【正文】 ............................................................................................44 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................45 致 謝 ....................................................................................................................................46 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 1 1 緒論 選題的目的及意義 直流 流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早實(shí) 現(xiàn) 調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起制動(dòng)性能，易于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不是很高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。 直流傳動(dòng)系統(tǒng)概述 電力拖動(dòng)的基本概述 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)。電動(dòng)機(jī)及其供電電源的作用是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成所需要的運(yùn)動(dòng)形式并進(jìn)行傳遞與分配；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是完成生產(chǎn)工藝任務(wù)的；電氣控制裝置是控制系統(tǒng)按著生產(chǎn)工藝的要求來(lái)動(dòng)作，并對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用或進(jìn)行更高層次的自動(dòng)化控制。由單機(jī)自動(dòng)化本身高層次的發(fā)展，擴(kuò)展到生產(chǎn)過(guò)程與管理的自動(dòng)化。近年來(lái)，高性能交流調(diào)速技術(shù) 發(fā)展 很快，交流調(diào)速系統(tǒng)正逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。 錯(cuò)位 無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 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啟動(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)。因此，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)過(guò)度特性的平滑性要求不高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。因此錯(cuò)位無(wú)環(huán)流系統(tǒng)通常用于系統(tǒng)容量較小而且對(duì)切換品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。它們之間的原則性區(qū)別在于初始相位的整定不同。它是分析評(píng)價(jià)現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或設(shè)計(jì)優(yōu)化未來(lái)系統(tǒng)性能與功能的一種技術(shù)手段，在工程設(shè)計(jì)、航空航天、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)管理、生態(tài)環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)集成等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。 MATLAB 語(yǔ)言是當(dāng)前國(guó)際上自動(dòng)控制領(lǐng)域的首選計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。主要針對(duì)主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。第七章為設(shè)計(jì)的結(jié)束語(yǔ) 。但在一般情況下不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路。一般情況，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)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(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除 。 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng) 靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理 采用配合控制的原理，當(dāng)一組晶閘管裝置整流時(shí)，讓另一組處于待逆變狀態(tài)，而 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 8 且兩組觸發(fā)脈沖的零位錯(cuò)開(kāi)的比較遠(yuǎn)，避免了瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的可能性，這就是錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 如圖 23 主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路， 控制電路采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動(dòng)電流；電流調(diào)節(jié)器 ACR 控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角 αmin 與最小逆變角 βmin。 1） 抑制電流斷續(xù)等非線性因素的影響，提高系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。因此錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)通常用于系統(tǒng)容量較小而且對(duì)切換品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。 (1) SCR 的額定電流： ）（）（ A3 4 6 .5~2 5 9 .9/ 1 .5 7IK2~ dfr ?? 取 rI =350(A) (2） SCR 的額定電壓： maxr )3~2(U iU? (V) 取 rU =1000（ V） 式中 imaxU =(V)——次級(jí)線電壓最大值 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 11 所以可選 10500Kp — SCR 6 只 檢驗(yàn)電壓裕量： ??? ）（ rU 2 符合要求 電抗的選擇 在 VM 系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，所以本設(shè)計(jì)采用的是集成觸發(fā)器，選擇目前國(guó)內(nèi)常用的 KJ、 KC 系例，本設(shè)計(jì)采用 3 個(gè) KJ004 集成塊和 1 個(gè) KJ041 集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 13 圖 5 同步變壓器的原理圖 晶閘管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 主電路電壓 +ua uc +ub ua +uc ub 同步電壓 usa +usc usb +usa usc +usb 表 2 三相全控橋各晶閘管的同步電壓 變壓器接法：主電路整流變壓器為 D,y11 聯(lián)結(jié)，同步變壓器為 D,y11,5 聯(lián)結(jié)。作為工程設(shè)計(jì)方法 ,首先要使問(wèn)題簡(jiǎn)化 ,突出主要矛盾。這樣就使設(shè)計(jì)犯法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。