【正文】 ? ? ? ? （ 332） 33 .9 2 1 0 0 .1 9 60 .0 2EPWT ??? ? ? （ 333）功率選擇留 5～ 6 倍裕量 ( 5 ~ 6) ( 5 ~ 6) 96 1 ~ P W W? ? ? ? （ 334） 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 因此，電阻 R 選擇阻值為 20Ω,功率選擇 1W 的電阻。其電路圖如右圖 所示 。因此，是一種較好的過電壓保護(hù)元件。 nP極對(duì)數(shù)，取 nP=2。 再確定晶閘管額定電流 IT(AV)，額 定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值。而一次相電流有效值 )//( 2121 UUII ? ，所以一次側(cè)容量 2222 IUmS ? 。 綜合以上因素得到的 U2精確表達(dá)式為： m a x2m a x[1 ( 1 ) ]%[]100dN a TddKdIU r n UIUICUABI?? ? ???? （ 31） 式中 20UUA d? 表示當(dāng)控制角 ??0? 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 ??0? 時(shí)整流電壓平均值之比； 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 C 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)； UK%為變壓器的短路電壓百分比， 100 千伏安以下的變壓器取 UK%=5， 100～ 1000千伏安的變壓器取 UK%=5~10； ? 為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 3 主電路各器件的選擇和計(jì)算 交 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。按照 PI 調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓為負(fù)值，才能使 ASR 退出飽和。 Id NId m0n0nCABId 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 dmd II ? ASR主導(dǎo)，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差 dmd II ? ACR主導(dǎo)，表現(xiàn)為電流無靜差（過電流保護(hù)） 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 如下圖 表示雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)框圖，圖中 )(sWASR 和分別 )(sWACR表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。即 PI 的作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖 所示。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)。從圖 啟動(dòng)電流變化的波形可以看到 , 電流只在很短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了最大允許值 Idm, 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。 70 年代以來 , 在我國(guó)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。 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。 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。所以對(duì)晶閘三相交流電源 三相橋式整流電路 直流電動(dòng)機(jī) 整流 供電 雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 保護(hù)電路 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 管的觸發(fā)電路也是重點(diǎn)設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。（建立傳遞函數(shù)方框圖），并研究參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。 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)。 用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決 穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾 等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性 能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的 理論基礎(chǔ) 和豐富的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ，而初學(xué)者則 不易掌握 ，于是有必要建立 實(shí)用 的設(shè)計(jì)方法。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。適用于無軌機(jī)車、礦山井下窄軌機(jī)車、磨床、木工機(jī)械、服裝制作、紡織、造紙印刷等場(chǎng)所。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。基于設(shè)計(jì)題目，直流電動(dòng)機(jī)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。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。 current regulator 。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無 級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓方式為最好，調(diào)壓調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)的主要調(diào)速方式。本設(shè)計(jì)選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路，本課題內(nèi)容重點(diǎn)包括調(diào)速控制器的原理，并且根據(jù)原理對(duì)控制器的兩個(gè)調(diào)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)。從機(jī)械特性上看 ,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn) ,使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 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。 3. 系統(tǒng)主電路 ??? ， sTm ? 。