vm雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第1章 引 言</b></p><p>　　1．1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述</p><p>　　三十多年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用

2、，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛

3、范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的</p><p>　　1．2 研究課題的目的和意義</p><p>　　直流

4、電動(dòng)機(jī)因具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。晶閘管問(wèn)世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)）。采用速度、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)過(guò)程，調(diào)速范圍廣，精度高，和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)

5、性能均好，且系統(tǒng)易于控制。雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流環(huán)控制輸出電流；該系統(tǒng)可以自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響；且采用雙閉環(huán)控制提高了系統(tǒng)的阻尼比，因而較之單閉環(huán)控制具有更好的控制特性。</p><p>　　盡當(dāng)今功率半導(dǎo)體變流技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但在工業(yè)生產(chǎn)中V-M系統(tǒng)的應(yīng)用還是有相當(dāng)?shù)谋戎?。所以以此為課題進(jìn)行研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。</p><p>

6、;　　1.3雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀(jì)七十年代在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家興起，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)成熟，在二十一世紀(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與智能化。我國(guó)在直流調(diào)速產(chǎn)品的研發(fā)上取得了一定的成就，但和國(guó)外相比仍有很大差距。我國(guó)自主的全數(shù)字化直流調(diào)速裝置還沒(méi)有全面商用，產(chǎn)品的功能上沒(méi)有國(guó)外產(chǎn)品的功能強(qiáng)大。而國(guó)外進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給國(guó)產(chǎn)的全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置提供了發(fā)展

7、空間。</p><p>　　目前，發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用的先進(jìn)電氣調(diào)速系統(tǒng)幾乎完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用到了各類儀器儀表，機(jī)械重工業(yè)以及輕工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中。隨著全球科技日新月異的發(fā)展，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)也向著控制的數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。</p><p>　　而在我們國(guó)內(nèi)，雙閉環(huán)控制也已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展時(shí)期，目前已經(jīng)基本發(fā)展成熟，但是目前的趨勢(shì)仍是追趕著發(fā)達(dá)國(guó)家的

8、腳步，向著數(shù)字化發(fā)展。</p><p>　　1．4本設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p>　　1.該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作</p><p>　　2.系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率s≤2）</p><p>　　3.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量＜8%，電流超調(diào)量＜5%，

9、動(dòng)態(tài)速降Δn≤8-10%，4.調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤1s </p><p>　　5.系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過(guò)電壓、過(guò)電流等保護(hù)，并且有制動(dòng)措施</p><p>　　第2章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成</p><p>　　2．1 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)

10、思路</p><p>　　本設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電，采用三相橋式全控整流電路作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)直流電源。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角а的大小來(lái)控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)M的電源電壓。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式 </p><p>　　n=( Ud/CeФ)-(RO+Ra)T/ CeCTФ2 </p><p>

11、;　　Ud 整流電壓 RO 整流裝置內(nèi)阻</p><p>　　可知，改變Ud，即可改變轉(zhuǎn)速n。</p><p>　　2.1.2 主電路的確定</p><p>　　雖然三相半波可控整流電路使用的晶閘管個(gè)數(shù)只是三相全控橋整流電路的一半，但它的性能不及三相全控橋整流電路。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電

12、路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。把該電路應(yīng)用于本設(shè)計(jì)，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。</p><p>　　三相全控橋整流電路實(shí)際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽(yáng)極組串聯(lián)電路，如圖2—1所示。三相全控橋整流電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)共陰極組和共陽(yáng)極組同時(shí)進(jìn)行控制，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：，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差。為了構(gòu)成一個(gè)完整的

13、電流回路，要求有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè)在共陽(yáng)極組，另外一個(gè)在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通。晶閘管與 按A相，晶閘管與 按B相，晶閘管與 按C相，晶閘管接成共陽(yáng)極組，晶閘管 接成共陰極組。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽(yáng)極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。</p><p>　　由于電網(wǎng)電壓與工作電

14、壓（U2）常常不一致，故在主電路前端需配置一個(gè)整流變壓器，以得到與負(fù)載匹配的電壓，同時(shí)把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾。</p><p>　　考慮到控制角α增大，會(huì)使負(fù)載電流斷續(xù)，并且負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流的脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角θ減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗，故在直流側(cè)串接一個(gè)平波電抗器，以限制

15、電流的波動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。</p><p>　　為了使元件免受在突發(fā)情況下超過(guò)其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了晶閘管保護(hù)裝置。晶閘管的保護(hù)電路，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過(guò)允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工

16、作狀態(tài)，從而抑制過(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。</p><p>　?。?）晶閘管的過(guò)流保護(hù) </p><p>　　晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電流的原因可以分為兩類:一類是由于整流電路內(nèi)部原因；另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，另外，如整流變壓器中心點(diǎn)接地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時(shí)，也會(huì)發(fā)生整流橋相對(duì)地短路。 1.對(duì)于第一類過(guò)流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流，以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)，可以采用

