【正文】 設(shè)計(jì)工作對于工廠加快發(fā)展具有十分重要的意內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 2 義。 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的起動(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，也就是需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )研究內(nèi)容、擬解決的主要問題 研究內(nèi)容主要是在掌握交直流調(diào)速控制系統(tǒng)的基本組成原理的同時(shí)，能結(jié)合機(jī)械廠的實(shí)際情況，根據(jù)生產(chǎn)工藝所提出的技術(shù)指標(biāo)來組成和選擇電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，能合理、正確地選擇和整定系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)參數(shù)。早期是交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)給直流電動(dòng)機(jī)供電，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電 流以改變其輸出電壓，達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速目的。另一方面，在當(dāng)今社會(huì) 中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用在現(xiàn)代化技術(shù)生產(chǎn)中，起著尤為重要的作用，串級調(diào)速系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要形式。在調(diào)速要求性能 較高的場合，一般都采用 串級 調(diào)速系統(tǒng) [11]。調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，仍然難以替代。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用微機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 電力電子技術(shù)是電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的最重要的助推器，電力電機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使了電機(jī)控制技術(shù)水平有了突破性的提高。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)在近二十多年來發(fā)生了翻天覆地的變換。從 80 年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，直流調(diào)速已發(fā)展到一個(gè)很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換向、相位控制。目前，晶閘管供電的串級調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟(jì)各部門得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù) 生產(chǎn)機(jī)械 對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，由于調(diào)速范圍小，采用晶閘管串級調(diào)速是較合適的一種“調(diào)速節(jié)能”方案。整流器和逆變器均采用三相橋式電路。在調(diào)速裝置發(fā)生障礙時(shí)，先經(jīng)頻敏變阻器升速，然后通過 1KM 觸點(diǎn)短接轉(zhuǎn)子，使電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行，這樣可以 對 調(diào)速裝置進(jìn)行檢修而不中斷生產(chǎn)。 繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的串級調(diào)速，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率 ??? 1emem TP 常數(shù)，轉(zhuǎn)子銅損耗 emCu SPP ?2 與轉(zhuǎn)差成正比，所以轉(zhuǎn)子銅損耗又稱為轉(zhuǎn)差功率。因?yàn)榉聪辔坏?abE串入后，立即引起子電流 2I 的減少，即 22222222222)( xsrsEEsxrEsEIabab?????????????? 而電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 22 c os?ICT Tem ?? 也隨 I 而減小， 于是電動(dòng)機(jī)開始減速，轉(zhuǎn)差率 S 增大。隨著 S 的減小， 2I 開始減小 , emT 也相應(yīng)減小，直到轉(zhuǎn)速上升到某個(gè)值， 2I 減小到使得 emT 復(fù)原到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，升速過程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)便在高速下穩(wěn)定運(yùn)行。因此機(jī)械特性的硬度基本不變，但低速時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力降低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小。 電動(dòng)機(jī)的校驗(yàn) 為了進(jìn)行電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)，并計(jì)算串級調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，需要知道系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)，特別是異步電動(dòng)機(jī)本身的參數(shù)。 逆變變壓器參數(shù)計(jì)算與選擇 變壓器二次電壓 2U 計(jì)算如下： i n/1 5 0 0 m i n/4 2 0m i n/1 5 0 0m a x0m i n0 ????? r rrn nnS VVESU N30c os/c os/0m in2m a x2???? ? 實(shí)取 VU 3082 ? 