【正文】 25 電流濾波時間常數(shù) oiT 。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成 U*i(s) /? ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。這時，電流環(huán)如圖 41 所示。 24 第 4 章 控制回路設(shè)計(jì) 電流環(huán)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動勢基本不變。 U s aU s cU s bQ F 圖 310 同步信號變壓器 勵磁回路設(shè)計(jì) L 1L 2L 3NK IR P 圖 311 勵磁回路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)要求勵磁額定電壓 220V，則可通過三相半波進(jìn)行整流，通過 RP進(jìn)行 電壓調(diào)節(jié)，使勵磁線圈 兩側(cè)電壓為 220V。 VD VD2 用來消除負(fù)半周波。 電路如圖 37。 （ 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。 （ 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。或采用相隔 60176。晶閘管觸發(fā)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)。 （ 2） 快速熔斷器的額定電流應(yīng)大于等于被保護(hù)晶閘管額定電流。 快速熔斷器保護(hù)是最簡單有效的過流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在通常的發(fā)生短路后，熔斷時間小于 20ms，能保證在晶閘管損壞之前熔斷自身 而斷開故障點(diǎn)，避免過電流燒壞管子。 過電流是晶閘管電路經(jīng)常發(fā)生的故障，是造成器件損壞的主要原因之一，因此，過電流保護(hù)應(yīng)首先考慮。 表 221 阻容保護(hù)的元件參數(shù) 晶閘管額定電流 /A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /F? 1 2 電阻 /? 100 80 40 20 10 5 2 RC~ 圖 33 晶閘管過壓保護(hù) 晶閘管的額定電流? ? AI AVT 16? 則由表可得保護(hù)電容FC ??，?80R。 電容耐壓值，通常按加在晶閘管兩端工作電壓峰值mU的 ~ 倍計(jì)算。 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過電壓，采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，如圖所示。 壓敏電阻標(biāo)稱電壓mAU1按下式選擇，即 DCmA U)2~(1 ? 式中 DC—— 正常工作時加壓敏電阻兩端的直流電壓（ V）。 本系統(tǒng) S= AKV? ?2U=136V emI=3A dlU=3V FC ? 2 ???? 取 5F? ???? 2R 取 11? +~WUV 圖 32 直流側(cè)過于保護(hù) 直流側(cè)過電 壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成dtdi/加大。 則 2 93 150 .8 ( )5% 12. 5RRRUL K m HI ?? ? ? ?? 主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（二） 過電壓保護(hù) 圖 31 交流測過電壓保護(hù)（阻容吸收保護(hù)） 阻容吸收保護(hù)通常在變壓器二次側(cè)并接電阻 R和電容 C串聯(lián)支路進(jìn)行保護(hù)。 實(shí)際所需的均衡電感量為 RA R TL L L?? 式中 T—— 整流變壓器折合二次側(cè)的每相漏感。 aL（ mH) mHa ? T（ mH) ? H(mH) mHH ? 均衡電抗器的設(shè)計(jì) 在有環(huán)流的可逆系統(tǒng)中，為了將兩組變流器中的環(huán)流值限制在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，在直流測串入環(huán)流電抗 器， 又稱均 衡電抗器。 16 已知 AI d ? ?? m ax31 dVT II 可得晶閘管的額定電流 )(AVTI 計(jì)算結(jié)果 ： ? ? AII VTAVT ~)2~( ?? 取 16A 本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號為 KP2015A 額定電壓： VDRM 1000V 額定電流： IT(AV) 16A 電抗器的設(shè)計(jì) 為了限制整流電流的脈動、保持整流電流連續(xù)，通常在變流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。 )(AVTI 晶閘管額定電流 )(AVTI 的 有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有 效值。 . 整流元件晶閘管的選型 選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓TnU 和額定電流 )(AVTI 。 變壓器 一次側(cè)容量 ?1 111 IU?。 3/)~(2 NU?? 式中 NU—— 電 動機(jī)額定電壓； 帶入數(shù)據(jù)得 ~)~(2 ????V 取 136V 因此變壓器的變比近似為： ??? ??UUK 、二次側(cè)相電流的計(jì)算 （ 1） 二次側(cè)相電流 2I的計(jì)算 dNIVIKI ?2 式中 ——IVK二次側(cè)相電流計(jì)算系數(shù) dNI—— 整流器額定直流電流（ A）。 S 為整流變壓器的總?cè)萘?， 1S為變壓器一次側(cè)的容量， ?1U為一次側(cè)電壓 ,1I 為一次側(cè)電流 , 2S 為變壓器二次側(cè)的容量 ， 2為二次側(cè)電壓 ， 2I 為二次側(cè)的電流， 1m 、 2m 為相數(shù)。 14 第 3 章 主回路設(shè)計(jì) 主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（一） 整流變壓器的參數(shù)計(jì)算 一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要 整 流變壓器，通過變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變流裝置的互相干擾。隨著轉(zhuǎn)速的下降，電樞電動勢也不斷下降，但由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出在電動機(jī)轉(zhuǎn)速沒有反向超調(diào)時，始終保持著最大限幅狀態(tài)，這時電流調(diào)節(jié)器發(fā)揮作用，維持電動機(jī)以最大電流回饋制動，即電流調(diào)節(jié)器的輸出隨轉(zhuǎn)速的下降而減小，相應(yīng)晶閘管的控制角不斷加大，整流器輸出電壓隨之減小，從而保持最大的制動電流，取得最快的制動效果。 在反接制動階段中由于電流上升很快，當(dāng)電流反饋大于電流給定值時，電流調(diào)節(jié)器的輸出 Uc 又改變極性，使正組整流器處于整流狀態(tài)，反組整流器處于逆變狀態(tài)，這時由于電樞反電動勢與整流器輸出電壓反向相反，且電樞反電動勢大于整流器輸出電壓，這時回路的電流由電樞電動勢產(chǎn)生，且經(jīng)反組整流器 (逆變狀態(tài) )流向交流電源，電動機(jī)進(jìn)入發(fā)電回饋制動階段。