17、第一種保護(hù)措施，最常見(jiàn)的就是接入快速熔短器的方式。</p><p>　　2、對(duì)于第二類過(guò)流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 </p><p>　　（2）晶閘管的過(guò)壓保護(hù) 晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)。 1.過(guò)電壓保護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸

18、收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。2.過(guò)電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　圖2—1三相全控橋整流電路</p><p>　　2．2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　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，

19、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)。</p><p>　　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

20、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)。</p><p>　　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

21、電力電子電換器的最大輸出電壓Udm。</p><p>　　系統(tǒng)組成的系統(tǒng)原理框圖如下：</p><p>　　ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR—電流調(diào)節(jié)器， TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)，TA—電流互感器，</p><p>　　UPE—電力電子變換器，Un*—轉(zhuǎn)速給定電壓，Un—轉(zhuǎn)速反饋電壓，</p><p>　　Ui*—電流給定電壓，Ui—電流反饋電壓

22、</p><p>　　圖2—2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖2—3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　第3章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1 變壓器參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1.1 變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算</p><p

23、>　　由于整流輸出電壓的波形在一周期內(nèi)脈動(dòng)6次的波形相同，因此在計(jì)算時(shí)只需對(duì)一個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)算。由此得整流輸出平均電壓</p><p>　?。ǎ?（3-1）</p><p>　　顯然=440V，如果忽略晶閘管和電抗器的壓降，則可以求得變壓器副邊輸出電壓</p><p>　　=217.1V (通常取導(dǎo)通角為)</p>

24、;<p><b>　　取=220V </b></p><p><b>　　變壓比</b></p><p>　　3.1.2 一次、二次側(cè)相電流I1、I2的計(jì)算</p><p>　　由表查得KI1=0.816，KI2=0.816</p><p><b>　　原邊輸出有效電流&l

25、t;/b></p><p><b>　　副邊輸出有效電流</b></p><p>　　3.1.3 變壓器容量S的計(jì)算</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>

26、　?。?-4）</b></p><p>　　式中m1、m2—一次、二次側(cè)繞組的相數(shù)；所以</p><p>　　考慮到晶閘管和電抗器的壓降，變壓器本身的漏磁，并根據(jù)變壓器應(yīng)留有一定裕量的原則，選擇參數(shù)為額定容量為150KVA。</p><p>　　3.2 平波電抗器參數(shù)計(jì)算</p><p>　　在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)增加電機(jī)的發(fā)

27、熱，同時(shí)也產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，為了避免或減輕這種影響，須設(shè)置平波電抗器。平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。通常首先給定最小電流(以A為單位通常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%-10%)，再利用它計(jì)算所需的總電感量（以為單位），減去電樞電感，即得平波電抗器應(yīng)有的電感值。</p><p>　　3.2.1電流連續(xù)的臨界電感量L1的計(jì)算</p><p>　　平波電抗器的臨

28、界電感量L1（單位mH）可由下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中K1為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得K1=0.693，由技術(shù)要求知Idmin=5%Id，所以</p><p>　　3.2.2限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量L2的計(jì)算</p><p>　　由于晶閘管整流裝置的輸

29、出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常伏在需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)傳入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量L2（單位mH）可由下式計(jì)算 </p><p><b>　?。?-6）</b></p><p&g

30、t;　　式中K2為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，Si為電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查表可得K2=1.045，所以</p><p>　　3.2.3電動(dòng)機(jī)電感量LD的計(jì)算</p><p>　　電動(dòng)機(jī)電感量LD（單位mH）可按下式計(jì)算</p><p><b>　　（3-7）</b><

31、;/p><p>　　式中Ud 、Ld、n—直流電動(dòng)機(jī)額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速；P—電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；—計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)取=8~12。所以</p><p>　?。ㄈ=2,=10）</p><p>　　3.2.4實(shí)際串入平波電抗器的電感量L的計(jì)算</p><p>　　由于變壓器的漏電感很小，可以忽略不計(jì)，那么串入平波電抗器的電感量

32、 取其電感值為12mH</p><p>　　根據(jù)電感量大小取其電阻為0.2Ω</p><p>　　3.3可控晶閘管參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.3.1晶閘管的額定電壓計(jì)算 </p><p>　　通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作電

33、壓時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2-3倍。本設(shè)計(jì)中峰值電壓538.9V</p><p><b>　　故晶閘管電壓定額</b></p><p>　　取其電壓定額=1500V。</p><p>　　3.3.2晶閘管的額定電流計(jì)算 </p><p>　　晶閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流來(lái)標(biāo)稱，規(guī)定為晶閘管在環(huán)境為和規(guī)定的冷

34、卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫是允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。因此在使用時(shí)同樣應(yīng)按照實(shí)際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管的電流定額，并留有一定裕量。一般取其通態(tài)平均電流為此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5-2倍?？砂聪率接?jì)算：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中計(jì)算系數(shù)=/1.57由

