【正文】 能良好的驅(qū)動(dòng)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(shí)間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。本設(shè)計(jì)使用的是晶閘管，即半控型器件。對與晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路叫作觸發(fā)電路。直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普通的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級(jí)控制的方式。電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。本課題設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)雙閉環(huán)的中兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算與檢測。第3章 系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)形式和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成3．1 主電路的選擇與確定 直流調(diào)速系統(tǒng)常用的直流電源有三種①旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組；②靜止式可控整流器；③直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。 V—M系統(tǒng)原理圖1957年晶閘管問世，已生產(chǎn)成套的晶閘管整流裝置，(簡稱VM系統(tǒng))的原理圖。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不進(jìn)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(shí)出較大的優(yōu)越性。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓US加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，直流電源與電機(jī)脫開，電動(dòng)機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。這樣，電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為 （31）式中 T功率開關(guān)器件的開關(guān)周期； 開通時(shí)間；占空比，其中為開關(guān)頻率。對于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過調(diào)節(jié)控制角α大小來調(diào)節(jié)電壓。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因?yàn)槿喟氩ㄕ麟娐吩谄渥儔浩鞯亩蝹?cè)含有直流分量，故不采用，本設(shè)計(jì)采用了三相全控橋整流電路來供電，該電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。晶閘管的控制角都是，在一個(gè)周期內(nèi)6個(gè)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(hào)輪流導(dǎo)通，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，只有這樣才能使電路正常工作。3．2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是20 世紀(jì)60 年代在國外出現(xiàn)的一種新型的調(diào)速系統(tǒng)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。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。為達(dá)到這個(gè)目的, 采用電流截止負(fù)反饋的系統(tǒng), 它能得到啟動(dòng)電流波形, 。 帶有截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng), 除要求對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整外, 很多生產(chǎn)機(jī)械還提出了加快啟動(dòng)和制動(dòng)過程的要求, 例如可逆軋鋼, 龍門刨床都是經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的, 為了提高生產(chǎn)率, 要求盡量縮短過渡過程的時(shí)間。如果能使啟動(dòng)電流按虛線的形狀變化, 充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力, 使電機(jī)一直在較大的加速轉(zhuǎn)矩下啟動(dòng), 啟動(dòng)時(shí)間就會(huì)大大縮短, 只要就夠了。這就要求在啟動(dòng)過程中把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量, 使之維持在電機(jī)允許的最大值, 并保持不變。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。這就是說把轉(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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。采用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。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于最大電流 時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。這就是采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器均為具有限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸出達(dá)到飽和值時(shí)，輸出量的變化不再影響輸出，除非產(chǎn)生反向的輸入才能使調(diào)節(jié)器退出飽和。正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成總是不會(huì)飽和的，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有時(shí)運(yùn)行在飽和輸出狀態(tài)，有時(shí)運(yùn)行在不飽和狀態(tài)。 b —電流反饋系數(shù) Ks a 1/CeU*nUcIdEnUd0Un++ASR+U*i R b ACRUiUPE 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。②不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。 （2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和： 輸出達(dá)到限幅值，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。穩(wěn)態(tài)時(shí) 。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為了避免零點(diǎn)漂移而采用“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時(shí)，靜特性的兩段實(shí)際上都N略有很小的靜差。