【正文】 ...... 8 轉(zhuǎn)子整流器的計算與元件選擇 .............................. 9 直流回路電抗器的計 算 ................................... 10 直流回路電抗器的作用 ............................... 10 直流回路中電抗器電感值的計算 ....................... 10 第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 ................................... 12 過流和過壓保護 ......................................... 12 過流和過壓保護原理 ................................. 12 過壓和過流保護裝置 ................................. 14 瞬時停電保護裝置 ....................................... 16 觸發(fā)電路 ............................................... 17 集成觸發(fā)器 KJ004 ................................... 17 觸發(fā)電路的定相 ..................................... 19 電路說明 ........................................... 19 串聯(lián)逆變器脈沖移相的確定 —— 叉相控制方式 ............... 20 第五章 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 .......................... 22 對象的數(shù)學模型 ......................................... 22 電動機的傳遞函數(shù) ................................... 22 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) ............................. 23 主回路的傳遞函數(shù) ................................... 24 電流閉環(huán)的設(shè)計 ......................................... 24 電流檢測裝置 ....................................... 24 電流閉環(huán)動態(tài)參數(shù)的計算 ............................. 25 電流調(diào)節(jié)器及給定濾波器參數(shù)的確定 ................... 27 速度閉環(huán)的設(shè)計 ......................................... 29 速度檢測裝置 ....................................... 29 速度環(huán)動態(tài)參數(shù)的計算 ............................... 29 速度調(diào) 節(jié)器及給定濾波器參數(shù)的確定 ................... 30 第六章 系統(tǒng)仿真 ......................................... 31 仿真模型 ............................................... 31 仿真結(jié)果 ............................................... 31 結(jié)束語 ................................................. 33 謝辭 ................................................... 34 參考文獻 ............................................... 35 附錄 ................................................... 36 第一章 緒論 本項課題的意義 穿孔軋機（簡稱穿孔機） [1]是用以軋制無縫鋼管的一種大型軋鋼設(shè)備。交流調(diào)速系統(tǒng)的方案雖然早已有多種發(fā)明并得到世紀應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)向匹敵。 2）控制部分。因此，在閱讀的過程中，希望各位能夠提出寶貴的意見，作進一步的改進。其中主電路包括整流、逆變、逆變變壓器和元器件的保護等；控制電路包括調(diào)節(jié)器、觸發(fā)電路、保護電路等。 （４）通過將兩逆變器的不同脈沖移相方式進行組合，可以改善串級調(diào)速系統(tǒng)運行的功率因素，減少電網(wǎng)電壓波形的畸變，提高運行的穩(wěn)定和可靠性等。不含三次諧波的激磁電流將產(chǎn)生具有平頂波形的磁通，該磁通在變壓器的繞組中產(chǎn)生具有尖頂波形的電壓，從而使電壓為非正弦的。 將式 32代入 31，得 DEDdE a x ???????? ?? （ 33） 三相橋式逆變器的最大逆變電 壓為 m in2m in c o ?? BEE ? （ 34） 式中 min? —— 最小逆變角 令 maxmax ?EEd ? ，則可由式 為 m in22 cos11?DBEDE ?????? ?? （ 35） 若用 BE 和 DE 分別表示變壓器二次側(cè)最大線電勢和電動機轉(zhuǎn)子額定（開路）線電壓，則式 35也可寫成如下形式 mincos11?DBEDE ?????? ?? （ 36） 由式 36 可知，逆變變壓器二次電勢除與電動機轉(zhuǎn)子額定電勢有關(guān)外，還與調(diào)速范圍 D 和逆變角 min? 有關(guān)。 BE =362（伏） 則 ????? RMR R M VV （伏） 在大型晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)中，常需要幾個晶閘管串聯(lián)，此時，若所選晶閘管的反向重復峰值電壓為 RRMV ，則三相橋式有源逆變器中每個橋臂上串聯(lián)元件的數(shù)目 sn ，可根據(jù)下式求出 RRMJYBUWs VK EKKn 2? （ 312） 式中 WK —— 考慮網(wǎng)壓升高而引入的系數(shù)，其值可取為 ； JYK —— 均壓系數(shù)，一般取為 ； UK —— 電壓儲備系數(shù)，取為 2~3； BE2 —— 逆變變壓器二次線電壓的峰值。 轉(zhuǎn)子整流器用的硅整流二極管，是在低頻率、大電流下工作，所承受的電壓與調(diào)速范圍有關(guān)。如果電抗器的電抗不是足夠大，那么在正常工作狀態(tài)下電流就可能不連續(xù)了。如果電抗器的電感足夠大，則此時可以限制電流上升率，使 dtdi 不致過大，從而保證直流回路的快速開關(guān)在短路電流值允許范圍以內(nèi)時及時地斷開電路。 晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的過流事故，一般是由于顛覆、缺相運行、負載增加造成過載等原因引起的，特別是發(fā)生顛覆時，回路內(nèi)將產(chǎn)生很大的短路電流。