【正文】 動(dòng)電流比額定電流大一些，為保證正常起動(dòng)查表 113a，選取 RSL2021快速熔斷器，熔體額定電流 2021 安。每臺(tái)電抗器的電阻為 ? ? )( ??? ????????? ?????? SdDWSlrd（歐） 三臺(tái)電抗器的總電阻為 ???? dd rR (歐 ) （ 2）電抗器的總電抗為 ???dL （毫亨） 第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的控制部分由三部分組成，即觸發(fā)裝置、調(diào)節(jié)裝置和過流過壓保護(hù)裝置。 （ 3）轉(zhuǎn)子回路的直流電路中電流 dI 實(shí)際上帶有交流成分的脈動(dòng)直流，其脈動(dòng)的程度與線路形式、 ? 角以及電抗器 dL 有 關(guān)，該脈動(dòng)成分將增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗。 則 767236223 ?????R R MV (伏 ) 。此時(shí)，若選用每個(gè)元件的額定平均電流為 FI ，則每個(gè)橋臂上并聯(lián)的支路數(shù) Pn 為 FJLdiIP IK IKKn m ax? （ 317） 式中 IK —— 電流儲(chǔ)備系數(shù)，其值可取為 2~3； iK —— 三相橋式線路系數(shù)，取 ； JLK —— 均流系數(shù)，其值可取 ； maxdI —— 轉(zhuǎn)子回路的最大直流電流，其值 應(yīng)取與系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電流值。 因此，逆變變壓器的容量可根據(jù)下式確定 3103 ??? BBB IEP （千伏安） （ 310） 根據(jù)已知條件可得： 7861012553623103 33 ??????? ??BBB IEP （千伏安） 根據(jù)以上計(jì)算，選用兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的三相電力變壓器，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 型號(hào)： SJ1000千伏安； 電 壓： ； 電流： ； 接線方式：△ /Y11。這樣，在三角形繞組中便有三次諧波電流，從而使每相繞組中的電壓是正弦的 。因此，一般需要配置逆變變壓器。因此，選用兩臺(tái)副邊額定線電壓為 400 伏的普通電力變壓器。圖 21所示的是本系統(tǒng)所采用方案的示意框圖。主電路的計(jì)算主要包括有源逆變器的計(jì)算與元件的選擇和轉(zhuǎn)子整流器的計(jì)算與元件的選擇。 交流調(diào)速系統(tǒng) [4]種類很多，常見的有： 1）降壓調(diào)速； 2）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速； 3）繞線轉(zhuǎn)子異 步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；4）繞線異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速； 5）變極對(duì)數(shù)調(diào)速； 6）變頻調(diào)速。加熱然后的實(shí)心圓鋼坯料被穿孔機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)著的軋輥咬入后，借助于導(dǎo)板和頂頭的作用使坯料穿孔變形。在已知的工藝過程和技術(shù)要求下，計(jì)算了整流器、逆變器及雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)參數(shù)等。調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器都選擇了模擬 PI調(diào)節(jié)規(guī)律，能較好的實(shí)現(xiàn)穿孔軋 機(jī)自動(dòng)調(diào)速功能，滿足了要求的技術(shù)指標(biāo)。穿孔機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要是控制穿孔機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使無縫鋼管達(dá)到質(zhì)量要求，自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)可提高無縫鋼管的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低成本，增強(qiáng)無縫鋼管 [2][3]與電焊鋼管的競(jìng)爭(zhēng)力。 本次課題設(shè)計(jì)所用到的調(diào)速方式是繞線異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速，屬轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分則通過交流裝置回饋電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低時(shí)回收的功率越多，調(diào)速的效率比較高及具有良好的調(diào)速性能。 4）控制系統(tǒng)的仿真。 圖 21 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限 制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。 （２） 由于每臺(tái)逆變變壓器的副邊線電壓降低了一半，因而逆變器中元件的耐壓，也可相應(yīng)降低一半，這樣可以降低元件成本，同時(shí)便于選用。這里，主要討論如何確定逆變變壓器的二次電壓，容量和接線方式。所以在穿孔軋機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中可選擇△ /Y11 型接線方式。 安，安伏，伏 1 2 5 5I1 4 4 4I362400 2eB 2 e ?????BE 均有一定的裕量。 a x ?? ?????FJLdiIP IK IKKn 因此，每個(gè)橋臂上并聯(lián)的支路數(shù)為 4。 