1udu??????TsTsTsRKTUUWsss??? (42) ? UU UK 1?sTKs s su1? Ud0 Ud 1/139。I K39。 電 壓 環(huán)的動(dòng)態(tài) 性能指標(biāo) （ 1） 頻域指標(biāo) 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示 ,其開(kāi)環(huán)頻率特性為 : )1()( ??? vVK jTj KjG ??? (47) L(ω)=20lgKI20lgω20lg(1+T∑i2ω2)189。反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)變化緩慢的擾動(dòng)作用，在電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程中可以近似的認(rèn)為 E不變，即 △ E=0。 )(* sU i ?? )(sU ct )(0 sU d )(sI dAC R 1?ST Ks s 1/1 ?sT Rl 1?sToi?11 ?soi )a )(* sU i?? )( sU ctAC R)b )( sI d1?sT oi ? )1)(1( / ??? sTsTRKils? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 21 ?)(* sU i??AC R)c )( sI d )1)(1( / ?? ? sTsT RK il s? 圖 41 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn) 確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù) 以下數(shù)據(jù) Ts和 Toi,已給定 。可電流環(huán)還有另一個(gè)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)的作用 ,為了提高其抗擾性能 ,又希望把電流環(huán)校正成典 Ⅱ 系統(tǒng)。所以 按典 Ⅰ 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,選 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKW iiA C R ?? 1s i ?? (411) 式中 iK —電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 22 i? —電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) （ 1） 頻域指標(biāo) 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示 ,其開(kāi)環(huán)頻率特性為 : )1()( ??? iIK jTj KjG ??? (417) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 24 L(ω)=20lgKI20lgω20lg(1+T∑i2ω2)189。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如 44（ a） 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 25 所示。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 26 (2) 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系 為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量中頻寬 h， 令 h=τ/T=ω2/ω1 (421) h 是斜濾為 20dB/dec 的中頻斷的寬度 (對(duì)數(shù)坐標(biāo) )，稱(chēng)作 “中頻寬 ”。 由 “振蕩指標(biāo)法 ”中所用的閉環(huán)幅頻特性峰值 Mr 最小準(zhǔn)則，對(duì)于一定的 h 值，只有一個(gè)確定的 ωc(或 K)，可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值 Mrmin，這時(shí) ωc和 ω1， ω2 之間的關(guān)系是 ω2/ωc = 2h/(h+1) (422) ωc/ω1 = (h+1)/2 (423) 而 ω1+ω2 = 2ωc/(h+1)+2hωc/(h+1)=2ωc 因此 ωc=(1/2)(ω1+ω2)=(1/2)(1/τ+1/T) 對(duì)應(yīng)的最小 M 峰值是 Mrmin=(h+1)/(h1) (424) 確定了 h 和 ωc 以后 ,可以很容易的計(jì)算 τ和 K。從頻率特性上還可看出，由于 T 一定，改變 τ就等于改變了中頻寬 h；在 τ確定以后，再改變K 相當(dāng)于是開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性上下平移，從而改變了截止頻率 ωc。 )(* sU n ?? )( sU i )( sI d )(snASR 12 /1 ?? sT i ? 1?sTon?11 ?sTon )a ?? )( sI dL sCeTRm )b?)(* sU n?? )( sIdASR ? 12 / ?? sT n ?? )( sn? )( sI dL sC eTRm )c?)(* sU i?? )( sn)1()1(2 ??? sTssKnnN ? 圖 44 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 (1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)選用典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的原因 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須加上一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，由于在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)。為此，需求出它的等效傳遞函數(shù)： ? ?? ? ?/cli sU sIWid?? (418) 則 近似條件 : ? ?? ? ? ?12 /1 ????? sTsWsU sI ic l iid ?? (419) ???? ii TTW 5123 1 (420) 式中 ω 為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 ,其一般較低。 電流環(huán) 校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)的截止頻率 ωci =KI = （ 1） 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件 ωci ≤1/3Ts (414)現(xiàn)在 ， 1/3TS=1/3*=ωci ，滿足近似條件 。因此 ,一般多按典 Ⅰ 系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)。參閱相關(guān)數(shù)據(jù) ，三相橋式電路的平均時(shí)空時(shí)間 Ts= （ 2） 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ,為了基本慮平波頭，應(yīng)有 Toi,=,因此取 Toi,=2ms (3) 電流環(huán)時(shí)間常數(shù) T∑I = Ts+Toi= 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 首先應(yīng)決定要把電流環(huán)校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng) ,電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值 ,因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào) ,或者超調(diào)量越小越好。再把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)。它代表轉(zhuǎn)速環(huán)輸出量對(duì)電流環(huán)的影響。1 ?? sTsT Roi s?? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 19 電壓環(huán) 校驗(yàn)近似條件 電 壓 環(huán)的截止頻率 ωcv =Kv = （ 1） 晶閘管裝置 傳遞函數(shù)近似條件 ωcv≤1/3Ts