【正文】 摘要轉(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)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角α大小來調(diào)節(jié)電壓。基于設(shè)計(jì)題目，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設(shè)計(jì)中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電。本文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計(jì)包括觸發(fā)電路和勵(lì)磁回路的設(shè)計(jì)，同時(shí)對其參數(shù)的計(jì)算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算。接著控制電路的設(shè)計(jì)包括電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)以及反饋回路（電流反饋、轉(zhuǎn)速反饋）的設(shè)計(jì)。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，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。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，稱做外環(huán)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各元部件，并對其參數(shù)的計(jì)算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計(jì)算,最后畫出了調(diào)速控制電路電氣原理圖。關(guān)鍵詞： 雙閉環(huán)；α=β；有環(huán)流；可逆調(diào)速 目錄摘要 1目錄 2第1章 設(shè)計(jì)要求 3 4 4 5 5第2章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 6=β配合控制的有環(huán)流V—M可逆調(diào)速系統(tǒng) 7第3章 主回路設(shè)計(jì) 13 主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（一） 13 13. 整流元件晶閘管的選型 14 15（二） 15 15 18 19 22第4章 控制回路設(shè)計(jì) 23 電流環(huán)設(shè)計(jì) 23 27 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 27 轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制——轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋 31 33 電流反饋 33 34第5章 輔助回路設(shè)計(jì) 34 34 35 36 38 操作回路 38設(shè)計(jì)感想 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41第1章 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)題目：采用α=β配合控制的有環(huán)流V—M可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：電流環(huán)超調(diào)量 ； 空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 。參數(shù)：第三組：直流電動(dòng)機(jī)型號Z2101額定容量（KW）額定電壓（V)220額定電流（A)最大電流（A)額定轉(zhuǎn)速（rmp)1500額定勵(lì)磁電壓 220V電動(dòng)機(jī)電樞電阻電動(dòng)機(jī)電樞電感其它參數(shù)名稱數(shù)值整流側(cè)內(nèi)阻整流變壓器漏感電抗器直流電阻電抗器電感20世紀(jì)50年代末，晶閘管（大功率半導(dǎo)體器件）變流裝置的出現(xiàn)，使變流技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，開始進(jìn)入晶閘管時(shí)代。由晶閘管變流裝置直接給直流電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)，簡稱VM系統(tǒng)，又稱為靜止的Wardleonard系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。圖中V是晶閘管變流裝置，可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。由于VM系統(tǒng)具有調(diào)速范圍大、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點(diǎn)，且已比較成熟，因此已在世界各主要工業(yè)國得到普遍應(yīng)用。 晶閘管電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)） 但是，晶閘管還存在以下問題：（1）由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；（2） 由于晶閘管元件的過載能力小，不僅要限制過電流和反向過電壓，而且還要限制電壓變化率（du/dt）和電流變化率(di/dt)，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件；（3） 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速下運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響；（4） 由于整流電路的脈波數(shù)比直流電動(dòng)機(jī)每對極下的換向片數(shù)要小得多，因此，VM系統(tǒng)的電流脈動(dòng)很嚴(yán)重。 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆VM系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。 配合控制消除平均直流環(huán)流的原則是正組整流裝置處于整流狀態(tài)，即為正時(shí)，強(qiáng)迫使反組工作在逆變狀態(tài)，即為負(fù)，且幅值與相等，使逆變電壓把整流電壓頂住，則直流平均環(huán)流為零。1． α=β配合控制的有環(huán)流VM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的研究2．調(diào)速系統(tǒng)主電路參數(shù)計(jì)算及元件的確定（包括有整流變壓器、晶閘管、平波電抗器以及各保護(hù)電路等）。3．控制電路的設(shè)計(jì)（電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流反饋、轉(zhuǎn)速反饋以及轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的加入）。4．輔助電路設(shè)計(jì)（限幅電路、反向器、直流穩(wěn)壓電源、給定以及操作回路）。5．繪制α=β配合控制的有環(huán)流VM可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖。第2章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。nId nIdlt0Idl a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) b) 理想的快速起動(dòng)過程圖21 調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器, 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR), 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。兩者之間實(shí)行嵌套連接，且都帶有輸出限幅電路。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速, 故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如圖22所示： 圖22 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖中U*n、Un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓 U*i、Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓 ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—測速發(fā)電機(jī) TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器 圖23 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 aα—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 b β—電流反饋系數(shù)=β配合控制的有環(huán)流V—M可逆調(diào)速系統(tǒng) 圖24 三相橋式反并聯(lián)電樞可逆線路 兩組晶閘管由同一個(gè)交流電源供電，由兩套觸發(fā)器控制，當(dāng)正組晶閘管裝置VF供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)反組晶閘管裝置VR供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 兩組晶閘管裝置組成的電樞可逆線路，具有切換速度快、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)性與用晶閘管開關(guān)切換的可逆線路差不多，因此成為可逆調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，在要求頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上得到了廣泛的應(yīng)用。環(huán)流的定義：采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆VM系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流，如圖25所示。 圖25 反并聯(lián)VM系統(tǒng)中的環(huán)流危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時(shí)會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。利用：只要合理的對環(huán)流進(jìn)行控制，保證晶閘管的安全工作，可以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本