變壓器二次電流 2I 計(jì)算如下： 由于轉(zhuǎn)子整流器與逆變器之間是串聯(lián)連接的，若不 考慮兩者電流波形與頻率的差別，不考慮換向?qū)щ娺^程的影響，可取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線電流與逆變變壓器二次線電流相等，即 AII N 16422 ?? 變變壓器容量 S 計(jì)算如下： k V AAVIUS16433083 22???? 器一次電流 1I 計(jì)算如下： ? ?AVk V AUSI1 3 33 8 03/3/311????? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 變 壓器參數(shù)計(jì)算： ?????? 22 AVIUr d ?????? 22 AVIUX s ? ?? ?????????????????????????21???? sLdXXRrrrR m i n/1248m i n //n m a xrrVAVICRIEdmedmdo????????? 符合設(shè)計(jì)要求。 流 TNI ： AAIKI dmbTN)318~()2~()2~( t????? 實(shí)取 AITN 400? 。 AIAVVREEIdmodost432302)30c (/)c os(0m i n??????????? ?? 從起動(dòng)特性來看，滿足調(diào)速裝置直接起動(dòng)條件。 圖 41 交流側(cè)過電壓保護(hù) ①阻容保護(hù)參數(shù)計(jì)算：由于逆變變壓器容量 90kVA5kVA，故變壓器一次側(cè)、二次側(cè)均設(shè)置阻容保護(hù)環(huán)節(jié)。 側(cè)過電壓保護(hù)。對于三相橋式電路 370000?CdK 2oI —— 折算至變壓器二次側(cè)的空載電流（ A）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 21 圖 43 換相過電壓保護(hù)電路 由前面計(jì)算已知變流器件額定電流 AITN 400? 查手冊得 fCP ?? ， ??10PR 電容 PC 的耐壓 VVU TM )6 5 3~4 7 9(3 0 82)~()~( ???? 電阻 PR 的功率為 RPP ： WUfCP TMPRP10)3 0 82(6262??????????? 實(shí)選油浸電容 F?85 ， 660V， 12 支；法瑯電阻 ?6 ， 100W， 12 支。本系統(tǒng)采用與晶閘管和硅整流元件串聯(lián)的保護(hù)線路。 系統(tǒng)功率因數(shù)的改善 改善串級調(diào) 速裝置功率因數(shù)的方法有兩類，一類是改變串調(diào)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)，即利用改進(jìn)的串級調(diào)速裝置；另一類是利用電力電容器來改善功率因數(shù)。為了滿足系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求，必須正確、合理地選擇各信號檢測與控制環(huán)節(jié)的器 件。結(jié)構(gòu)上，交流電流互感器簡單。這樣整流后的輸出電流為；若負(fù)載電阻選擇 ?10 ，則輸出的最大電壓為 12V，經(jīng)分壓即可得到 0~10V 的輸出信號；負(fù)載電阻的耗散功率為 WAV ?? 。 節(jié)器 ACR 的機(jī)構(gòu)。它的設(shè)計(jì)合理，性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定，將直接提高整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。它 將控制電壓 1CU 的幅度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)控制角的觸發(fā)脈沖，通過脈沖變壓器使主電路可靠地工作。 圖 53 觸發(fā)裝置組件原理圖 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)的選擇 測環(huán)節(jié)和電壓隔離器。安裝時(shí)嚴(yán)格保證電動(dòng)機(jī)和測速發(fā)電機(jī)的機(jī)軸連接時(shí)的同心度。調(diào)節(jié)器的設(shè)置，使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定值 *nU 變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差，對負(fù)載變化起抗干擾作用；其輸出幅值決定最大電流。 圖 61 機(jī)械廠 雙閉環(huán)串調(diào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)系數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)數(shù)反饋系數(shù) ? ： 取轉(zhuǎn)數(shù)最大給定 VUn 10* ? ，轉(zhuǎn)數(shù)反饋系數(shù) ? 為 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 28 rVrVnn U n m i n/01 19 i n/)420xx60( 10m i nm a x* ??????? 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋回路比較電壓 u ： VrrVnu c o m 5m i n/420m i n /0 1 1 9 0 i n ????? ? 實(shí)選：穩(wěn)定電壓為 5V 的硅穩(wěn)壓管。 對本系統(tǒng)來說，若從抗干擾能力角度出發(fā)，電流閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)均應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 閉環(huán)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算。 圖 62 電流閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 利用結(jié)構(gòu)圖變換，并把給定濾波作用合并起來，等效于環(huán)內(nèi)，則得到圖 63a單位反饋形式。這樣，只考慮動(dòng)態(tài)過程時(shí)，結(jié)構(gòu)就化為圖 63b 所示的形式。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 32 千歐 千歐千歐千歐千歐M歐千歐圖 64 ACR 調(diào)節(jié)器參數(shù)圖 閉環(huán)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算。該圖中 ?? ??in ono TTT 2 由圖 65b 可以看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，無疑地， ASR 應(yīng)采用 PI 調(diào)節(jié)器有共傳遞函數(shù)sKnW nASR ?1?。