【正文】 且已比較成熟，因此已在世界各主要工業(yè)國(guó)得到普遍應(yīng)用。隨著全球科技日新月異的發(fā) 展，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)也向著控制的數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。 雙閉環(huán)系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)速環(huán) 用來(lái) 控制電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速 ， 電流環(huán)控制輸出電流 ；該系統(tǒng)可以 自動(dòng)限制最大電 流， 能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響 ；且采用 雙閉環(huán)控制提高了系統(tǒng)的阻尼比 ， 因而較之單閉環(huán)控制具有更好的控制特性。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。 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(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。 4. 系統(tǒng)仿真 5. 按規(guī)范格式撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告（參考文獻(xiàn)不少于 5 篇）打印 時(shí)間安排： 12 月 18 日 21 日 查閱資料 12 月 22 日 24 日 方案設(shè)計(jì) 12 月 25 日 26 日 饌寫(xiě)程設(shè)計(jì)報(bào)告 12 月 27 日 提交報(bào)告，答辯 指導(dǎo)教師簽名： 20xx年 12月 16 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘 要 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。采用三相橋式整流電路，電磁時(shí)間常數(shù) sTL ? ，sTm ? ， sToi ? ， sTon ? 。本文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖 ,然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。 研究課題的 目的和意義 直流電動(dòng)機(jī) 因 具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到 了廣泛 應(yīng)用。我國(guó)自主的全數(shù)字化直流調(diào)速裝置還沒(méi)有全面商用，產(chǎn)品的功能上沒(méi)有國(guó)外產(chǎn)品的功能強(qiáng)大。這種系統(tǒng)已成為 直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 5 3 總體方案 的設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用， 在系統(tǒng)中 設(shè)置 了 兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接， 該系統(tǒng)原理框圖 如圖 31所示。 圖 32 轉(zhuǎn)速 電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 6 圖 32中 ， U*n、 Un— 轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓 U*i、 Ui— 電流給定電壓和電流反饋電壓 ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR— 電流調(diào)節(jié)器 TG— 測(cè)速發(fā)電機(jī) TA— 電流互感器 UPE— 電力電子變換器 起動(dòng)過(guò)程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 *nU 由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程如 圖 33 所示。當(dāng) ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線(xiàn)性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓 iimi UUU ??? * 必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)， dI應(yīng)略低于 dmI 。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn) ： 飽和非線(xiàn)性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 。驅(qū)動(dòng)電路對(duì)半控型只需要提供開(kāi)通控制信號(hào)，對(duì)于晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路叫作觸發(fā)電路。 當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)應(yīng)采用三相整流電路，其交 流側(cè)由三相電源供電，并且采用 三相全控橋整流電路來(lái)供電 ， 該電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。 影響 2U 值的因素有： 1) 2U 值的大小首先要保證滿(mǎn)足負(fù)載所需求的最大電流值的 maxdI ； 10 2) 晶閘管并非是理想的可控開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用 TV 表示； 3) 變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降； 4) 平波 電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電壓降； 5) 電樞電阻的壓降； 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?? ? ???? （ 31） 式中 NU 為電動(dòng)機(jī)額定電壓；20UUA d? ，0ddUUB ?? 及 C 見(jiàn)表 31；NNa URIr ?? ， NI 為電動(dòng)及額定電流， ?R 為電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻； TnU 表示主電路中電流經(jīng)過(guò)幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降； ? 為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，通常取 ? ，供電質(zhì)量較差，電壓波動(dòng)較大的情況 ? 應(yīng)取較小值 ； %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 ?? ； maxdI 為 負(fù)載電流最大值； maxddNII?? ,? 表示允許過(guò)載倍數(shù)。 本 設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為 KP9 70024。 