從電流來看，標(biāo)定的硅整流二極管額定電流與標(biāo)定的晶閘管額定電流相等，即可根據(jù) ddF III 1 ?? 得到 2 5 ???FI （安） 所以，在確定硅整流元件的并聯(lián)支路數(shù)時(shí)，仍可使用 317式，但此時(shí)應(yīng)乘以低頻系數(shù) DK ，其值約為 ~，即 FJLdiIDP IK IKKKn m ax? （ 319） 因此， 4m a x ??FJLdiIDP IK IKKKn 即硅整流元件的并聯(lián)支路數(shù)為 4。因此，電抗器必須將直流電流中的脈動(dòng)成分限制在允許范圍內(nèi)。這章主要介紹觸發(fā)裝置和過流過壓保護(hù)裝置，調(diào)節(jié)裝置將在后面中介紹。 交流側(cè)快速熔斷器的選擇：定子額定線電流： 2431 ?eI （安），可選擇 RSL300快速熔斷器，熔體額定電流 300 安。 得： ? ? uFuFU SiC 35 %6 2220??????? 所以可以取 uFC ? 。 上面部分的電路是由晶體管 103 ~TT （ 3DK4C）組成的對(duì)稱開關(guān)電路，其功能是，先將直流輸入電壓調(diào)制成矩形波交流電流，而后，在通過隔離變壓器 2B，將矩形波交流電壓解調(diào)為直流輸出電壓。當(dāng) GY 和 GL 動(dòng)作時(shí)， 6 伏電壓送到綜合保護(hù)電路的輸入端，使晶體管 1T 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，晶體管 2T 與 3T 則由截止變?yōu)閷?dǎo)通； 2T 的導(dǎo)通，使電流調(diào)節(jié)器 LT 的輸出電壓為零，脈沖控制角立即返回到 min? 的位置； 3T 德導(dǎo)通，使繼電器ZHJ 通電 并動(dòng)作，從而使直流快速開關(guān) DS 立即斷開。 圖 45 瞬時(shí)停電保護(hù)裝置 對(duì)于時(shí)間較短的瞬時(shí)停電，采用上述措施是可行的；若停電時(shí)間較 長(zhǎng)，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速下降很明顯時(shí)，可采用正常起動(dòng)方法重新起動(dòng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。由 1個(gè) KJ004構(gòu)成的觸發(fā)單元可輸出 2 個(gè)相位間隔 180176。接下采的問題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號(hào)的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。 采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時(shí)，同步信號(hào)負(fù)半周的起點(diǎn)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的起點(diǎn)，通常使鋸齒波的上升段為 240176。 。與同步電壓的 300○ 對(duì)應(yīng)，也就是 ? ＝ 0176。對(duì)于共陰極組的 VT VT 6和 VT 2，它們的陰極分別與 U 、 V2和 W2 相連，可簡(jiǎn)單表示它們的主電路電壓分別為 U 、 V2 和 W2。 （二）變壓器的說明 與三相電源變壓器不同，由于三相同步變壓器的副邊繞組電壓要分別接到六個(gè)觸發(fā)電路，因而各觸發(fā)電路必有公共接地端。為了保證頻率一致，且 該電路需要三個(gè)互差 120176。圖 410 為叉相控制方式下的? ??feBM ?? 曲線。 在進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算時(shí)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，按 243)2( ?? NN KK 進(jìn)行計(jì)算。為了保證檢測(cè)精度，電流互感器的鐵心需要使用軟磁性材料，而且在正常工作時(shí)不飽和。 圖 53 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)框圖 圖中， 0T 為晶閘管的平均失控時(shí)間，其值取 ； fIT 為電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，其值取 。 調(diào)節(jié)器的比例電阻為 622 ???? ?CTR D （千歐） 2R 取為 47 千歐。另外，必須保證安裝質(zhì)量，如測(cè)速發(fā)電機(jī)的軸中心線應(yīng)與電動(dòng)機(jī)的軸中心線重合。根據(jù)前面的討論，速度調(diào)節(jié)器也應(yīng)該是比例積分調(diào)節(jié)器。第二階段， ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長(zhǎng)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，查閱了大量的文獻(xiàn)資料，鍛煉了查閱資料的能力和自學(xué)能力；在老師的悉心指導(dǎo)和個(gè)人的努力之 下，終于將畢業(yè)設(shè)計(jì)畫上了圓滿的句號(hào)。 謝辭 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，教授熱心地指導(dǎo)，提出了許多寶貴的建議和意見，幫助修改并審閱了全部書稿，為本次設(shè)計(jì)的完成作出了重要的貢獻(xiàn)，在此表示衷心的感謝。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)。 比例電阻為 ??? 微法 秒InDnIn CIR 千 歐 InR 取為 220 千歐。這樣，一方面可以提高抗干擾能力，另一方面也可以使速度環(huán)具有良好的跟隨性能。 電流調(diào)節(jié)器的接線與參數(shù)，如圖 56 所示。 