35、整流電路型式而定，為波形系數(shù)，為共陰極或共陽(yáng)極電路的支路數(shù)。當(dāng)時(shí)，三相全控橋電路=0.368</p><p><b>　　故晶閘管額定電流 </b></p><p>　　取其電流定額為200A。</p><p>　　3.4 整流電路及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　晶閘管具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它屬于半導(dǎo)體器件，因此具有

36、半導(dǎo)體器件共有的弱點(diǎn)，承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外，還須針對(duì)元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。晶閘管主要需要四種保護(hù)：過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制，過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制。</p><p>　　圖3-1 整流電路及晶閘管保護(hù)電路</p><p>　　3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制<

37、/p><p>　　凡是超過(guò)晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過(guò)壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過(guò)阻容吸收電路。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量存儲(chǔ)起來(lái)為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過(guò)電壓。串阻的目的是為了在能量

38、轉(zhuǎn)化過(guò)程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。</p><p>　　3.4.2 過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制</p><p>　　由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。晶閘管發(fā)生過(guò)電流的原因主要有：負(fù)載端過(guò)載或短路；某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過(guò)電流；觸發(fā)電路工作不正常或受干擾，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過(guò)電流。晶閘管允許在

39、短時(shí)間內(nèi)承受一定的過(guò)電流，所以過(guò)電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過(guò)電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過(guò)電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過(guò)電流的保護(hù)措施有下列幾種：</p><p>　　（1）快速熔斷器 普通熔斷絲由于熔斷時(shí)間長(zhǎng)，用來(lái)保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒(méi)有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器。快速熔斷器用的是銀質(zhì)熔絲，在同樣的過(guò)電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管

40、過(guò)電流保護(hù)的主要措施。</p><p>　　（2）硒堆保護(hù) 硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特性。當(dāng)硒堆上電壓超過(guò)某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過(guò)較大的電流，把過(guò)電壓的能量消耗在非線性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨(dú)使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。</p><p>　　本系統(tǒng)采用快速熔斷器對(duì)可控硅進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，整流電路及晶閘管保護(hù)電路如圖3-1所示。</p&g

41、t;<p>　　3.5電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　在圖3-2畫(huà)線結(jié)構(gòu)框圖中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。實(shí)際反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即.這樣在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的影響。也就

42、是說(shuō)可以去掉反電動(dòng)勢(shì)的作用這樣得到電流環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示：</p><p><b>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)已知數(shù)據(jù)得電磁時(shí)間常數(shù) </p><p>　　三相橋式晶閘管整流電路的平均后時(shí)間，取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，可得電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)為</p><p>　

43、　+= 0.0017 s+0.002 s = 0.0037 s</p><p>　　圖3-2 電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量δi＜5% 并且保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可以按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 </p>

44、;<p>　?。?-9） </p><p>　　另檢查電源電壓的抗擾動(dòng)性能：，參照表3-1的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能可采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　表3-1典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　?。?）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：<

45、;/p><p>　　為滿足δ%5%要求，應(yīng)取，因此電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益為</p><p>　　== = 135.14 </p><p>　　于是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　?。?）校驗(yàn)近似條件</b></p>

46、<p>　　1）電流環(huán)截至頻率= =135.14，晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件為</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　現(xiàn)有</b></p><p><b>　　=196.1></b></p><p><b>　

47、　故該近似條件滿足。</b></p><p>　　2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的近似條件為 </p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　現(xiàn)有</b></p><p>　　= 故該近似條件滿足。</p><p>　

48、　3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　現(xiàn)有</b></p><p>　　==180.8> 故該近似條件滿足。</p><p>　　（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　電流調(diào)節(jié)

49、器原理圖如圖3-3所示：</p><p>　　取調(diào)節(jié)器的輸入電阻=40k，則電流調(diào)節(jié)器的各參數(shù)為</p><p>　　==1.2740=50.8，取50</p><p><b>　　，取0.8</b></p><p><b>　　=，取0.2</b></p><p>　　根據(jù)

50、上述參數(shù)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為</p><p><b>　　δ%=4.3%5%</b></p><p><b>　　故能滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　圖3-3 電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可

51、視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，這樣用電流環(huán)等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖3-4所示：</p><p><b>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　電流環(huán)的等級(jí)時(shí)間常數(shù)為=2=0.0074s，(在電流環(huán)中已取因=0.5）。 取轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) =0.01s，那么轉(zhuǎn)速環(huán)的時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　=0.0

52、074s+0.01s=0.0174s</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器當(dāng)中。這樣轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可表示為</p><p&

53、gt;<b>　?。?-13）</b></p><p>　　圖3-4 轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨性能和抗擾性能較好的原則選擇h=5，求出轉(zhuǎn)速超調(diào)量δ%和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 。如果能夠滿足設(shè)計(jì)要求，則可根據(jù)所選的h值計(jì)算有關(guān)參數(shù)；否則要改變h值重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。&l

54、t;/p><p>　　當(dāng)h=5時(shí)，ASR退飽和超調(diào)量為</p><p>　　= （3-14）</p><p>　　式中，表示電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載系數(shù)，按題意=1.5；</p><p>　　z為負(fù)載系數(shù)，設(shè)為理想空載起動(dòng)，則z=0；</p><p>　　為調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 =

