 8 1 ????? 整流變壓器的容量計(jì)算 二次側(cè) 容量： 2221 IUmS ? ； 一次側(cè) 容量： 1112 IUmS ? ； 平均計(jì)算容量 S= )(21 21 SS ?； 上面兩式中， 1m ， 2m 為一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)； 由表 31 查得 1m =3， 2m =3 K V AAVIUmS 5 2 1 4 ?????K V AAVIUmS 5 2 5 1 ????? K V AK V AK V ASSS )5 2 5 1 2 1 4 (2 )( 21 ????? 所以，整流變壓器的容量為 整流 器件的選擇 整流器件的額定電壓的確定 晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓 mU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） mU 。 整 流 電 路 形 式 為 三 相 全 控 橋 ， 查 表 32 得 26UUm ? ，則 ，? ? ? ? ? ? VUUU mTN 955~63712063~263~23~2 2 ?????? ， 取 VUTN 800? 表 32 整流元件的最大峰值電壓 mU 和通態(tài)平均電流的計(jì)算系數(shù) fbK 整流主電路 單相 半波 單相雙半波 單相橋式 三相半波 三相橋式 帶平衡電抗器的雙反星形 整流主電路 22U 2 22U 22U 26U 26U 26U fbK （ )0??? 電阻負(fù)載 1 電流負(fù)載 10 整流器件的額定電流的確定 晶閘管 和整流管流過正弦半波電流后的電流有效值 I 和額定電流（通態(tài)平均電流） )(AVTI 的比值為 ，即 I= )(AVTI 為使整流元件不因?yàn)檫^熱而損壞，流經(jīng)元件的實(shí)際電流有效值再乘以安全系數(shù)（ ） 以后，才能等于元件允許的電流有效值。 )(AVTI =（ ～ 2） fbK dI 此外，還需注意以下幾點(diǎn)： ①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過 +40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。 ②當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。 ③關(guān)鍵、重大設(shè)備， 電流 的 安全 裕量可適當(dāng)選大些。 由表 32 查得 K=，考慮 ～ 2 倍的裕量 ， dI =12A，電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù) ?? ，即 )(AVTI =（ ～ 2） * fbK dI AAA ~)()2~( ???? 取 20A。 選擇晶閘管 KP208，共 6 個(gè)，組成三相全控橋。 晶閘管的保護(hù)電路設(shè)計(jì) 晶閘管 有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、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)行的關(guān)鍵 。 過電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 晶閘管在正常工作時(shí)承受的最大峰值電壓 mU ，凡是超過這個(gè)峰值電壓的都算過電壓。一種稱為操作過電壓， 由晶閘管裝置的拉閘、合閘和元件關(guān)斷等電磁過程引起過電壓。這些操作過程是經(jīng)常發(fā)生的，而且是不可避免的。另一種過電壓是由于雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的偶然性的浪涌電 壓，它可能比操作過電壓還要高。采用過電壓保護(hù)措施后，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生的操作過電壓限制在元件的額定電壓以下，而希望使偶然性的浪涌電壓限制在元件的斷態(tài)和反向不重復(fù) 峰值電壓以下。 11 以過電壓的部位來分，有交流側(cè)過電壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和元件保護(hù)。 交流側(cè)過電壓保護(hù)。 采用阻容保護(hù)能夠把操作過電壓一直在允許范圍內(nèi)。而采用壓敏電阻等 非線性電阻元件進(jìn)行保護(hù)可在發(fā)生雷擊的浪涌電壓，將浪涌電壓抑制在允許的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中采用阻容保護(hù)，即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進(jìn)行保護(hù)。 過電壓保護(hù)的電容 C 和電阻 R 取值 可 以由公式： 220 %6 USiC d? %% 022iUSUR Kd? 