【導(dǎo)讀】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)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角α大小來調(diào)節(jié)電壓。采用了三相全控橋整流電路來供電。晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計算。接著驅(qū)動電路的設(shè)計包括觸發(fā)電路和脈沖。最后，即本文的重點設(shè)計直流電動機調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)。速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對象來設(shè)計直流電動機調(diào)速控制器。和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實行嵌套聯(lián)接。電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計各元部件，并對其參數(shù)的計算，包括給定電。后采用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。

　　

【正文】 電路往往包括觸發(fā)時刻進(jìn)行控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。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?；虿捎孟喔?60176。的雙窄脈沖。 （ 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。 （ 3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 （ 4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。 在本設(shè)計中最主要的是第 2 條。理想的觸發(fā)脈沖電流波形如圖 。 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強脈沖寬度 IM強脈沖幅值（ 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 。它由 V V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 器 TM 及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當(dāng) V V2 導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出出發(fā)脈沖。 VD1和 R3是為了 V V2由導(dǎo)通變?yōu)橹苯?時脈沖變壓器 TM 釋放其儲存的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它的電路環(huán)節(jié)。 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)器可以在單片機上來實現(xiàn)，需要通過編程來實現(xiàn)，本設(shè)計不采用。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，所以本設(shè)計采用的是集成觸發(fā)器，選擇目前國內(nèi)常用的 KJ、 KC 系例，本設(shè)計采用 KJ004 集成塊和 KJ041 集成塊。 對于三相全控整流或調(diào)壓電路，要求順序輸出的觸發(fā)脈沖依次間隔 60176。本設(shè)計采用三相同步絕對式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號的上升沿和下降沿，形成兩個同步點，分別發(fā)出兩個相位互差 180176。的觸發(fā)脈沖。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。 本設(shè)計課題是三相全三相全控橋整流電路中有六個晶閘管，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 60O，可以選用 3 個 KJ004 集成塊和一個 KJ041 集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 集成觸發(fā)電路如圖 。 (1~3腳 為6路 單脈沖輸入)(15~ 10腳 為6路 雙脈沖輸出)至VT1至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6 圖 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路 脈沖變壓器的設(shè)計 本方案的雙脈沖電路是采用性能價格比優(yōu)越的、每個觸發(fā)單元的一個周期內(nèi)輸出兩個相隔 60176。的脈沖的電路。如圖 中兩個晶閘管構(gòu)成一個“或”門。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。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘杹砜刂频?V5或 V6 截止（前后間隔 60176。），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖了。其中VD4和 R17的作用，主要是防止雙窄脈沖信號相互干擾。此觸發(fā)脈沖環(huán)節(jié)的接線方式為：以 VT 1器件的觸發(fā)單元而言，圖 電路中的 Y 端應(yīng)該接 VT2器件觸發(fā)單元的 X 端，因為 VT 2器件的第一個脈沖比 VT 1器件的第一個脈沖滯后 60176。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。同理， VT 1器件觸發(fā)單元 的 X 端應(yīng)接黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 VT6器件觸發(fā)單元的 Y 端。依次類推，可以確定六個器件相應(yīng)觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線。 220 V 36V+BTP+ 15 VAVS+ 15 V 15 V 15 VX Y接封鎖信號RQustVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~ V D14 圖 同步型號為鋸齒波的觸發(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，并實現(xiàn)弱電回路（觸發(fā)回路）和強電回路（晶閘管主電路）之間的電隔離。 