55、 （3-15） </p><p>　　是基準(zhǔn)值為時(shí)的超調(diào)量相對(duì)值；</p><p>　　而= （3-16）</p><p>　　參照表3-2，當(dāng)h=5時(shí)，=81.2%，</p><p>　　故起動(dòng)

56、到額定轉(zhuǎn)速，即= 時(shí)，退飽和超調(diào)量為</p><p><b>　　δ= =7.09%</b></p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　表3-2 典型Ⅱ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過(guò)渡過(guò)程中，由于在大部分時(shí)間內(nèi)ASR飽

57、和而不起調(diào)節(jié)作用，使過(guò)渡過(guò)程時(shí)間延長(zhǎng)，可表示為</p><p>　　=+ （3-17）</p><p>　　其中為恒流升速時(shí)間，是退飽和超調(diào)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。</p><p>　　=（0.4~0.6）s</p><p>　　退飽和超調(diào)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間等于動(dòng)態(tài)速升的回復(fù)時(shí)間。當(dāng)h=5時(shí)=8.

58、8=0.153s。但恢復(fù)時(shí)間是按誤差為5%計(jì)算的。這里=206.4r/min，故 5%= 10.3r/min。這就是說(shuō)，轉(zhuǎn)速進(jìn)入10.3r/min的恢復(fù)時(shí)間為0.153s。但這里的恢復(fù)時(shí)間應(yīng)按轉(zhuǎn)速進(jìn)入5%來(lái)計(jì)算，由于5%=90 r/min遠(yuǎn)大于10.3r/min，顯然所需時(shí)間將遠(yuǎn)小于0.153s，故可忽略不計(jì)，于是=（0.4~0.6）s。可見(jiàn)，能滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　這樣，就可根據(jù)h=5選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

59、器的參數(shù)。</p><p><b>　　ASR的時(shí)間常數(shù)為</b></p><p>　　=h=50.0174s=0.087s</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>

60、;　　ASR比例系數(shù)為</b></p><p><b>　　==10.38</b></p><p><b>　?。?）校驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　===396.40.087 =34.5</p

61、><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　　現(xiàn)有</b></p><p><b>　　==63.7></b></p><p><b>　　故滿足該簡(jiǎn)化條件。</b

62、></p><p>　　2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　現(xiàn)有</b></p><p>　　==38.7> 故滿足該簡(jiǎn)化條件</p><p>　?。?）計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容<

63、/p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　取調(diào)節(jié)器輸入電阻 =40k，則</p><p>　　==10.3840 k=415.2k 取400k</p><p>　　== =0.22 取0.2</p><p><b&

64、gt;　　== =1 取1</b></p><p>　　根據(jù)上述參數(shù)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為</p><p><b>　　故能滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　第4章 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)</p><p>　　由于集成觸發(fā)電路不僅成本低、體積小，而且還有調(diào)式容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用KJ04

65、1集成觸發(fā)電路。</p><p>　　KJ041為6路雙脈沖形成器，它是三相全空橋式電路的觸發(fā)器，它具有雙脈沖形成和電子開(kāi)關(guān)封鎖等功能。KJ041實(shí)用電路如圖五所示，移相觸發(fā)器輸出脈沖加到該器件的1~6端，器件內(nèi)的輸入二極管完成“或”功能，形成補(bǔ)脈沖，該脈沖經(jīng)放大后分6路輸出。當(dāng)控制端7接邏輯“0”電平時(shí)，器件內(nèi)的電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，各路輸出觸發(fā)脈沖。</p><p>　　采用KJ041集成觸發(fā)

66、電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180度。本設(shè)計(jì)主電路整流變壓器采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。這時(shí)，同步電壓選取的結(jié)果見(jiàn)表4-1</p><p>　　表4-1 各晶閘管的同步電壓 </p><p>　　圖4-1 KJ004電路原理圖</p><p>　　第5章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)</p><p&g

67、t;　　5．1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定</p><p>　　系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù)Tl：由上可知LΣ=35.98mH，</p><p><b>　　RΣ=0.5， </b></p><p>　　整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts：按表二，三相橋式電路的平均失控時(shí)間為Ts=0.0017s。

68、 </p><p>　　電流濾波時(shí)間Toi：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1-2）Toi=3.33s，因此取Toi=2ms=0.002s。 </p><p&

69、gt;　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑i：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T∑i=Ts+Toi=0.0037s。</p><p>　　5.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求δi＜5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其電流環(huán)結(jié)構(gòu)如5-1所示，其傳遞函數(shù)為，—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，—電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間

70、常數(shù)。</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： =0.142/0.0037=38.31，對(duì)照典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)τi=Tl=0.07s。</p><p>　　電流開(kāi)環(huán)增益：要求δi＜5%時(shí)，按表三應(yīng)取KIT∑

71、i=0.5，因此KI=0.5/T∑i=0.5/0.0037=135.1s-1。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A，于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p>　　表5-1 典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　5.1.4 近似條件校驗(yàn) </p><p>　　電流環(huán)截