LK 為主回路放大系數(shù)，LT 為主回路電磁時(shí)間常數(shù)，它們都是轉(zhuǎn)速 n 的函數(shù)。這樣，整流后的輸出電流為 ? 安；如果負(fù)載電阻選 100 歐姆，則輸出的最大電壓為 12伏，再經(jīng)分壓即可產(chǎn)生 0~10伏的輸出信號(hào)；負(fù)載電阻的耗散功率為 ?? 瓦。 ???RKL 電流閉環(huán)的設(shè)計(jì) 電流檢測(cè)裝置 串級(jí)調(diào)速雙閉環(huán)系統(tǒng)的框圖，如圖 52 所示，電流反饋是利用電流檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)的。 圖 51晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 其中 cU 為速度給定， ciU 為電流給定， rU 為速度反饋， GiU 為電流反饋， kU為觸發(fā)器輸入信號(hào)， E為電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)， 0DU 為晶閘管逆變電壓， DI 為主回路電流 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為： dtdnCGDII Mdcd ??? 3752 ? ?? ? ? ?STSCGDSISISNIMdcd137512 ??? (51) 式中 ??dsDDMIXEC ?? MC 為串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，如果取 1540?? deds II 安，則 ????? ?MC 公斤 .米 /安 電動(dòng)機(jī)的積分時(shí)間常數(shù) IT 為 32 ????? MI CGDT 安秒 /轉(zhuǎn) /分 式中 2GD —— 傳動(dòng)系統(tǒng)總的飛輪慣量，其值為 6900公斤 .米 2。 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， 但考慮到同步變壓器功率很小，一般每相不超過 1W，這樣小的三相變壓器很難買到，故可用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓 器組來代替，并接成 DY。所以，三相同步變壓器副邊繞組就只能采用 Y 形連接方法。只有這樣，才能使晶閘管變流裝置有穩(wěn)定的輸出電壓和電流。由圖 57可知，? ＝ 0176。 時(shí)為整流工作， ? 90176。 和終了的 30176。下面以主電路為三相橋式全控整流電路、采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路的情況為例，講述觸發(fā)電路的定相。只需用 3個(gè) KJ004 集成塊和 1 個(gè) KJ04l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，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路，如圖 47所示。 其在變流裝置中所起的基本作用是向晶閘管提供門極電壓和門極電流，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可以導(dǎo)通；根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，對(duì)變流裝置的輸出功率進(jìn)行控制。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè) 15V電源。用 FC52 線性集成電路組成一個(gè)放大器，利用正反饋?zhàn)饔?，使放大器具有繼電特性；而后，用位移電位器 1W 實(shí)現(xiàn)特性的移位，從而得到所需之繼電特性。電阻 R 的功率 RP 的計(jì)算可以根據(jù) 以下經(jīng)驗(yàn)公式估算 ? ? RIP CR 243 ?? （ 43） 6102 ??? CCC UfI ? （ 44） AUfI CCC 6 2502102 66 ??????? ?? ?? ? ? WRIP CR 8 22 ?????? 所以電阻可選擇 400 歐 2 瓦。 造成過電壓的因素很多，如串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中交流開關(guān)的閉合與斷開、交流側(cè)快速熔斷器的熔斷和晶閘管換流都將產(chǎn)生尖峰瞬時(shí)電壓等；變壓器的漏抗和初次級(jí)繞組之間分布電容組成的諧振電路，可能產(chǎn)生諧振電壓、轉(zhuǎn)子直流回路中由于快速開關(guān)切斷而在平波電抗器 dL 和電機(jī)、變壓器的漏抗中產(chǎn)生過電壓 dtdiL 以及雷擊過電壓等，都可能造成過電壓的原因。因此，除對(duì)元件正確計(jì)算和合理選擇外，還需要配置必要的保護(hù)裝置。當(dāng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)直流回路短路或顛覆時(shí)，電流急劇增加。 直流回路電抗器的作用 在串級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直流回路中，必須設(shè)置足夠大的電抗器，其主要原因現(xiàn)歸納成以下四點(diǎn)： （ 1）電抗器必須保證串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在最小工作電流下仍能維持電流連續(xù)。 晶閘管元件的確定如下： KP500 安 /1400 伏型水冷、平板式元件；每個(gè)橋臂上的元件一串四并；兩個(gè)逆變橋共用 48 只晶閘管元件。 由于可能出現(xiàn)操作過電壓和系統(tǒng)中可能出現(xiàn)事故過電壓等，所以晶閘管的反向重復(fù)峰值電壓，應(yīng)選為比線路正常電壓的峰值高 2~3倍，即 RMRRM VV )3~2(? （ 311） 式中， RMV 是線路正常時(shí)的反向峰值電壓，對(duì)變壓器來說，通常為 BE2 。 設(shè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) [4]最大理想空載轉(zhuǎn)差率為 Sl max0