【正文】 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)： sTli ??? 。 無偏移繞組時 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（論文） 30 5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動態(tài)設(shè)計 本章主要設(shè)計轉(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。當(dāng) V5 、V6 都導(dǎo)通時， uc5 約為 15V，使截止，沒有脈沖輸出，但只要中有 V V6 中一個截止就使得變 為正電壓，使得 V7 、 V8導(dǎo)通就有脈沖輸出。 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 。 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)。 （ 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。 1 1 .3 3 2 3 1 4 0 4 5 6 .0 9mAUV? ? ? ? （ 323） （ 2）計算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時： 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 ??? 。 本設(shè)計選用晶閘管的型號為 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 直流側(cè)電抗器的選擇 直流側(cè)串接一個只有空氣隙的鐵心平波電抗器，以限制電流的波動分量，維持電流連續(xù) ,提高整流裝置對負(fù)載供電的性能及運行的安全可靠性。 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)。由于電流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。 （ 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)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。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。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)械對調(diào)速的要求。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)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(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實出較大的優(yōu)越性。采用性能良好的驅(qū)動電路，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)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 設(shè)計內(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。從機(jī)械特性上看 ,就是通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機(jī)的機(jī)械特性 ,從而改變電動機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點 ,使電動機(jī)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。對于要求在一定范圍內(nèi)無 級平滑調(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。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計，同時對其參數(shù)的計算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計算。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。 用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決 穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾 等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性 能要求，需要設(shè)計者有扎實的 理論基礎(chǔ) 和豐富的 實踐經(jīng)驗 ，而初學(xué)者則 不易掌握 ，于是有必要建立 實用 的設(shè)計方法。（建立傳遞函數(shù)方框圖），并研究參數(shù)變化時對直流電動機(jī)動態(tài)性能的影響。所以對晶閘三相交流電源 三相橋式整流電路 直流電動機(jī) 整流 供電 雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī) 驅(qū)動電路 保護(hù)電路 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 管的觸發(fā)電路也是重點設(shè)計。 圖 直流斬波器 電動機(jī)系統(tǒng)原理圖 圖 波形圖 因此，根據(jù)本設(shè)計的要求應(yīng)選擇第二個可控直流電源。從圖 啟動電流變化的波形可以看到 , 電流只在很短的時間內(nèi)就達(dá)到了最大允許值 Idm, 而其他時間的電流均小于此值 , 可 見在啟動過程中 ,電機(jī)的過載能力并沒有充分利用。 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和動態(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。 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)。 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3 主電路各器件的選擇和計算 交 流變壓器容量的計 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。而一次相電流有效值 )//( 2121 UUII ? ，所以一次側(cè)容量 2222 IUmS ? 。 nP極對數(shù)，取 nP=2。其電路圖如右圖 所示 。 ② 快速開關(guān)的額定電壓 UKld ≥額定整流電壓 UN。如右圖 快速熔斷器保護(hù) 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 V tV tF uF u 圖 根據(jù)快速熔斷器的要求熔斷器的額定電壓 5 5 140 343K N R MU U U V? ? ? ? ? （ 337） 因此，按本課題的設(shè)計要求，用于晶閘管過電流保護(hù)的快速熔斷器的額定電壓可選擇 350V。 V 1V 2T MV D 1R 3R 1R 2V D 2V D 3R 2 圖 觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路類型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對來說電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來實現(xiàn)，需要通過編程來實現(xiàn)，本設(shè)計不采用。所以當(dāng)VT2 觸發(fā)單元的 V4 由截止變導(dǎo)通時，本身輸出一個脈沖，同時使 VT1 器件觸發(fā)單元 V6的管截止，給 VT1器件補送一個脈沖。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1. 確定時間常數(shù) （ 1）整流裝置滯后時間常數(shù) Ts。 5. 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 由圖 ，按所用運算放大器取 R0=40kΩ，各電阻和電容值為 0 40 K R k k? ? ? ? ? ? 取 45kΩ （ 59） 630 .0 3 1 3 0 .7 1 04 5 1 0iiiC F FR? ?? ? ? ?? 取 （ 510） 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 6304 4 0 . 0 0 2 0 . 2 1 0 0 . 24 0 1 0oioi TC F F FR ???? ? ? ? ?? 取 （ 511） 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 ζi=%5%，滿足設(shè)計要求。 （ 4）電磁時間常數(shù) Tl的確定。查閱資料可得鐵心材料的飽和磁密 BS=， 飽和磁場強(qiáng)度 HS=1900A/m2，剩磁磁密 Bγ=。然后由分屬三相的此種電路組成脈沖形成單元輸出 6 路脈沖，再經(jīng)補脈沖形成及分配單元形成補脈沖并按順序輸出 6 路脈沖。 （ 2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(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(dá) 1～ 2A∕ us。 ② 熔斷器的額定電流應(yīng)大于溶 體的額定電流。過電 壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時消散而造成的。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護(hù)。選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓 UTM 和額定電流 IT(AV)。 (4)平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降。②準(zhǔn)時間最優(yōu)控制即武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 恒流升速階段，電流保持恒定，一般選擇為允許的最大值，以便充分發(fā)揮電機(jī)的過載能力，是起動過程盡可能的最快。即飽和調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。如下圖 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 （注 : ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—直流測速發(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） 為了實現(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)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，如圖 所示。 為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電壓、過電流等保護(hù)裝置。最后是用 MATLAB/SIMULINK 對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計總框架 三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。 3. 動態(tài)性能指標(biāo)： 空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的 轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10?n? ，電流超調(diào)量%5?i? ， 過載倍數(shù) ? =，取電流反饋濾波時間常數(shù) ? ，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) ? 。首先實現(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)電動機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進(jìn)。針 對直流電機(jī)調(diào)速的方法也很多，目前國內(nèi)外也研究了一些調(diào)速的控制器。武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能和調(diào)速性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且調(diào)速后的效率很高。 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 1 緒 論 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 三十多年來，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。 2. 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率 2?S ）。如圖 設(shè)計的總框架。本課題設(shè)計主要是設(shè)計雙閉環(huán)的中兩個調(diào)節(jié)器參數(shù)計算與檢測。晶閘管的控制角都是 ? ，在一個周期內(nèi) 6 個晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為： VT1— VT2— VT3— VT4— VT5— VT6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號輪流導(dǎo)通， 6 個觸發(fā)脈沖相位依次相差 600，只有這樣才能使電路正常工作。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。 β — 電流反饋系數(shù) 分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：① 飽和 ——輸出達(dá)到限幅值。這 就是飽和非線性控制的特征。 (3)變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降。 整流元件晶閘管的選型 正確選擇晶閘管能夠使晶閘管裝置在保證可靠運行的前提下降低成本。 過電壓保護(hù)設(shè)計 過電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)，前常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物 壓敏電阻。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。在選擇時應(yīng)注意以下問題： ① 快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。的雙窄脈沖。的觸發(fā)脈沖。取變壓器的變比 K=5，脈沖寬度 θ=600，脈沖變壓器的磁鐵材料選擇 DR320。按小時間常數(shù)近似處理，取 0 0 3 ???? oisi TTT 。