72、止頻率：ωci=KI=135.1s-1。</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:1/（3Ts）=1/（3×0.0017）=196.1s-1＞ωci，滿足近似條件。</p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件:</p><p>　　，＜ωci，滿足近似條件。</p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理

73、條件: </p><p>　?。睛豤i，滿足近似條件。</p><p>　　5.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　按所用運(yùn)算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為</p><p>　　R

74、i=KiR0=1.642×40=65.68kΩ，取65 kΩ；</p><p>　　Ci=τi/Ri=0.07/（65×103）≈1.08×10-6F=1.08μF，取1.1μF；</p><p>　　Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6μF，取0.2μF。</p><p>　　按照上

75、述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為δi=4.3%＜5%（見(jiàn)表三），滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　5．2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2.1 時(shí)間常數(shù)的確定</p><p>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：已取KIT∑i=0.5，則1/KI=2T∑i=2×0.0037=0.0074s。</p><p>　

76、　轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n：按小時(shí)間近似處理, T∑n=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s </p><p>　　5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，速度環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5-2，其傳遞函數(shù)為

77、</p><p><b>　　。</b></p><p>　　5.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為τn=hT∑n=</p><p>　　5×0.0174=0.087s，可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益</p><p>

78、　　，因?yàn)镃e=（UN-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1000=0.234V?min/r，α=10V/ nN =10/1800=0.006 V?r/min，于是可得ASR的比例系數(shù)為</p><p>　　5.2.4 近似條件校驗(yàn) </p><p>　　由式K=ω1ωc得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件，&l

79、t;/p><p><b>　　滿足簡(jiǎn)化條件。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿足近似條件。</p><p>　　5.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　取R0=40kΩ，則Rn=KnR0=3.36×40=134.48kΩ，取1400kΩ；</p><p>

80、;　　Cn=τn/Rn=0.087/（140×103）≈0.621×10-6F=0.621μF，取0.7μF；</p><p>　　Con=4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1×10-6=1μF，取1μF。</p><p>　　5.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　當(dāng)h=5時(shí)，由表四查得，δn

81、=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。</p><p>　　表5-2 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）</p><p>　　設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)z=0，已知λ=1.5，IN=220A，nN=1800r/min，Ce=0.234V?m

82、in/r，Tm=0.1s，T∑n=0.0174s。當(dāng)h=5時(shí)，由表五查得，ΔCmax/Cb=81.2%，而調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降ΔnN=INR∑/ Ce=220×0.12/0.234=94.01 r/min，代入式，</p><p><b>　　計(jì)算得：σn=</b></p><p><b>　　能滿足設(shè)計(jì)要求。</b>&l

83、t;/p><p>　　表5-3 典型Ⅱ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　第6章 系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)能否保持運(yùn)行良好，與安裝、調(diào)試及日常的維護(hù)工作有很大關(guān)系?，F(xiàn)把本設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)的基本調(diào)速方法介紹如下：</p><p>　　6．1 系統(tǒng)的安裝及檢查</p><p>　　系統(tǒng)的調(diào)

84、試必須在電控設(shè)備安裝合格，個(gè)機(jī)械部件及檢測(cè)環(huán)節(jié)安裝正常，轉(zhuǎn)動(dòng)部分能靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下進(jìn)行。因此，在調(diào)試前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，對(duì)設(shè)備的安裝和線路的連接作必要的檢查。</p><p>　　1．安裝前詳細(xì)檢查電氣柜內(nèi)所有的電氣元件有無(wú)運(yùn)輸受震而損壞、緊固件松動(dòng)、金屬受潮銹蝕嚴(yán)重或絕緣受潮等情況。如有上述情況，應(yīng)先進(jìn)行修整，清潔柜內(nèi)灰塵、雜物后才能安裝使用。</p><p>　　2．晶閘管設(shè)備應(yīng)安裝在通

85、風(fēng)良好的地方，柜的四周要留有一定的空余地位，以便于檢修。如進(jìn)線需要，應(yīng)設(shè)置地溝，并要能防止地溝內(nèi)積水。</p><p>　　3．電機(jī)軸中心線與機(jī)械軸中心線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)安裝，否則可能會(huì)使整個(gè)機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生震動(dòng)，使軸承因承受的應(yīng)力過(guò)大而發(fā)熱嚴(yán)重。</p><p>　　4．設(shè)備的外部接線要嚴(yán)格按接線圖連接。各種電纜線的排放要做到強(qiáng)弱電分開(kāi)，交直流分開(kāi)。為增強(qiáng)抗干擾能力，各種信號(hào)線和反饋線要各自穿鐵管