在分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，著重分析電機(jī)的起動(dòng)過程及抗擾動(dòng)性能。在起動(dòng)過程有三個(gè)特點(diǎn)：①隨著ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)。這就是飽和非線性控制的特征。③轉(zhuǎn)速超調(diào)： 由于采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)。即采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)。由于電流檢測信號(hào)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。其意義是，讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過相同的延時(shí)，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計(jì)上的方便。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上加入時(shí)間常數(shù)為的給定濾波環(huán)節(jié)。為整流變壓器的總?cè)萘浚瑸樽儔浩饕淮蝹?cè)的容量，為一次側(cè)電壓, 為一次側(cè)電流, 為變壓器二次側(cè)的容量，為二次側(cè)電壓，為二次側(cè)的電流，、為相數(shù)，以下就是各量的推導(dǎo)和計(jì)算過程。影響值的因素有：(1)值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大電流值的。(3)變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降。(5)電樞電阻的壓降。通常取,供電質(zhì)量較差，電壓波動(dòng)較大的情況應(yīng)取較小值； 表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)么值，對容量為的電動(dòng)機(jī)，通常。 負(fù)載電流最大值；所以,表示允許過載倍數(shù)。，,，（其中A、B、） 變流變壓器的計(jì)算系數(shù)整流電路單相雙半波單相半控橋單相全控橋三相半波三相半控橋三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形C11 （42）以下為計(jì)算過程和結(jié)果： （43）這里可以取。根據(jù)主電路的不同的接線方式，,從而求的、出變壓器二次側(cè)容量。一次相電壓有效值取決于電網(wǎng)電壓。 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。4．2 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(yùn)行的前提下降低成本。再確定晶閘管額定電流，額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值。 （49） （410）由此可求出晶閘管的額定電流，其公式為： （411）可以取額定電流為50A。直流側(cè)電抗器的主要作用為了限制直流電流脈動(dòng)；輕載或空載時(shí)維持電流連續(xù)；在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中限制環(huán)流；限制直流側(cè)短路電流上升率。即 （413）（2）用于保證輸出電流連續(xù)的臨界電感（單位為mH） （414）式中，為要求的最小負(fù)載電流平均值，單位為，本設(shè)計(jì)中； 為計(jì)算系數(shù)，三相全控橋。n極對數(shù)，取n=2。 即 （419）（5）實(shí)際要接入的平波電抗器電感 （420）可?。?）電樞回路總電感 （421）4．4 主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力半導(dǎo)體元件雖有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但承受過電流和過電壓的性能都比一般電氣設(shè)備脆弱的多，短時(shí)間的過電流和過電壓都會(huì)使元件損壞，從而導(dǎo)致變流裝置的故障。4．4．1過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)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。1．交流側(cè)過電壓保護(hù)壓敏電阻采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(shí)電壓，壓敏電阻可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，并具有損耗低，體積小，對過電壓反映快等優(yōu)點(diǎn)。 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)，在變壓器交流側(cè)，采用壓敏電阻的保護(hù)回路。 （423）（2）計(jì)算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時(shí)： （424）式中，能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，； 三相變壓器空載線電流有效值。一般 在20～25之間，在取時(shí)。2．直流側(cè)過電壓保護(hù)整流器直流側(cè)在快速開關(guān)斷開或橋臂快速熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生過電壓，可以用非線性元?dú)饧种七^電壓，本設(shè)計(jì)壓敏電阻設(shè)計(jì)來解決過電壓時(shí)(擊穿后)，正常工作時(shí)漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，除此之外，它對沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。 壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計(jì)算： 壓敏電阻承受的額定電壓峰值 壓敏電阻保護(hù)電路式中為壓敏電阻的額定電壓；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，～。 （428）對于本設(shè)計(jì)： （429）因此，壓敏電阻額定電壓取350V 型壓敏電阻。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。通過經(jīng)驗(yàn)公式 阻容吸收回路得： （430） （431）由于一個(gè)周期晶閘管充放電各一次，因此 （432） （433）功率選擇留5～6倍裕量 （434）因此，電阻R選擇 阻值為,功率選擇1W的電阻。4．4．2過電流保護(hù)設(shè)計(jì)過電流保護(hù)措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)種。（2）在交流側(cè)設(shè)置電流檢測裝置，利用過電壓信號(hào)去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進(jìn)行封鎖。（4）對于大容量和中等容量的設(shè)備以及經(jīng)常逆變的情況，可以用直流快速開關(guān)進(jìn)行過載或短路保護(hù)。 ② 快速開關(guān)的額定電壓≥額定整流電壓。快速開關(guān)的動(dòng)作電流按電動(dòng)機(jī)最大過載電流整定 式中，K為電動(dòng)機(jī)最大過載倍數(shù)，；為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。在選擇時(shí)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。③ 溶體的額定電流可按下式計(jì)算