在這階段中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速開始下降，反向電流開始上升，正組整流器同樣由于不能通過反向電流，除少量脈動環(huán)流外，沒有負(fù)載電流通過，處于待逆變狀態(tài)，電感的儲能開始增加。 (2) 它組反接 制動階段。 在這階段中正轉(zhuǎn)回路的電感釋放能量，正向電流 下 降直到零，電動機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。因此，電動機(jī)的反轉(zhuǎn)制動過程可以分為本橋逆變、 它組反接 制動和 它組 回饋制動三個主要階段，現(xiàn)以正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程給予說明。 可逆系統(tǒng)的特點(diǎn)在于反轉(zhuǎn)制動過程，電動機(jī)反轉(zhuǎn)需要改變轉(zhuǎn)矩的方向，由Ne ICeT ??改變轉(zhuǎn)矩方向即需要改變電樞電流的方向，由于電樞回路存在著電感，電樞電流的流向改變則要經(jīng)歷電流的下降，和反向電流上升和建立的過程。 工作原理： 系統(tǒng)的起動和運(yùn)行過程與不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，在突加給定信號 nU*為正時，正組橋工作于整流狀態(tài)，反組橋工作于逆變狀態(tài)，由正組橋向電動機(jī)提供正向電流，電動機(jī)經(jīng)歷電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個階段后，進(jìn)入正轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行階段，反組橋僅有少量脈動環(huán)流通過。通常取 0minmin 30?? ? 主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，其中： 正組晶閘管 VF，由 GTF 控制觸發(fā)， —— 正轉(zhuǎn)時， VF 整流； —— 反轉(zhuǎn)時， VF 待逆變。 ML dL c 1L c 2L c 3L c 4V RV FT M 1G T FG T RA RA C RA S RU c U cU i * U iR P 2R P 1+ 1 5 V 1 5 VK FK RT G U n~U n * 圖 1 α =β 配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖 為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角太小而導(dǎo)致?lián)Q流失敗，出 12 現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中采用限幅作 用，形成最小逆變角min?保護(hù)。由于可逆調(diào)速電流的反饋信號不僅要反映電樞電流的大小還需要反映電樞電流的方向，因此電流反饋一般用直流電流互感器或霍爾電流檢測器，在電樞端取電流信號。平波電抗器 dL 用于減小電動機(jī)電樞電流的脈動，減小電樞電流的斷續(xù)區(qū)，改善電動機(jī)的機(jī)械特性。 圖中，主電路由兩組三相橋式晶閘管全控型整流器反并聯(lián)組成，并共用同一路三相電 壓 。 由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓 max0dU是一樣的，因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時，應(yīng)有 fr ?? coscos ?? 或 orf180??? 如果反組的控制用逆變角?表示，則 rf ?? 11 由此可見， 按照 上 式來控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作 ???配合控制。 為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該當(dāng)正組處于整流狀態(tài)時，強(qiáng)迫讓反組處于逆 變狀態(tài)，且控制其幅值與之相等，用逆變電壓把整流電壓dofU頂住，則直流平均環(huán)流為零。 （ 2）動態(tài)環(huán)流 —— 僅在可逆 VM系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。 在不同 情況下，會出現(xiàn)下列不同性質(zhì)的環(huán)流： （ 1）靜態(tài)環(huán)流 —— 兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類： 直流平均環(huán)流 —— 由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。 ~~ML dL c 1L c 2L c 3L c 4V RV F環(huán) 流 10 圖 25 反并聯(lián) VM系統(tǒng)中的環(huán)流 危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。 兩組晶閘管裝置組成的電樞可逆線路，具有切換速度快、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)性與用晶閘管開關(guān)切換的可逆線路差不多，因此成為可逆調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，在要求頻繁啟動、制動和快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上得到了廣泛的應(yīng)用。 如圖 22所示： n Id n Idl t 0 Idl 8 U n *U nR nU i *C nR 0R 0R b a lR iU iC iR 0R 0R b a lU P EMG TU dT GR P !T A 圖 22 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 圖中 U*n、 Un— 轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓 U*i、 Ui— 電流給定電壓和電流反饋電壓 ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR— 電流調(diào)節(jié)器 TG— 測速發(fā)電機(jī) TA— 電流互感器 UPE— 電力電子變換器 U cK s1 / C enA S RA C RRU i *U iU n *U nI dU d 0 E I d R 圖 23 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 — 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 *imU 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 cmU 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 dmU 。 a) b) 圖 21 調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形 a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) b) 理想的快速起動過程 為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器 , 即轉(zhuǎn)