觸發(fā)電路電氣原理圖如圖 610 所示 。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正所確定的調(diào)節(jié)器型式及其參數(shù)，只能供系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試時(shí)每個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)的參考數(shù)據(jù)。在計(jì)算出上述參數(shù)值的基礎(chǔ)上，完成了系統(tǒng)的建模，最后對工作過程進(jìn)行詳細(xì)分析總結(jié)，基本上實(shí)現(xiàn)了晶閘管串級調(diào) 速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)以及工程上的運(yùn)用 ，主要概括為以下三點(diǎn) ： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，電流環(huán)能較好地克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，而轉(zhuǎn)速環(huán)能抑制其環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)擾動(dòng)影響，并最終消除轉(zhuǎn)速偏差； 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)采用 PI 調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)無靜差； 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性；同時(shí)具有較好的動(dòng)態(tài)特性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，超調(diào)量??； 在設(shè)計(jì)中由于時(shí)間倉促，有些地方做的還不足，其中保護(hù)電路設(shè)計(jì)不太具體，控制電路中觸發(fā)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)也沒有詳細(xì)列出。伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) [M].北京：北京理工大學(xué)出版社， 1993 [2] 宋書中現(xiàn)代電力電子基礎(chǔ) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 1995 [6] 陳志明交流調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 [10] Mathur /Rajiv 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx [8]廖曉忠交直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) [M].北京：高等教育出版社， 20xx [4] 王兆安 這次設(shè)計(jì)讓我把所學(xué)知識(shí)聯(lián)系到一起，并應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中去，對知識(shí)的掌握幫助很大，還有本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)怎么來學(xué)習(xí)些全新的知識(shí)，鍛煉了我的學(xué)習(xí)能力，為以后工作奠定了基礎(chǔ)。 系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試之后，便可進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，為了確保安全，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的特點(diǎn)，采取可靠的安全措施，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。系統(tǒng)調(diào)試基本上與直流拖動(dòng)雙閉環(huán)系統(tǒng)相似。 采用直流測速機(jī)，由于有整流的 換流作用，輸出信號是脈動(dòng)直流電壓，故必須經(jīng)反饋濾波器濾波，以濾波脈動(dòng)成分，可防止干擾信號侵入系統(tǒng)，本系統(tǒng)取msTon 10? ?nT 的計(jì)算： smsmsTTT ionn 0 1 7 ?????? ?? 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù) mC ： 電動(dòng)機(jī)在工作電流附近線性化的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，可用下式表示： AmNAmNIXrEC dNdom//]2 1 6)5 3 1 (23 7 [1 5 71)(21 10?????????????????? ???????? 本系統(tǒng)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： mkgJ ?? ,即 222 mNmNJGD ???????? 按主傳動(dòng)系統(tǒng) 2?GD 為電動(dòng)機(jī) 2GD 的 倍考慮，則拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量 2?GD ： 2222 1 3 mNmNGDGD ??????? 電動(dòng)機(jī)的積分時(shí)間常數(shù) msssCT mGD 9 )(139)375/(21????? ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 參數(shù) NK ， n? 計(jì)算： 按閉環(huán)幅頻特 性的諧振峰值 mM 最小準(zhǔn)則來確定典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)選擇，且取 h=5 則有 ?????ninnN ThhtKK 22 1?? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 35 smshT nn ????? ?? 1521 1??????????? nn TThhK?? 由于 ASR 采用與 ACR 相同的結(jié)構(gòu)形式，取 ?? kR 200 ，并使 21 RR? ，則 ASR的具體參數(shù)為 ??????? kkRKR onn 1 0 FFRC NNn ??? )101 0 8/(0 8 ???? FFRTC onon ?? 2)