【正文】 （ 418） 式中， kU %變壓器短路比，一般取為 5% ； BK 為計(jì)算系數(shù)，三相全控橋 ? 。 （ 1）用于限制輸出電流的脈動(dòng)的臨界電感 mL （單位為 mH） 32 102 um d i NSUL f S I??? （ 412） 式中 iS 電流脈動(dòng)系數(shù)，取 5%~20% ； uS 電壓脈動(dòng)系數(shù)，三相全控橋 ? ； df 輸出電流的基波頻率，單位為 ZH ，對于三相全控橋300dZfH? 。一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的 ～ 2 倍。 對于本設(shè)計(jì) 2IK 取 ,且 忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故 AIKI NI ?????? ? （ 44） 根據(jù)整流變壓器的特性，即 222111 IUmIUm ? m 取 3，所以 2211 IUIU ? ，所以整流變壓器的容量為： 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 211( ) ( )22S S S m U I m U I m U I? ? ? ? ? （ 45） K V AIUmS ????? 第四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算 14 （ 46） 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為 AKV?30 整流變壓器。而一次相電流有效值)//( 2121 UUII ? ，所以一次側(cè)容量 2222 IUmS ? 。 對于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn) ,計(jì)算所得2U 應(yīng)有一定的裕量 ,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知 ,公式中的控制角 ? 應(yīng)取 300 為宜。 綜合以上因素得到的 2U 精確表達(dá)式為： m a x2m a x[1 ( 1 ) ]%[]100dN a TddKdIU r n UIUICUABI?? ? ???? （ 41） 第四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算 12 式中 20UUA d?表示當(dāng)控制角 00?? 時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比； 0ddUUB ?? 表示控制角為 ? 時(shí)和00?? 時(shí)整流電壓平均值之比； C 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)； %KU 為變壓器的短路電壓百分比， 100 千伏安以下的變壓器取5%?KU ， 100～ 1000 千伏安的變壓器取 % 5 10KU ?? ； ? 為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。 (2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用 TV 表示。 第四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算 11 第四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算 4． 1 變流變壓器容量的計(jì)算和選擇 在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器，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。后面需要 PI 調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)。這就要求一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來完成這個(gè)任務(wù)。從圖 , 電流只在很短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了最大允許值 dmI , 而其他時(shí)間的電流均小于此值 , 可見 在啟動(dòng)過程中 ,電機(jī)的過載能力并沒有充分利用。但是 , 任何調(diào)速系統(tǒng)總是需要啟動(dòng)與停車的 , 從電機(jī)能承受的過載電流有一定限制來看 , 要求啟動(dòng)電流的峰值不要超過允許數(shù)值。 70 年代以來 , 在我國的冶金、機(jī)械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域 得到日益廣泛的應(yīng)用。主電路原理圖如圖 所示 第三章 系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)形式和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 8 三相全控制整流電路由晶閘管 VT VT VT5 接成共陰極組，晶閘管 VT VT VT2 接成共陽極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。 圖 V— M 系統(tǒng)原理圖 第三章 系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)形式和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 7 圖 直 流 斬 波 器 電 動(dòng) 機(jī) 系 統(tǒng) 原 理 圖 圖 波形圖 因此，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求應(yīng)選擇第二個(gè)可控直流電源。 直流斬波器 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖示于圖 ，其中 VT 用開關(guān)符號(hào)表示任何一種電力電子開關(guān)器件， VD 表示續(xù)流二極管。 機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在 20世紀(jì) 60年代以前曾廣泛地使用著，但該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)還要儀態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，因此設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動(dòng)態(tài)限流性能和抗擾動(dòng)性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。所以對晶閘管的觸發(fā)電路也是重點(diǎn)設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是就將信息電子電路穿來的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同 要求采用不同的方法。 第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 4 第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流 380V 電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。 4．動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定 ASR 調(diào)節(jié)器與 ACR 調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。 6. 主電路采用三項(xiàng)全控橋。 2. 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率 2S? ）。 大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由 低階系統(tǒng)近似 。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用 。直流調(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。 第一章 緒論 2 第一章 緒 論 1． 1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 三十多年來，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。而 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用 PI 調(diào)節(jié)器可以獲得無靜差；構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度；雖快 速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定的，但是電路較簡單。 