另外，異步電動機的激磁電流 通常是定子額定電流的 30%~70%，這說明電機中存有很大的磁場能量。 除了考慮以上的情況以外，應(yīng)還有過流和過壓保護裝置，下面將設(shè)計。 調(diào)整 GY，使電動機運行的轉(zhuǎn)差率 S 超過 ? ?. m a xm a x ?SS 。用一個 ,1W 電位器引出給頂電壓。在本設(shè)計中選用集成六脈沖觸發(fā)器實用電路。 圖 46 KJ004 原理圖 圖 47 觸發(fā)電路原理 其中， KJ041內(nèi)部實際是由 12個二極管構(gòu)成的 6個或門，其作用是將 6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為 6 路雙脈沖輸出。 觸發(fā)電路定相 [1]的關(guān)鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關(guān)系。 線性度不好，舍去不用，使用中間的 180176。時 為逆變工作。對應(yīng)于 VT l 陽極電壓 U2的 30176。 加在晶閘管上的電源主電壓，在整流裝置中，是主電流交流側(cè)的電壓。即三相同步變壓器只能接成 Y/Y和 △ /Y兩類。即可獲得與主電路二次側(cè)相電壓同相的三個電壓 U 、 V W2。 所以電動機的傳遞函數(shù)為： ? ? ? ?? ? SSISI SNSG dcdI 1)( ??? （ 52） 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) ? ?SGN 為： ? ? 100 24310 ???? SST KSG NN (53) 式中 0T —— 晶閘管的平均失控時間，其值取 ； NK —— 觸發(fā)逆變器的發(fā)達系數(shù)（因為采用叉相控制的方式，故 NK 的值在兩個工作區(qū)域是不同的）。對于大中容量的串級調(diào)速系統(tǒng)，最常用的電流檢測裝置 [1]有交流電流互感器、直流電流互感器和霍爾效應(yīng)電流變換器等。由于一般插件不允許承受過高的溫度，因此，可把負載電阻的瓦數(shù)取為計算值的 4 倍以上。 為了提高抗干擾能力，對于電流環(huán)，可以按三階工程最佳（典型Ⅱ型）時的預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)來計算動態(tài)參數(shù)，但必須要求大慣性環(huán)節(jié)能夠近似成一個積分環(huán)節(jié)才行。電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)為 366141)( ????? SSTKSG fII 圖 56 電流調(diào)節(jié)器原理圖 速度閉環(huán)的設(shè)計 速度檢測裝置 速度反饋是利用速度檢測裝置實現(xiàn)的，最常用的速度檢測裝 置 [8]是測速發(fā)電機。 按三階工程最佳來計算動態(tài)參數(shù)的方法與前面所述相同，這里略述。 速度給定濾波器的傳遞函數(shù)為 11ST 1)S(G gL ngL n ???? 式中 fnng L n ????? ?T 秒 給定濾波器的電容為 271020 31gL ngn ????? （微法） 取 gnC 為 33 微法。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實際仿真結(jié)果基本上反映了這一點。 在本文完稿之際，對書末所附參考文獻的作者也致以衷心的感謝。在對系統(tǒng)的方案、總體結(jié)構(gòu)選擇、系統(tǒng)工作原理、具體各部分電路的設(shè)計以及系統(tǒng)的計算機仿真等內(nèi)容進行了具體研究，在設(shè)計過程中遵循工程設(shè)計方法原則，按照工程設(shè)計方法的基本思路，首先使問題簡化，突出主要矛盾，即滿足動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度的要求，然后進一步滿足其它動態(tài)性能指標，把各個問題充分解決。 圖 61 雙閉環(huán)仿真模型 仿真結(jié)果如圖 62 所示，啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR 的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。 根據(jù)前面的計算，進一步確定速度環(huán)的框圖如下： 圖 58 速度環(huán)的框圖 速度環(huán)的框圖如 圖 58 所示。應(yīng)該使它工作在磁化曲線的飽和段，或者使用穩(wěn)壓電源向激磁繞組供電。 調(diào)節(jié)器的積分電容為 32 ???? RTC i （微法） 2C 取為 微法。串級調(diào)速電流環(huán)的典型框圖如圖 53 所示。由于具備上述優(yōu)點，所以交流電流互感器的應(yīng)用很廣。 因此， 2432730)2( ????? LTN UEK ?。圖 49 為叉相方式 [1]的工作示意圖。觸發(fā)電路應(yīng)當保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致。 一般來說，因同步電壓較小，通常從降壓的同步變壓器取得。 對于其它的 5 個晶閘管，也存在同樣的關(guān)系，即同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180176。于是 ? ＝ 90176。 三相橋整流器大量用于直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實現(xiàn)再生制動， 使Ud=0 的觸發(fā)角 ? 為 90176。 的范圍為 21 ~ tt ?? 。 為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個同步變壓器，將其一次側(cè) 接人為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終是一致的?？煞譃橥健忼X波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選集脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。圖 45是帶瞬時停電保護裝置的串級調(diào)速系統(tǒng) [1]，使用它可以避免出現(xiàn)瞬時停電所造成的三不良后果。此電路的輸入端為二極管 21 DD、 所組成的邏輯或門。 圖 41 直流電壓變換器（ YB）原理圖 直流電壓變換器由上、下兩部分組成，下部分的電路即為一個高頻方波電壓發(fā)生器，其輸出電壓的頻率約為 4000 赫，該方波電壓信號通過變壓器 1B 的次級繞組加到上面部分的電路上，作為調(diào)制和解調(diào)電源。 其 R， C 的計算如下： ? ?uFUSiC 220%6 ??? （ 41） ? ????? %%022iuSUR k （ 42） 式中 S —— 變壓器每相平均計算容量，單位為 VA； 2U —— 變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為 V； %0i —— 變壓器勵磁電流百分值， 10~2021kVA的變壓器，其值取為 4~10； %ku —— 變壓器的短路電壓百分值， 10~2021kVA變壓器，其值為 5~10。 考慮到起