課程設(shè)計(jì)--v-m雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-10 16:15 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 21 2． 2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓 Uc 就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速，但是，對(duì)靜差率有較高要求時(shí)，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時(shí)就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 采用 PI 調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿 足需要。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。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。二者之間實(shí)行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。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)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 武漢理工大學(xué)《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 Uim*決定了 電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓 Ucm限制了電力電子電換器的最大輸出電壓 Udm。 圖 22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示， 速度調(diào)節(jié)器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定電壓 ?nU和速度反饋電壓 nU 的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出是電流的給定電壓 ?iU （對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，控制電樞電流就是控制電磁轉(zhuǎn)矩，相應(yīng)的可以調(diào)速）。電流調(diào)節(jié)器根據(jù)電流給定電壓 ?iU 和電流反饋電壓 iU 的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出是功率變換器件（三相整流裝置）的控制信號(hào) cU 。通過(guò) cU 電壓進(jìn)而調(diào)節(jié)整流裝置的輸出，即電機(jī)的電樞電壓，由于轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電壓改變后，電樞電流跟著發(fā)生變化，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也跟著變化，由ntd / deLT T J?? 可知 ，只要 eT 與 LT 不相等那么轉(zhuǎn)速 n 會(huì)相應(yīng)的變化。整個(gè)過(guò)程到電樞電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡后，轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定。 3 調(diào)速系統(tǒng)主電路元 部件的確定及其參數(shù)計(jì)算 整流變壓器容量計(jì)算 次級(jí)電壓 U2 為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，武漢理工大學(xué)《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 晶閘管交流側(cè)的電壓 U2 只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓 U2。影響 U2值的因素有： （ 1） U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值 Ud （ 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 UT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)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(dá)式為： A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角 α=0176。時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。 B=Udα/Ud0，表示控制角為 α?xí)r和 α=00時(shí)整流電壓平均值之比。 UK%—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%=5~8 ε為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定， 允許波動(dòng) +5%~10%，即 ε=~ C 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù) 為 NNa URIr ??， 表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻 ?R 的標(biāo)么值，對(duì)容量為 15~150KW 的電動(dòng)機(jī)，通常ra=~。 nUT—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 對(duì)于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn) ,計(jì)算所得的 U2 應(yīng)有一定的裕量 ,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知 ,公式中的控制角 ? 應(yīng)取 300為宜。 ε=,A=,B= ??cos 30cos 0= 23 ， C=， UK%=5 220 440ar?? ? ? 武漢理工大學(xué)《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 ? ?44 0 6 1 1 2 126 5 4 2 10 0V? ? ? ? ? ???????? ? ? ? ??? 取 U2=270V。 次級(jí)電流 I2和變壓器容量 I2=KI2I d , 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。 對(duì)于本設(shè)計(jì) KI2取 ,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故 I2=220= S=1/2（ S1+S2） =m1U1I1=m2U2I2=3270= 晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算 晶閘管額定電壓 UTN 晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓 Um，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，還要放寬 2~3 倍的安全系數(shù)，即按下式選取 UTN=（ 2~3） UM 式中系數(shù) 2~3 的取值應(yīng)視運(yùn)行條件，元件質(zhì)量和對(duì)可靠性的要求程度而定。 對(duì)于本設(shè)計(jì)， UM= 6 U2， 故計(jì)算的晶閘管額定電壓為 UTN=（ 2~3） 6 U2=（ 2~3） 6 270=1323～ 1984V, 取 1800V。 晶閘管額定電流 IT（ AV） 為使晶閘管元件不因過(guò)熱而損壞，需要按電流的有效值來(lái)計(jì)算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電流的最大有效值?？砂聪率接?jì)算： IT（ AV） =(~2)KfbIMAX， 式中計(jì)算系數(shù) Kfb=Kf/ 由整流電路型式而定， Kf 為波形系數(shù)， Kb 為共陰極武漢理工大學(xué)《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 或共陽(yáng)極電路的支路數(shù)。當(dāng) α=00時(shí)，三相全控橋電路 Kfb= 故計(jì)算的晶閘管額定電流為 IT（ AV） =(~2)KfbIMAX =(~2) (220)=～ 取 200A。 平波電抗器電感量計(jì)算 由于電動(dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量時(shí)，要從根據(jù)等效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種 電感量。 電樞電感量 LM 按下式計(jì)算 )(210 3 mHIPnUKLNNNDM ?? P—電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù) KD—計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)： KD=8~12 對(duì)于本設(shè)計(jì)， P=2， KD=10 則 對(duì)于本設(shè)計(jì)， 331 0 1 0 4 4 0 1 0 2 .7 7 ( )2 2 2 1 8 0 0 2 2 0DNM NNKUL m HP n I? ? ?? ? ?? ? ? 整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感 LB按下式計(jì)算 )(100% 2 mHIUUKL dKBB ?? ④ U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值 Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流 KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù) 對(duì)于本設(shè)計(jì)， KB=， %KU =5 則 可求得， 2% 5 2 7 03 . 9 0 . 2 4 ( )1 0 0 1 0 0 2 2 0KBBdUUL K m HI? ? ? ? ? ? 由此看出， 變流器在最小輸出電流 Idmin 時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量 L 按下式計(jì)算 武漢理工大學(xué)《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 min2dI UKL ?? K 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋 K 取 2m i n0 . 6 9 3 2 7 0 1 7 . 0 1 ( )2 2 0 5 %dKUL m HI ??? ? ?? 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量 L 平 =LLM2LB==(mH) 電抗器電感量應(yīng)大于 15 mH。 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算 過(guò)電壓保護(hù) ① 交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù) 圖 31 采用 RC 過(guò)電壓抑制電路如圖 31 所示，在變壓器次級(jí)并聯(lián) RC 電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場(chǎng)能而存儲(chǔ)起來(lái)，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以消耗一部分能量并且抑制 LC 回路可能產(chǎn)生的震蕩。 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為 △—Y 聯(lián)結(jié)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù) )(%631 220 FUSiC T ??? 電容 C 的耐壓 )( 2 VUU C ??? )(%% 02 2 ??? iUSUR KT
畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1