86、隔離。設(shè)備的外圍金屬框架部分必須有接地點(diǎn)。</p><p>　　5．檢查電機(jī)的電刷是否接觸良好，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否正確。</p><p>　　6．根據(jù)電路圖和接線圖認(rèn)真檢查各元、器件和電路板的位置與外部接線是否正確，檢查各個(gè)設(shè)備之間的連接線是否無(wú)誤，檢查主回路的連線是否正確。各連接線頭都應(yīng)接觸良好，接插件應(yīng)接觸緊密。</p><p>　　7．在接通電源之前應(yīng)對(duì)絕緣受

87、損或受潮的設(shè)備進(jìn)行修復(fù)和干燥處理，然后再進(jìn)行絕緣檢查。絕緣檢查一般根據(jù)元器件的工作耐壓來(lái)選用合適的兆歐表或萬(wàn)用表。</p><p>　　8．所有的開(kāi)關(guān)和控制手柄要放在規(guī)定的位置。</p><p><b>　　6．2系統(tǒng)的調(diào)試</b></p><p>　　對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試首先應(yīng)掌握控制系統(tǒng)的原理，熟悉各系統(tǒng)的各控制單元的線路及其控制功能。了解系統(tǒng)應(yīng)

88、滿足的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以及各調(diào)節(jié)器的校正參數(shù)等。調(diào)試前應(yīng)準(zhǔn)備好所需的各種測(cè)量?jī)x器儀表。調(diào)試過(guò)程按一定的順序進(jìn)行：</p><p>　　6．2．1 調(diào)試順序</p><p>　　1．調(diào)整好各種控制電源，將各電路板拆下，各控制電源在空載情況下，調(diào)整和檢查其輸出電壓的幅值。</p><p>　　2．先調(diào)試系統(tǒng)的各控制單元，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。</p><p

89、>　　3．先調(diào)試控制回路，后調(diào)試主電路。</p><p>　　4．主電路通電時(shí)先低壓后高壓，先接入電阻負(fù)載，后換接至電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　5．先調(diào)試和檢驗(yàn)各保護(hù)環(huán)節(jié)，然后才投入運(yùn)行。</p><p>　　6．雙環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)先調(diào)整內(nèi)環(huán)，再調(diào)整外環(huán)。</p><p>　　7．調(diào)試系統(tǒng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行應(yīng)先輕載后重載，先低速后高速。

90、</p><p>　　8．先調(diào)試和檢驗(yàn)系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)，后調(diào)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。</p><p>　　6．2．2 控制單元的調(diào)試</p><p><b>　　調(diào)節(jié)器的調(diào)試</b></p><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用的調(diào)節(jié)器均為反饋型調(diào)節(jié)器，因此可直接調(diào)試。首先將放大器組成比例調(diào)節(jié)器，用示波器高頻檔觀察輸出是否有自激振

91、蕩。如有，可調(diào)整放大器外接的消振電路參數(shù)來(lái)消除自激振蕩。</p><p>　　振蕩消除后，對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零時(shí)將各個(gè)輸入端接地，用萬(wàn)用表測(cè)量輸出端，調(diào)整調(diào)零電位器或同相輸入端對(duì)地接外接電阻值，使輸出為零。</p><p>　　根據(jù)調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中所需的限幅值，調(diào)整其正、負(fù)限幅電位器時(shí)輸出達(dá)到限幅值。</p><p><b>　　2．觸發(fā)器</b&g

92、t;</p><p>　　主電路電源斷開(kāi)，檢查觸發(fā)器同步電壓、電源電壓接線是否正確。電壓幅值應(yīng)滿足要求。</p><p>　　用示波器檢查各觸發(fā)板輸出脈沖波形是否正確。若不正確，應(yīng)先解決觸發(fā)板電路上的問(wèn)題。</p><p>　　外加控制信號(hào)或調(diào)整偏置電壓值，觀察各觸發(fā)板輸出脈沖能否移相。</p><p>　　用示波器觀察觸發(fā)電路的輸出脈沖?？?/p>

93、制電壓為零，調(diào)偏置電壓確定脈沖相位。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的雙脈沖觸發(fā)，應(yīng)檢查和調(diào)整使各相雙脈沖的間隔為600。</p><p>　　3．調(diào)試其他控制單元</p><p>　　調(diào)試的基本方法為：根據(jù)各控制單元的工作原理，分析其輸出—輸入關(guān)系，外加輸入信號(hào)，測(cè)量其輸出，檢查和調(diào)試其靜、動(dòng)態(tài)工作特性，使之滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>

94、;　　6．2．3 主電路及保護(hù)電路</p><p>　　1．檢查主電路三相電源線及相序是否正確。若相序不對(duì)，調(diào)換任意兩相進(jìn)線即可。</p><p>　　2．去掉各控制單元電路，外加控制電壓至觸發(fā)電路，調(diào)試觸發(fā)電路與主電路的脈沖移相控制。</p><p>　　3．負(fù)載實(shí)驗(yàn)時(shí)可先用電阻性負(fù)載代替電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　4．調(diào)節(jié)控制電壓，觀察