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使 是電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不 僅 在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實(shí)出較大的優(yōu)越性。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因?yàn)槿喟氩ㄕ麟娐吩谄渥儔浩鞯亩蝹?cè)含有直流分量，故不采用，本設(shè)計(jì)采用了三相全控橋整流電路來供電，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。從擴(kuò)大調(diào)速范圍的角度來看 , 單環(huán)系統(tǒng)已能基本上滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。這就要求在啟動(dòng)過程中把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量 , 使之維持在電機(jī)允許的最大值 Idm, 并保持不變。采用 PI 型的好處是其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成總是不會(huì)飽和的，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有時(shí)運(yùn)行在飽和輸出狀態(tài)，有時(shí)運(yùn)行在不飽和狀態(tài)。 （ 2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和： 輸出達(dá)到限幅值 *imU ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。 在起動(dòng)過程有三個(gè)特點(diǎn)：①隨著 ASR 的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。 影響值 U2的因素有： (1) U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大電流值的 Idmax。 Idmax 負(fù)載電流最大值； dNd II ??max 所以dNdII max?? ,? 表示允許過載倍數(shù)。 KI2為各種接線形式時(shí)變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。 本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為 KP（ 3CT） 50A 額定電壓： VDRM 800V 額定電流： IT(AV) 50A 門極觸發(fā)電壓： VGT ? V 門極觸發(fā) 電流： IGT ?300 mA 電抗器設(shè)計(jì) 直流側(cè)電抗器的選擇 直流側(cè)串接一個(gè)只有空氣隙的鐵心平波電抗器，以限制電流的波動(dòng)分量，維持電流連續(xù) ,提高整流裝置對(duì)負(fù)載供電的性能及運(yùn)行的安全可靠性。 （ 6）電樞回路總電感 2 20 2 05 5 26. 86KBL L L L m H?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 321） 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì) 電力半導(dǎo)體元件雖有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但承受過電流和過電壓的性能都比一般電氣設(shè)備脆弱的多，短時(shí)間的過電流和過電壓都會(huì)使元件損壞，從而導(dǎo)致變流裝置的故障。 1 1 .3 3 2 3 1 4 0 4 5 6 .0 9mAUV? ? ? ? （ 323） （ 2）計(jì)算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時(shí)： 0223Rm Z lI K I? （ 324） 式中， KZ 能量轉(zhuǎn)換系數(shù)， KZ=~； I02l三相變壓器空載線電流有效值， AIII ll %5%5 2202 ??? 。 2 m i n 36 c o s 2 . 3 4 1 4 0 2 8 3 . 7 12dU U V? ?? ? ? ? ? （ 328） 對(duì)于本設(shè)計(jì)： 1 1 . 0 5 2 8 3 . 7 1 3 3 1 . 9 4 ~ 3 7 1 . 6 50 . 8 ~ 0 . 9 ( 0 . 8 ~ 0 . 9 )m A dU U V V??? ? ? ? （ 329） 因此，壓敏電阻額定電壓取 350V 型壓敏電阻。 （ 1）在交流進(jìn)線中串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，這些措施可以限制短路短路電流。 式中， K 為電動(dòng)機(jī)最大過載倍數(shù)，一般不大于 ； IN 為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。 2．晶閘管過電流保護(hù) 晶閘管不僅有過電壓保護(hù)，還需要過電流保護(hù)。觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求： （ 1）觸發(fā)脈沖的寬 度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60176。 tt 1 t 2 t 3 t 4IIM 圖 理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（ ≤1μs） t1~t3強(qiáng)脈沖寬度 IM強(qiáng)脈沖幅值（ 3IGT~5IGT） t1~t4脈沖寬度 I脈沖平頂幅值（ ~2IGT） 常用的晶閘管觸發(fā)電路如圖 。本設(shè)計(jì)采用三相同步絕對(duì)式觸發(fā)方式。當(dāng) V5 、V6 都導(dǎo)通時(shí)， uc5 約為 15V，使截止，沒有脈沖輸出，但只要中有 V V6 中一個(gè)截止就使得變 為正電壓，使得 V7 、 V8導(dǎo)通就有脈沖輸出。 220 V 36V+BTP+ 15 VAVS+ 15 V 15 V 15 VX Y接封鎖信號(hào)RQustVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~ V D14 圖 同步型號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 圖 中脈沖變壓器 TP 主要用于完成觸發(fā)脈沖信號(hào)的電流放大，解決觸發(fā)電路與晶閘管控制極電路之間的阻抗匹配，并實(shí)現(xiàn)弱電回路（觸發(fā)回路）和強(qiáng)電回路（晶閘管主電路）之間的電隔離。 無偏移繞組時(shí) 10 225 0 0 . 0 0 3 3 0 . 3 0 . 0 2 4 2( ) ( 1 . 4 5 0 . 0 2 )srUIV BB?? ? ??? ? ??? （ 45） 式中， ? 為脈沖電壓寬度， ? 與電角度 θ 間的換算關(guān)系為 000 .0 1 0 .0 1 6 0 0 .0 0 3 31 8 0 1 8 0oo??? ? ? ? （ 46） 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 本章主要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1~2） Toi=，因此取 Toi=2ms=。 3. 計(jì)算 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： sTli ???