【文章內容簡介】 控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用 PI 調節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。 在圖 中標出了兩個調節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，他們是按照電力 電子變換器的控制電壓 Uc為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。 開環(huán)直流調速系統(tǒng)調節(jié)控制電壓 Uc就可改變電動機的轉速。如果負載的不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 11 圖 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)結構框圖 生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調速系統(tǒng)都能實現(xiàn)一定范圍內的無級調速，但是，對靜差率有較高要求時，開環(huán)調速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時就要采用閉環(huán)調速系統(tǒng)。 2. 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)電路原理圖 ASR— 轉速調節(jié)器 ACR— 電流調節(jié)器 TG— 測速發(fā)電機 TA— 電流互感器 UPE— 電力電子變換器 Un*— 轉速給定電壓 Un— 轉速反饋電壓 Ui*— 電流給定電壓 Ui— 電流反饋電壓 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 12 2. 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖 雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖如圖 所示，為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速給隨，希望電流調節(jié)起不要進入飽和狀態(tài)，因此，對于靜態(tài)性來說，只有轉速調節(jié)飽和與不飽和兩種狀況。 即 飽和 —— 輸出達到限幅值；不飽和—— 輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器不飽和時， PI 作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn) 態(tài) 時總是為零 圖 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖 α — 轉速反饋系數(shù) β — 電流反饋系數(shù) 2. 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)數(shù)學模型 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎的系統(tǒng)動態(tài)結構圖。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖 所示。圖中 α和 β 分別表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結構框圖中必須把電樞電流 Id顯露出來，如圖 所示。不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 13 圖 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 14 第 3 章 主電路元部件及參數(shù)計算 整流變壓器容量計算 次級電壓 U2 為了保證負載能正常工作，當主電路的接線形式和負載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側的電壓 U2 只能在一個較小的范圍內變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓 U2。 此外，為了 盡可能的避免 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 （ 一次側繞組采用△聯(lián)接，二次側繞組采用 Y 聯(lián)接 ）。 影響 U2值的因素有： （ 1） U2值的大小首先要保證滿足負載所需求的最大直流值 Ud； （ 2）晶閘管并非是理想的可控開關元件，導通時有一定的管壓降，用UT表示 ； （ 3）變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降 ； （ 4）平波電抗器有一定的直流電阻，當電流流經(jīng)該電阻時就要產(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 U2精確表達式為： ?????? ???????????????????? ???dd m a xm a x2%10010011IICUBAnUIIrUKTddaNU? （ 31） 式中： A= Ud0/U2，表示當控制角α =0176。時，整流電壓平均值與變壓器次不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 15 級相電壓有效值之比。 B=Uda/Ud0，表示控制角為α =0176。時 ,整流電壓平均值之 比 。 ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動 +5%～ 10%，即ε =~。 C 是與整流主電路形式有關的系數(shù) 。 NNa URIr a? =。 nUT— 表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降。 maxdI 為 負載電流最大值； maxd dNII?? 所以 maxddNII?? ,? 表示允許過載倍 。 在 本設計 中 ： 對于 三相全控橋 應有： A=Ud0/U2=, ?cos?B ， C=， KI2=I2/Id=， 為了保證電動機負載能在額定轉速下運轉 ,計算所得的 U2 應有一定的裕量 ,根據(jù)經(jīng)驗所知 ,公式中的控制角 α 應取 30176。為宜。 所得數(shù)據(jù)為 ε=,A=, 2330c o sc o s ??? OB ? ， C=， UK=5 代入式（ 31）有 ? ? VU 1 2 521 0 0 3 02 ??????????）（）（， U2可取 150V 次級電流 I2和變壓器容量 S I2=KI2?Id （ 32） I2= 291= 式中； KI2為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負載電流平均值之不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 16 比。 （ 1m 、 2m 為相數(shù) ） S=1/2（ S1+S2） （ 33） =m1U1I1=m2U2I2 =3 150 KVA =≈ 110KVA 型號可選為 SCB110KVA 晶閘管的電流及電壓定額計算 晶閘管額定電壓 UTN 額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓 Um ,選用時，額定電壓要留有一定裕量，一般去額定電壓為正常工作晶閘管所承受峰值電壓的2～ 3 倍。因此有： 晶閘管 承受的最大反向電壓為 VU 3 6 71 5 0632 2 ??? 故晶閘管的額定電壓為 UTN=（ 2～ 3) 6 U2=（ 2～ 3） 367V=735～ 1102V,取 800V 故計算的晶閘管額定電壓為 800V。 晶閘管額定電流 IN 為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值 并留有一定的裕量 來計算其電流額定值。即 取一般通態(tài)平均電流為按此原則所得計算的～ 2 倍。 按下式計算： 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 17 IN=(～ 2)KfbIMAX （ 34） 式中 : Kfb=Kf/,由整流電路型式而定， Kf為波形系數(shù)， Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。 當α =0176。時，三相全控橋電路 Kfb=。 晶閘管額定電流為： IN（ AV） =(～ 2)KfbIMAX (35) =(～ 2) (291 ) =～ ，本設計中取 300A。 故晶閘管型號為 MTC300A800V。 平波電抗器電感量計算 計算直流回路附加電抗器的電感量時 因為 電動機電樞和變壓器存在漏感，因而，要從所需電感量中，扣除上述兩種電感量。 (1) 電樞電感量 LM按下式計算： )(2 103 mHIPnUKL NNNDM ?? (36) 式中， P— 電動機磁極對數(shù) KD— 計算系數(shù)，對一般無補償電機： KD=8～ 12 對于本設計， P=2， KD=10。 有 LM= (2)整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感 LB按下式計算： )m(%100100 d2 HIUUKL KBB ??? (37) 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 18 式中， U2— 變壓器次級相電壓有效值 Id— 晶閘管裝置直流側的額定負載電流 KB— 與整流主電路形式有關的系數(shù) 對于本設計， KB=。 有 LB= (3) 變流器在最小輸出電流 Idmin時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量 L按下式計算： min2dI UKL ?? （ 38） 式中， K 是與整流主電路形式有關的系數(shù)，三相全控橋 K 取 有 L=4mH 用于限制輸出電流的脈動的臨界電感 Lm（ 單位為 mH) 32 102 um d i NSUL f S I??? （ 39） 式中 ,Si— 電流脈動系數(shù)，取 5%～ 20%； Su— 電壓脈動系數(shù)，三相全控橋 Su = ； df — 輸出電流的基波頻率，單位為 HZ ，對于三相全控橋 df =300 HZ 。 有 Lm =2mH。 本設計中電抗器電感量 中 LK=L2LBLM=≈ 3 mH ?L = TL=本設計所選 LK=3mH。 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 19 保護電路的計算 過電壓保護 過電壓保護可分為交流側和直流側過電壓保護，前常采用的保護措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護。 1．交流側過電壓保護 壓敏電阻采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護，其主要優(yōu)點在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作時只有很微弱的電流（ 1mA 以下）通過元件，而一旦出現(xiàn)過電壓時電壓，壓敏電阻可通過高達數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內，并具有損耗低，體積小，對過電壓反映快等優(yōu)點。因此，是一種較好的過電壓保護元件。 本設計采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△ — Y 聯(lián)結，在變壓器交流側，采用壓敏電阻的保護回路，如下圖 所示。 圖 二次側過電壓壓敏電阻保護 （ 1）壓敏電阻的額定電壓 選擇可按下式： 2mA lUU? 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 20 (310) 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。 2lU — 變壓器二次側的線電壓有效值，對于星形接法的線電壓等于相電壓， 223lUU? 。 U1ma≧ 488V；即取 760V。 （ 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? （ 311） 式中， ZK — 能量轉換系數(shù)， ~ ? 02lI — 三相變壓器空載線電流有效值 IRm= （ 3）計算壓敏電阻的最大電壓 的公式為 1aRm R RmU K I? （ 312） 式中， RK — 壓敏元件特性系數(shù)； a — 壓敏元件非線性系數(shù)； 一般 a 在 20～ 25 之間。 在取 20a? 時， mAKU? 有 URM=1200V 2．直流側過電壓保護 整流器直流側在快速開關斷開或橋臂快速熔斷等情況，也會在 A、 B 之間產(chǎn)生過電壓，可以用非線性元氣件抑制過電壓，本設計壓敏電阻設計來解決過電壓時 (擊穿后 )，正常工作時漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強，抑制過電壓能力強，除此之外，它對沖擊電壓反應快，體積又比不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)設計 21 較小，故應用廣泛。其電路圖如右圖 所示 。 壓敏電阻的額定電壓 mAU1 的選取可按下式計算： 1 0. 8 ~ 0. 9mAU ???壓敏電阻承受的額定電壓峰值 (313) 式中 1mAU 為壓敏電阻的額定電壓； ? 為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般 ? 取～ 。 壓敏