95、主電路的電壓波形是否正常，是否可同時(shí)移相。若每相的波形不對(duì)稱，應(yīng)檢查是三相電源不對(duì)稱還是觸發(fā)電路的輸出脈沖相位不對(duì)稱，應(yīng)調(diào)整并解決之。若之電路波形不正常應(yīng)查找原因和解決問(wèn)題。</p><p>　　5．過(guò)電流保護(hù)裝置的調(diào)試應(yīng)該增加負(fù)載使主電路電流達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作值，然后檢查和調(diào)整過(guò)電流繼電器，使其準(zhǔn)確動(dòng)作。檢驗(yàn)系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，看過(guò)電流繼電器動(dòng)作時(shí)主電路是否能正常跳閘。</p><p>　　

96、6．在主電路帶電阻負(fù)載工作一切正常后，可將電阻負(fù)載去掉，換上電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)接上勵(lì)磁后應(yīng)先檢查勵(lì)磁回路是否正常。無(wú)異常情況下，緩慢增加控制電壓，觀察主電路工作情況以及電動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)各機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分是否正常。若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)排除故障。增大控制電壓使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值，測(cè)量轉(zhuǎn)速反饋電壓并調(diào)整使之達(dá)到轉(zhuǎn)速最大給定值。</p><p>　　6．2．4電流環(huán)的調(diào)試</p><p>　　1．檢查調(diào)節(jié)器校

97、正參數(shù)是否為設(shè)計(jì)值，裝入電流調(diào)節(jié)器的單元電路板，接入一給定電壓，接入電流反饋信號(hào)線。</p><p>　　2．電樞接入主電路，電動(dòng)機(jī)空載，不加勵(lì)磁。先將給定電壓調(diào)為零，合上電源開(kāi)關(guān)，觀察電樞回路應(yīng)電壓為零，電流也為零。</p><p>　　3．緩慢增加給定，觀察主電路電流波形是否正常。</p><p>　　4．突加給定信號(hào)，觀察主電路電流波形。適當(dāng)調(diào)整電流調(diào)節(jié)器的參

98、數(shù)，使電流內(nèi)環(huán)的性能指標(biāo)滿足要求。如果電流上升過(guò)程沖擊較大，振蕩次數(shù)多，可減小電流調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)。如果電流變化緩慢，波形不飽滿，可適當(dāng)加大電流調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)。</p><p>　　6．2．5 速度環(huán)的調(diào)試</p><p>　　1．檢查轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的校正參數(shù)是否為設(shè)計(jì)值，裝入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器單元電路板。</p><p>　　2．接入轉(zhuǎn)速給定信號(hào)和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)線。接入電動(dòng)機(jī)

99、勵(lì)磁，電動(dòng)機(jī)空載。</p><p>　　3．緩慢增加轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，觀察電動(dòng)機(jī)先低速，后高速情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。突減轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，觀察電動(dòng)機(jī)停車過(guò)程是否正常。</p><p>　　4．加入轉(zhuǎn)速給定階躍信號(hào)，用長(zhǎng)余輝慢掃描示波器觀察轉(zhuǎn)速反饋端的信號(hào)波形，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的轉(zhuǎn)速過(guò)渡過(guò)程。調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)使轉(zhuǎn)速的過(guò)渡過(guò)程滿足動(dòng)態(tài)性能要求。</p><p>　　5．在電流環(huán)

100、和轉(zhuǎn)速環(huán)都調(diào)試正常后，給電動(dòng)機(jī)帶上負(fù)載，先低速后高速突加給定起動(dòng)，系統(tǒng)帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試。用示波器同時(shí)觀察起動(dòng)過(guò)程電流、轉(zhuǎn)速波形，復(fù)核并調(diào)整有關(guān)參數(shù)使其滿足性能指標(biāo)。在調(diào)速范圍內(nèi)的低速和高速情況下，突加負(fù)載或突減負(fù)載，觀察系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)作用下電流及轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)過(guò)程，調(diào)整有關(guān)參數(shù)使其滿足性能指標(biāo)。</p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)

101、為V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)三相變壓整流裝置將三相交流電壓整流為直流電壓。其中對(duì)主電路的結(jié)構(gòu)及元件包括變壓器，晶閘管以及電抗器的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和選取。確定了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)并按照設(shè)計(jì)參數(shù)要求對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和確定。 </p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我對(duì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解，掌握了用工業(yè)設(shè)計(jì)法對(duì)雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。對(duì)電力電子器件在工業(yè)發(fā)展中所起的巨大作

102、用也有了認(rèn)識(shí)。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了一些難題，在自己查找多方資料并和同學(xué)相互討論的情況下終于找到了解決的方法。這使我明白理論和實(shí)際是存在一定偏差的，計(jì)算結(jié)果并不能代表實(shí)際數(shù)據(jù)?？偟膩?lái)說(shuō)這次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，對(duì)我來(lái)說(shuō)是一次很好的經(jīng)歷。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，得到許多老師和同學(xué)的幫助，讓我更好更快地了解、熟悉和掌握