3102 ??NNDD pnIUKL （ 43） BL =NKB IUUK100 %2 （ 44） 式中 KD 為 計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī) KD =8～ 12，對(duì)于快速無(wú)補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī) KD =6～ 8，對(duì)于有補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī) KD =5～ 6，其余系數(shù)均為電動(dòng)機(jī)額定值，這里 KD 取 10； np 為 極對(duì)數(shù)，取 np =2。 圖 41 二次側(cè)過(guò)電壓壓敏電阻保護(hù) 壓敏電阻額定電壓的選擇可按下式計(jì)算 ?? ~1 ?mAU壓敏電阻承受的額定電壓峰值 （ 47） 式中 1mAU 壓敏電阻的額定電壓， VYJ 型壓敏電阻的額定電壓有100V、 200V、 4 760V、 1000V 等； ? 為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，可取 ~ 。 本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的電流 1221 /UUII ? =1123A。 圖 43 理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 12~tt為 脈沖前沿上升時(shí)間（ 1s?? ） 13~tt為 強(qiáng)脈沖寬度 MI 為 強(qiáng)脈沖幅值（ 3 ~ 5GT GTII） 14~tt為 脈沖寬度 I 為 脈沖平頂幅值（ ~ 2GT GTII） 本設(shè)計(jì)課題是 三相全三相全控橋整流電路中有六個(gè)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(hào)輪流導(dǎo)通， 6 個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差 60O， 可以選用 3個(gè) KJ004 集成塊和一個(gè) KJ041 集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)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 ，電路如圖 44 所示 。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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。1 ωci （ 59） 21 滿(mǎn)足近似條件 。1 （ 520） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 111 1 1 3 5 . 1 6 3 . 73 3 0 . 0 0 3 7I iK ssT ????? ? ? （ 521） 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件 。 7) 校核動(dòng)態(tài)最大速降 設(shè)計(jì)指標(biāo)要求動(dòng)態(tài)最大速降 8% ~ 10%n?? 。最終得到的 電流、 轉(zhuǎn)速仿真 波形圖 如圖 63所示 。 從仿真的結(jié)果來(lái)看，得到這樣結(jié)論： 1) 工程設(shè)計(jì)方法在推導(dǎo)過(guò)程中為了簡(jiǎn)化計(jì)算做了許多近似的處理 , 而這些簡(jiǎn)化處理必須在一定的條件下才能成立。但是微分容易引起振蕩所以要加死區(qū)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)研究 是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，要想讓它真正的使用到現(xiàn)實(shí)中，還需要不斷的改善。 28 設(shè)計(jì)總結(jié) 本次設(shè)計(jì)是針對(duì) 直流 VM雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) ，主要工作是設(shè)計(jì)直流調(diào)速控制器的電路，設(shè)計(jì)的電路都是模擬電路，同時(shí)相應(yīng)地介紹了器件的保護(hù)、電流調(diào)調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以及晶閘管的觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)借用圖書(shū)館的書(shū)籍以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的搜索，查閱了許多關(guān)于本設(shè)計(jì)的書(shū)籍和資料對(duì)該電路的設(shè)計(jì)有了較為深入的研究，也進(jìn)一步熟悉了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個(gè)器件的作用和設(shè)計(jì)。 將小時(shí)間 27 常數(shù)當(dāng)作小參數(shù)近似地合并處理 。 啟動(dòng)過(guò)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(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。 25 6 調(diào)速系統(tǒng)的仿真 分析 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 通過(guò)對(duì)整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)， 用 MATLAB 對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1 ?? （ 522） 滿(mǎn)足近似條件 。 5) 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 電流調(diào)節(jié)器 原理圖 如圖 53 所示。 19 圖 52 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR— 電流調(diào)節(jié)器 TG— 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) TA—電流互感器 UPE— 電力電子裝置 Un*— 轉(zhuǎn)速給定電壓 Un— 轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*— 電流給定電壓 Ui — 電流反饋電壓 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1) 時(shí)間常數(shù)的確定 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，即三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts=。 啟動(dòng)電流的變化特性 如圖 51所示。 晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門(mén)極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在必要