本設(shè)計(jì)的題目是雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 該控制器具有調(diào)速平穩(wěn)，安全可靠，提高生產(chǎn)效率；直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制簡便；可以與計(jì)算機(jī)連接控制 等特點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且調(diào)速后的效率很高 。 2）、報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容： A、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型 主回路方案確定。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) III 4)系統(tǒng)在 5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)。 5） 繪制 V— M 雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時(shí)對直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) I 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì) 專 業(yè) ： 自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目 ： 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí) ： 自動(dòng)化 0843 學(xué)生姓名 ： 楊磊 學(xué)號(hào) ： 10 指導(dǎo)教師 ： 方健 分院 院長 ： 許建平 教研室主任 ： 方健 電氣 工程學(xué)院 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) II 一、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率 Pe＝ ，額定電流 Ie=，磁極對數(shù) P=1， ne=1500r/min,勵(lì)磁電壓 220V,電樞繞組電阻 Ra= ,主電路總電阻 R＝ 7Ω， L∑＝ (電樞電感、平波電感和變壓器電感之和 )， Ks=，機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi=，過載倍數(shù)λ＝ ，電流給定最大值 10VUim ?? ，速度給定最大值 10VUn ?? 1）根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。 4）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與 ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。 3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量 8%n? ? ，電流超調(diào)量 5%i?? ，動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速降 8 10%n? ? ? ，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間） 1sts? 。 4. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 要求 1）、要求在課程設(shè)計(jì)答辯時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 5. 參考資料 [1] 朱仁初，萬伯任 .電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊 [M].北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1994. [2] 王兆安，黃俊 .電力電子技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [3] 陳伯時(shí) . 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) [M],第三版 . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021年 6月． [4] 孔凡才．晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)［ M］．北京 :北京科技出版社，1985． [5] 段文澤，童明倜 .電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)及其工程設(shè)計(jì)［ M］ .四川：重慶大學(xué)出版社 ,. [6] 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 . 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) IV 6. 設(shè)計(jì)進(jìn)度 （ 2021 年 11 月 29 日至 12 月 10 日） 時(shí) 間 設(shè)計(jì)內(nèi)容 11 月 29日 布置設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱資料 11 月 30日 12月 2日 方案論證及 總體設(shè)計(jì) 12月 3日 12月 9日 系統(tǒng)調(diào)試及 整理 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 12月 10日 課程設(shè)計(jì) 答辯 二 、評(píng)語及成績 評(píng)分項(xiàng)目 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 量化 分?jǐn)?shù) 與解決問題的能力 很強(qiáng) 較強(qiáng) 一般 不具有 10 2. 課程設(shè)計(jì)的答辯情況 有見解 回答準(zhǔn)確 回答正確 基本正確 有錯(cuò)誤 25 3. 課程設(shè)計(jì)論文及插圖的規(guī)范 程度 規(guī)范 整潔 正確 雜亂 有錯(cuò)誤 25 的使用 熟練使用 會(huì)使用 需要學(xué)習(xí) 10 積極 認(rèn)真 應(yīng)付 消極 10 積極 認(rèn)真 應(yīng)付 消極 10 全勤 缺勤次數(shù) 10 附加評(píng)語 量化總分 目錄 V 目 錄 前言 ................................................................ 1 第一章 緒 論 ........................................................ 1 1． 1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 .......................................... 1 1． 2研究課題的目的和意義 ........................................ 1 1． 3設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 .............................................. 3 設(shè)計(jì)要求 ................................................ 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ................................................ 3 第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 ........................................ 2 第三章 系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)形式和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 .........................6 3． 1主電路的選擇與確定 ................................................6 3． 2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 .............................................8 第四章 主電路各器件的選擇和計(jì)算