103、本課題的內(nèi)容和主要任務(wù)，從而讓我有了直接的工作方向和較充分的思想準(zhǔn)備。在這里，我鄭重地對(duì)所有幫助過(guò)我的同學(xué)和指導(dǎo)過(guò)我的老師表示感謝。</p><p>　　另外，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師——孫軍老師，他給我的是對(duì)我永遠(yuǎn)都有益處的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)方法，從他那里我學(xué)到了如何學(xué)習(xí)基本和專業(yè)知識(shí)的技巧，以及一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度。在這里，我也要鄭重地感謝我的指導(dǎo)老</p><p><b>　　參考文

104、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王兆安，黃俊 主編 電力電子技術(shù)，第四版,機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[2] 楊威,張金棟 主編，電力電子技術(shù)，重慶大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[3] 陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[4]

105、莫正康，電力電子應(yīng)用技術(shù)，第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[5] 黃俊 王兆安 電力電子變流技術(shù) 第三版 機(jī)械工業(yè)出版社 2005</p><p>　　[6] 阮毅 陳伯時(shí) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 第4版 機(jī)械工業(yè)出版社 2009</p><p>　　[7] 王兆安 劉進(jìn)軍 電力電子技術(shù) 第5版 機(jī)械工業(yè)出版社2009</p>&l

106、t;p><b>　　附錄</b></p><p>　　V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖</p><p><b>　　外文資料</b></p><p><b>　　穩(wěn)壓電源的概述：</b></p><p>　　能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置。又稱交流穩(wěn)壓器。有關(guān)

107、交流穩(wěn)壓電源的參數(shù)及質(zhì)量指標(biāo)可參見(jiàn)交流穩(wěn)壓電源。各種電子設(shè)備要求有比較穩(wěn)定的交流電源供電，特別是當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域后，采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需要。隨著電源技術(shù)的發(fā)展,80年代又出現(xiàn)了下列3種新型交流穩(wěn)壓電源。①補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器：又稱部分調(diào)整式穩(wěn)壓器。利用補(bǔ)償變壓器的附加電壓串接在電源與負(fù)載之間,隨著輸入電壓的高低,用斷續(xù)式的交流開(kāi)關(guān)（接觸器或晶閘管）或用連續(xù)式的伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)改變附加電壓的大小或極性

108、，把輸入電壓高出部分(或不足部分)減去(或加上)，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的。補(bǔ)償變壓器容量?jī)H為輸出功率的1/7左右,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，但穩(wěn)定度不高。②數(shù)控式交流穩(wěn)壓器和步進(jìn)式穩(wěn)壓器：由邏輯元件或微處理機(jī)構(gòu)成控制電路，按輸入電壓高低轉(zhuǎn)換變壓器初級(jí)匝數(shù)，使輸出電壓獲得穩(wěn)定。③靜化式交流穩(wěn)壓器：由于具有良好的隔離作用，能消除來(lái)自電網(wǎng)的尖峰干擾而得到應(yīng)用。電保鏢穩(wěn)壓器</p><p>　　Potentiometer

109、outline</p><p>　　An overview of the power supply: Electronic devices that can provide stable AC power to the load. Also known as AC voltage regulator. The relevant parameters of the AC power supply and q

110、uality indicators can be found in the AC power supply. Variety of electronic devices require a relatively stable AC power supply, especially when computer technology is applied to various fields, directly by the AC mains

111、 power supply without taking any measures can not meet the need. With the development of p</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 引 言1</p><p>　　1．1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述1</p>

112、<p>　　1．2 研究課題的目的和意義1</p><p>　　1. 3 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1．4 本設(shè)計(jì)的基本要求：2</p><p>　　第2章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成2</p><p>　　2．1 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定2</p><p>

113、;　　2.1.1 設(shè)計(jì)思路2</p><p>　　2.1.2 主電路的確定3</p><p>　　2．2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成4</p><p>　　第3章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算6</p><p>　　3.1 變壓器參數(shù)計(jì)算6</p><p>　　3.1.1 變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算6

114、</p><p>　　3.1.2 一次、二次側(cè)相電流I1、I2的計(jì)算6</p><p>　　3.1.3 變壓器容量S的計(jì)算6</p><p>　　3.2 平波電抗器參數(shù)計(jì)算7</p><p>　　3.2.1電流連續(xù)的臨界電感量L1的計(jì)算7</p><p>　　3.2.2限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量L2的計(jì)算7

115、</p><p>　　3.2.3電動(dòng)機(jī)電感量LD的計(jì)算8</p><p>　　3.2.4實(shí)際串入平波電抗器的電感量L的計(jì)算8</p><p>　　3.3可控晶閘管參數(shù)計(jì)算8</p><p>　　3.3.1晶閘管的額定電壓計(jì)算8</p><p>　　3.3.2晶閘管的額定電流計(jì)算8</p><

116、;p>　　3.4 整流電路及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制10</p><p>　　3.4.2 過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制10</p><p>　　3.5電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)13</p><p>　　第4章

117、 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)17</p><p>　　第5章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)18</p><p>　　5．1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)18</p><p>　　5.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定18</p><p>　　5.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇19</p><p>　　5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算19