【正文】 本設(shè)計在有限的條件下和本人有限的學(xué)識，做出的設(shè)計還是存在著一些不足。如 : 可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) K S 和失控時間 sT , 這些都是非線性參數(shù) , 但在仿真中被近似看作常數(shù) 。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。 圖 62 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置一個限幅值，限幅值的大小可以根據(jù)所選的運算放大器的輸入電壓的大小來選定，本設(shè)計選取的限幅值為177。實際上，由于表 52是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時， ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按 ASR 退飽和的情況重新計算超調(diào)量。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1) 確定時間常數(shù) 電流環(huán)等效時間常數(shù) 1/KI。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用 PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 () ( 1)iiACR s iKsW s?? ?? （ 52） 式中 iK 為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) i? 為電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù) 檢查對電源電壓的抗擾性能： ilTT?= =10 （ 53） 20 參照表 51 的典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計。這就要求一個電流調(diào)節(jié)來完成這個任務(wù)?；虿捎孟喔?60176。 圖 42 一次側(cè)過電流保護電路 熔斷器額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護。 限制輸出電流脈動的電感量 mL 的計算 ? ?diddmm ISUfUUL 2322 10? ?? （ 41） 式中 iS 電流脈動系數(shù)，取 5%~20% ，本設(shè)計取 10%。 晶閘管額定電流 )(AVTI 的 有效值大于流過元件實際電流的最大有效值。 這里選項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。它通過調(diào)節(jié)處罰裝置 GT 的控制電壓 cU 來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓 dU ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。根據(jù)不同的器件和保護的不同要求采用不同的方法。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 43~tt 時間內(nèi)， dI dLI? ，直到穩(wěn)定。在這一階段中， ASR 很快進入并保持飽和狀態(tài)，而 ACR 不飽和。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器 ASR和 ACR一般都采用 PI調(diào)節(jié)器。 由式（ 11）可知，當(dāng) 0 ?? π2時， Ud 0,晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)；當(dāng) π2 ?? αmax時，晶閘管裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。 本課題主要討論問題 本課題主要討論的問題有以下幾方面： 1) 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 ； 2) 調(diào)速系統(tǒng)主電路參數(shù)計算及元件的確定 ， 包括有變壓器、 晶閘管 、平波電抗器等 ； 3) 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計 ； 4) 動態(tài)設(shè)計計算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，確定 ASR 調(diào)節(jié)器與 ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求 ； 5) 繪制 VM 雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖 ； 6) 建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)進行仿真研究，驗證所設(shè)計的系統(tǒng)是否滿足各項性能指標(biāo)的要求。所以以此為課題進行研究具有一定的實用價值。從機械特性上看 ,就是通過改變電動機 的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性 ,從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點 ,使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。這就形成了轉(zhuǎn)速 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié) 觸發(fā)延遲角 α 大小來調(diào)節(jié)電壓。 課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目 : 直流 VM 雙 閉 環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 初始條件： 采用雙閉環(huán) V— M 不可逆調(diào)速系統(tǒng)。 基于設(shè)計題目，直流電動機調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速 電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。 先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計各 部件，并對其參數(shù)的計算，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)計算 ，然后 采用 Simulink 對整個調(diào)速系統(tǒng) 進行了仿真分析，最后畫出了調(diào)速控制電路 電氣原理圖。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、金屬切削機床、造紙機、高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢 雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀(jì)七十年代在國外一些發(fā)達國家興起，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)成熟，在二十一世紀(jì)已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化與智能化。 3 2 晶閘管整流器 電動機調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管 整流器 電動機 調(diào)速系統(tǒng) 原理 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，開始進入晶閘管時代。其中有源逆變狀態(tài)最多只能控制到某一個最大的觸發(fā)延遲角，而不能達到 π，以避免逆變顛覆。因為 PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。 第 II 階段（ 21~tt ）是恒流升速階段 ： ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，在恒 7 值電流給定 *imU 下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一段振蕩過程。 驅(qū)動電路 是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)， 它將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(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。與旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。 S為整流變壓器的總?cè)萘浚?S 為變壓器一次側(cè)的容量， 1U 為一次側(cè)電壓 , 1I 為一次側(cè)電流 , 2S 為變壓器二次側(cè)的容量， 2U 為二次側(cè)電壓， 2I 為二次側(cè)的電流，1m 、 2m 為相數(shù)。一般取按此原則所得計算結(jié)果的 ～ 2 倍。 df 輸出電流的基波頻率，單位為 ZH ，對于三相全控橋 300dZfH? 表 41 電感量的相關(guān)參數(shù) 電感量的有關(guān)數(shù)據(jù) 單相全控橋 三相半波 三相全控橋 帶平衡電抗器的雙反星形 mL df 100 150 300 300 最大脈動時的 ?值 090 090 090 090 2/IUdm L LK BL BK jL jK 反并聯(lián)線路 交叉線路 14 輸出電流保持連續(xù)的臨界電感量 L 的計算 L min2 / dL IUK? （ 42） 式中， mindI 為要求連續(xù)的最小負載的平均值， 本設(shè)計中 min 5% NII? ； 2U 為變流裝置交流側(cè)相電壓有效值。 壓敏電阻是有氧化鋅，氧化鉍等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作是漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強，抑制過電壓能力強，此外，它對沖擊電壓反映快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的線電壓為 380V，熔斷器額定電壓可選擇 500V。的雙窄脈沖； 2) 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流 幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流 3～ 5 倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達 1～ 2A∕ us； 3) 所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門 極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)； 4) 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。 表 51 典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 參數(shù)關(guān)系 KT 阻尼比 ? 超調(diào)量 ? 0% % % % % 上升時間 rt ? 峰值時間 pt ? 相角穩(wěn)定裕度 ? ? ? ? ? ? 截止頻率 c? 3) 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： li T?? = 電流開環(huán)增益：要求 5%i?? 時，取 ? ? ， 因此 10 .5 0 .5 1 3 5 .10 .0 0 3 7IiKsTs??? ? ? （ 54） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) α = Unm?nN=12375= min/r （ 55） 電流反饋系數(shù) β = Uim?Idm= 780=（ 56） ACR 的比例系數(shù)??s iIi K RKK ?= = （ 57） 4) 校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率： IKs? ??? 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 111 1 9 6 . 13 3 0 . 0 0 1 7 cis sTs ??? ? ?? （ 58） 滿足近似條件 。由前述已知， ? ? ，則 1 2 2 0 . 0 0 3 7 0 . 0 0 7 4iI T s sK ?? ? ? ? （ 514） 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) : onT = 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) nT? ,按小時間常數(shù)近似處理，取 22 TΣn = 1KI+Ton=+=