如圖可以得出 TP 脈沖變壓器的一次側(cè)電壓 U1 強觸發(fā)電壓 50V 弱觸發(fā)電壓 15V。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。查閱資料可得鐵心材料的飽和磁密 BS=， 飽和磁場強度 HS=1900A/m2，剩磁磁密 Bγ=。 設(shè)計計算步驟為： （ 1） 確定變壓器的二次側(cè)的強電壓 U20 120 50 105UUVK? ? ? （ 41） 確定變壓器的二次側(cè)的強電壓 U20 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 120 5 15UUVK? ? ? （ 42） （ 2）確定空載勵磁電流 I0 02( 0 .2 ~ 0 .3 ) ( 0 .2 ~ 0 .3 ) 0 .6 5 0 .0 2 4 ~ 0 .0 3 6I I K A A? ? ? （ 43） 式中， I2為一般取晶閘管最大觸發(fā)電流的兩倍 AII GT 0 022 32 ????? ?。 （ 3）計算脈沖磁導(dǎo)率，選定鐵心材料。無偏移繞組時 4( ) ( 1 .4 5 0 .0 2 ) 1 9 0 0 7 .5 1 0s r sB B H H m? ?? ? ? ? ? ? ? （ 44） 式中， B 的單位為 T， 1T=1Wb/m2=1AH/m2， H 的單位 A/m，由此得出 μΔ的單位為H/m。 （ 4）確定鐵心體積 V。 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） 黃石理工學(xué)院畢業(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。通過軟件來實現(xiàn) 模擬電路的功能 。先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。在設(shè)計過程的時候要注意設(shè)計完要校驗。在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時候，校核轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)量，如果不滿足設(shè)計要求時候，重新按照 ASR 退飽和的情況設(shè)計超調(diào)量。 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。由附表 知，三相橋式電路的平均失控時間 Ts=。 （ 2）電流濾波時間常數(shù) Toi。三相橋式電路的每個波頭的時間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1~2） Toi=，因此取 Toi=2ms=。 （ 3）電流環(huán)小時間常數(shù) 之和 TΣi。按小時間常數(shù)近似處理，取 0 0 3 ???? oisi TTT 。 （ 4）電磁時間常數(shù) Tl的確定。由前述已求出電樞回路總電感。 21 m i n0 . 6 9 3 1 4 01 8 . 1 30 . 1 5 3 . 5ldUL K m HI ?? ? ?? （ 51） 則電磁時間常數(shù) 1 8 .1 3 0 .0 3 1 30 .5 8ll L mHTsR?? ? ?? （ 52） 2. 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求 ζi≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電 流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用 PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ()( 1)iiACR siKsW s?? ?? （ 53） 式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ηi電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 檢查對電源電壓的抗擾性能： 003 031 ??? ssTT il,參照附表 的典型 I 型系統(tǒng)動黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 態(tài)抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計。 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 ??? 。 電流開環(huán)增益：要求 ζi≤5%時，取 KITζi=，因此 10 .5 0 .5 1 3 5 .10 .0 0 3 7IiKsTs??? ? ? （ 54） 于是， ACR 的比例系數(shù)為 1 3 5 . 1 0 . 0 3 1 3 0 . 5 80 . 5 4 53 6 0 . 1 2 5Iii sKRK K ?? ??? ? ?? （ 55） 式中 電流反饋系數(shù) 10/10 ???NIV ??； 晶閘管專制放大系數(shù) Ks=36。 4. 校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率： ??? sK Ici? （ 1） 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 111 1 9 6 . 13 3 0 . 0 0 1 7 cis sTs ??? ? ?? （ 56） 滿足近似條件。 （ 2） 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 1113 3 4 7 . 8 10 . 0 6 3 0 . 0 6 2 5 cimlsT T s s ??? ? ? ?? （ 57） 滿足近似條件。 （ 3） 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 11 1 1 1 1 8 0 . 7 83 3 0 . 0 0 1 7 0 . 0 0 2 cis o isT T s s ??? ? ?? （ 58） 滿足近似條件。 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） 黃石理工學(xué)院畢業(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。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1. 確定時間常數(shù) （ 1）電流環(huán)等效時間常數(shù) 1/KI。由前述已知， KITΣi=，則 1 2 2 0 . 0 0 3 7 0 . 0 0 7 4iI T s sK ?? ? ? ? （ 512） （ 2）