【正文】 到正、負(fù)電壓同時輸出。 R 1R 3R 4R P 2R 2 1 5 V+ 1 5 VV D 1V D 2R P 1C 1U c U c 圖 53反相器 反號器的輸入信號?1Uc由與運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入，故輸出電壓2U為： 12 1/)31( URRRP ???? 調(diào)節(jié)電位器 RP1 的滑動觸電，改變 RP1 的阻值，使 RP1+R3=R1，則 cUU ???? 12 即輸入與輸出成倒像關(guān)系。 通過調(diào)節(jié)電位器可以設(shè)定i*=10V。 TGRP2 圖 414轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計（測速發(fā)電機(jī)設(shè)計） 35 第 5 章 輔助回路設(shè)計 限幅電路 在運(yùn)算放大器的輸出端需要加入限幅環(huán)節(jié)，對輸出信號的幅值進(jìn)行限制。 加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后轉(zhuǎn)速無超調(diào)，即滿足 %10?n?。加入轉(zhuǎn)速微分后，退飽和提前到 T 點(diǎn)，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 tn比*低，就提早進(jìn)入了線性閉環(huán)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在時轉(zhuǎn)速雖繼續(xù)上升，但有可能不出現(xiàn)超調(diào)就趨于穩(wěn)定，如圖曲線 2。 轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制 —— 轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，加入這個環(huán)節(jié)可以抑制甚至消滅轉(zhuǎn)速超調(diào)，同時可以大大降低動態(tài)速降。 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 49所示： U n *U nR nU i *C nR 0 / 2R 0 / 2R 0 / 2R 0 / 2C o nC o nR b a l 圖 49 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 31 其中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓， *iU ：調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 （ 1） 電流環(huán)等效時間常數(shù) ssTK iI ???? ? （ 2） 轉(zhuǎn)速 濾波 時間常數(shù) sTon ? （ 3） 轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)小時間常數(shù) ???? onIn TKT 1+= 則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡化為圖 47 所示。 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。 2） 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 cilm wsTT ????? ? 1313 不 滿足近似條件。 簡化的近似條件為 oisci TT131?? * ( )iUs?A C R ( 1 ) ( 1 )sliKRT s T s????()cUs ()dIs 圖 43電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（小慣性環(huán)節(jié)的近似處理） 根據(jù)設(shè)計要求： 穩(wěn)態(tài)靜差 率 005?s,超調(diào)量 5%i?? ，可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計電路調(diào)節(jié)器。 如圖 35 所示。 所以 在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即 ?E≈ 0。 21 VT1VD1VD2 圖 39 隔離電路 觸發(fā)電路需要 +15V、 — 15V的穩(wěn)壓電源（直流）和 saU、 sa、 sa同步信號，利用變壓器將電網(wǎng)電壓降壓后接入。 本設(shè)計 用到兩組 三相全控橋整流電路中有六個晶閘管 ，觸發(fā)順序依次為： VT1— VT2— VT3— VT4— VT5— VT6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號輪流導(dǎo)通， 6個觸發(fā)脈沖相位依次相差 60O， 可以選用 3 個 KJ004 集成塊和一個 KJ041 集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路。的雙窄脈沖 。 觸發(fā)回路設(shè)計 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在必要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。 快速熔斷器保護(hù)是最簡單有效的過流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在通常的發(fā)生短路后，熔斷時間小于 20ms，能保證在晶閘管損壞之前熔斷自身而斷開故障點(diǎn)，避免過電流燒壞管子。 表 31 阻容保護(hù)的元件參數(shù) 晶閘管額定電流 /A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /F? 1 2 電阻 /? 100 80 40 20 10 5 2 RC~ 圖 33 晶閘管過壓保護(hù) 晶閘管的額定電流? ? AI AVT 16? 18 則由表可得保護(hù)電容FC ??， ?80R。 為了抑制晶閘管的換相過電壓，采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，如圖 33。因此，一般只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。 一個整流電路中，通常包含有電動機(jī)電樞電抗、變壓器漏抗和外接電抗器的電抗三個部分。 TnU 對于本設(shè)計采用的是三相橋式整流電路，晶閘管按 1至 6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中晶閘管承受的最大電壓VUm 2 ???? ?， 而考慮到電網(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)，則晶閘管額定電壓Tn計算結(jié)果： VUU mTM ~)3~2()3~2( ????? 取 V1000 式中 m—— 晶閘管可能承受的電壓最大值（ V）。 AII dN ???? （ 2） 一次側(cè)相電流 1I的計算 14 21 K?? 式中 K—— 變壓器的變壓比 AAI ???? 變壓器 一次側(cè)容量 ?1S 111 IUm ?。 這里選項(xiàng)用 的變壓器的一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用 Y 聯(lián)接。 如果緊接著反轉(zhuǎn)，d dmII??的過程就會延續(xù)下去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時為止。 (3)它組 回饋制動階段。因時間很短，電動機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。由于電感是儲能元件 ， 電感儲能與電流有關(guān) ， 因此電流下降就意味著電感儲能的釋放，電流上升就意味著電感的儲能增加的過程。 —— 正轉(zhuǎn)時， VF 整流 ； VR 待逆變 —— 反轉(zhuǎn)時， VF 待逆變 ； VR 整流。為了確保兩組整流器的工作狀態(tài)相反，電流調(diào)節(jié)器的輸出 Uc 分兩路，一路經(jīng)正組橋觸發(fā)器 GTF 控制正組橋整流器，另一路經(jīng)倒相器 AR 、反組橋觸發(fā)器 GTR 控制反組橋整流器。由于采用??配合控制方式，在兩組整流器之間沒有直流環(huán)流，但還存在脈動環(huán)流，為了限制脈動環(huán)流的大小，在主電路中串入了四個均衡電抗器 41~ cc LL，用于限制脈動環(huán)流。于是 dofdor UU ?? 且 fdofd U ?cosm ax0 ? rdor U ?cosm ax? 其中f?和 r分別為 VF 和 VR的控制角。 瞬時脈動環(huán)流 —— 兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電壓波形不同，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。 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。 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)。 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 dcrI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態(tài)波形。 3．控制電路的設(shè)計（ 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 ）。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路 。由 于 VM 系統(tǒng)具有調(diào)速范圍大、精度高、動態(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。由晶閘管變流裝置直接給直流電動機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管 電動機(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)。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)。本文首先確定整個設(shè)計的方案和框圖。 1 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)。在設(shè)計中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電。 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。 參數(shù)： 第三組： 直流電動機(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 額定勵磁 電壓 220V )(22 mKgGD ? 電動機(jī)電樞電阻)(?aR 電動機(jī)電樞電感)mHL 其它參數(shù) 名稱 數(shù)值 整流側(cè)內(nèi)阻)(?nR 整流變壓器漏感)(mHLT 電抗器直流電阻)H 電抗器電感)( 4 概述 晶閘管 電動機(jī)直流調(diào)速 系統(tǒng)簡介 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)入晶閘管時代。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。 較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘 管 電動機(jī)系統(tǒng)。 本 設(shè)計 主要 任務(wù) 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）。 6 第 2 章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計 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)矩的動態(tài)過程。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 *imU 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 cmU 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 dmU 。 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、制動和 快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上得到了廣泛的應(yīng)用。 在不同情況下，會出現(xiàn)下列不同性質(zhì)的環(huán)流： （ 1）靜態(tài)環(huán)流 —— 兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類： 直流平均環(huán)流 —— 由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。 為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該當(dāng)正組處于整流狀態(tài)時，強(qiáng)迫讓反組處于逆變狀態(tài)，且控制其幅值與之相等，用逆變電壓把整流電壓dofU頂住，則直流平均環(huán)流為零。 圖中，主電路由兩組三相橋式晶閘管全控型整流器反并聯(lián)組成，并共用同一路三相電 壓 。由于可逆調(diào)速電流的反饋信號不僅要反映電樞電流的大小還需要反映電樞電流的方向，因此電流反饋一般用直流電流互感器或霍爾電流檢測器，在電樞端取電流信號。通常取 0minmin 30?? ? 主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，其中： 正組晶閘管 VF，由 GTF 控制觸發(fā)，反組晶閘管 VR，由 GTR 控制觸發(fā) 。 可逆系統(tǒng)的特點(diǎn)在于反轉(zhuǎn)制動過程，電動機(jī)反轉(zhuǎn)需要改變轉(zhuǎn)矩的方向，由Ne ICeT ??改變轉(zhuǎn)矩方向即需要改變電樞電流的方向，由于電樞回路存在著電感，電樞電流的流向改變則要經(jīng)歷電流的下降，和反向電流上升和建立的過程。 當(dāng)轉(zhuǎn)速給定由正變負(fù)時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出即電流調(diào)節(jié)器的輸入iU*改變極性，從而電流調(diào)節(jié)器的輸出cU改變符號，使正組橋從整流改變?yōu)槟孀儬顟B(tài)，反組橋從逆變改變?yōu)?待 整流狀態(tài)，正轉(zhuǎn)回路的電感能量釋放，由電感反電動勢維持電樞正轉(zhuǎn)回路電流的流通，電動機(jī)的正向 迅速 電流下降，電感儲能經(jīng)正組橋 (逆變狀態(tài) )流向交流電源，而