式中 dS 整流變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為 VA； 2U 整流變壓器二次側(cè)相電壓的有效值，單位為 VA； %0i 變壓器的激勵(lì)電流百分?jǐn)?shù)， KVA100~10 對(duì)應(yīng)的 %0i 為 4~10 ； %KU 變壓器的短路比， KVA100~10 對(duì)應(yīng)的 %KU 為 10~5 ； C過電壓保護(hù)的電容值，單位為 F? ； R過電壓保護(hù)的電阻值，單位為 ? ； 表 33 變 壓器和阻容裝置不同接法時(shí)電阻和電容的數(shù)值 變壓器接法 單相 三相 二次側(cè) Y 接 三相 二次側(cè) △接 阻容裝置接法 與變壓器 二次側(cè) 并聯(lián) Y 接 △接 Y 接 △接 電容 C C C/3 3C C 電阻 R R 3R R/3 R 根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果， dS = VAS 3103/1 ?? = VAVA 1 1 7 53 5 2 43/1 ?? ；并查表33可以計(jì)算電容值和電阻值： 電容數(shù)值 FC ? 2 0/1 1 7 51063/1 2 ????? 取 2 F? ； 電容耐壓 CU ? VU 2 ??? 取 500V； 取 2 F? /500V 的電容； 電阻阻值 R ????? ? ； 電阻功率 RP 22212 ])()2)[(2~1( CUKCRKf ?? ? 12 上式 C 和 R交流側(cè)保護(hù)，電容（ 法）和電阻（歐）； f 和 2U 電源頻率（赫）和變壓器 二次側(cè) 相電壓有效值（伏）； 系數(shù) )2~1( 考慮降低電阻溫度和考慮電網(wǎng)電壓升高等因數(shù)時(shí)取大的數(shù)值；考慮缺口電壓作用下電阻和線路其他部分分擔(dān)損耗時(shí)，取小的數(shù)值； 系數(shù) 1K 對(duì)于單相 1K =1；對(duì)于三相 1K =3 系數(shù) 2K 對(duì)于單相 2K =200；對(duì)于三相半波：阻容△接 2K =450，阻容 Y接 2K =150； 對(duì)于三相橋式：阻容△接 2K =900，阻容 Y 接 2K =300； WP R ]900601023)502[( 2662 ??????????? ??? 取 60? /3W 的電阻 阻容保護(hù)裝置只能把 操作電壓抑制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生雷擊或從 電網(wǎng)侵入更高的浪涌電壓時(shí)，雖有阻容保護(hù)，過電壓仍會(huì)突破允許值。因此采用阻容保護(hù)的同時(shí)，可以設(shè)置非線性電阻（壓敏電阻）保護(hù)。它有接近穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓抑制在晶閘管允許的范圍以內(nèi)。 壓敏電阻的額定電壓 ： 0 . 9 )~0 . 8(1 （壓峰值）壓敏電阻承受的額定電?? ?mAU ? 電網(wǎng)的電壓升高系數(shù)，一般取 ? = ~ 系數(shù)（ ~ ） 考慮 1mAU 下降 10%而通過壓敏電阻的漏電流仍保持在 1毫安以下，以及考慮整流裝置允許的過電壓的系數(shù)。 本設(shè)計(jì)中壓敏電阻采用△接法，計(jì)算得 mAU1 ? V1 2 032)~( ??? =（ ~360 404） V 壓敏電阻選用 MY31440/3，通流量為 3KVA 直流側(cè)過電壓保護(hù)。采用直流側(cè)阻容保護(hù)裝置以后，使系 統(tǒng)得快速性不能達(dá)到指標(biāo)，應(yīng)盡可能不采用直流側(cè)阻容保護(hù)裝置。這時(shí)，可在直流側(cè)采用壓敏電阻，以防止過電壓。 壓敏電阻的選擇根據(jù)額定電壓 mAU1 和通流容量。額定電壓的下限 是線路工作電壓峰值，考慮到電壓波動(dòng)以及多次承受沖擊電流后， mAU1 值可能下降，因此額定電壓增加 30%的裕量。 mAU1 ? 式中， mAU1 壓敏電阻的額 定電壓； 13 LU2 變壓器的二次 側(cè) 的線電壓； mAU1 ? VV 8 21 2 ????? 壓敏電阻選用 MY31440/3， 通流量為 3KVA。 晶閘管關(guān)斷過電壓保護(hù)。 抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 mU 的 ～ 倍 。阻容 RC 的 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 34 所示。 表 34 限制關(guān)斷過電壓的阻容的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 晶閘管額定電流 10A 20A 50A 100A 200A 500A 1000A C（微法） R（歐） 100 80 40 20 10 5 2 電阻 R 和電容 C 采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇， R=80? ， FC ?? ； 電容的耐壓值 CU mU?? = U?? =，取 500V；電阻的功率可由公式 62 10 ??? mR fcUP ????? VP R 1 ，取 1W 過電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 晶閘管在短時(shí)間內(nèi)能夠承受一定的過電流而不損壞。但是，如果短路或過載時(shí)電流數(shù)值較大，而切斷的速度稍