課程設(shè)計----轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　摘要：本設(shè)計為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，前者通過電流反饋作用穩(wěn)定電流，后者通過轉(zhuǎn)速反饋作用保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動時，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的

2、變化而變化，具有優(yōu)良的調(diào)速性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；晶閘管；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………………………1</p><p><b>　　1 引言3</b>&

3、lt;/p><p>　　2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成及原理3</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成3</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖4</p><p>　　3 單元電路的設(shè)計5</p><p>　　3.1 給定信號電路設(shè)計5</p>

4、<p>　　3.2 晶閘管-電動機(jī)電路設(shè)計5</p><p>　　3.2.1 可控整流變壓器設(shè)計6</p><p>　　3.2.2 晶閘管的設(shè)計6</p><p>　　3.2.3 平波電抗器的選擇及計算10</p><p>　　3.2.4 快速熔斷器選擇及計算10</p><p>　　3.3 電流

5、、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計11</p><p>　　3.3.1 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計12</p><p>　　3.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計14</p><p>　　3.4 反饋、保護(hù)及其他電路15</p><p>　　3.4.1 轉(zhuǎn)速檢測電路15</p><p>　　3.4.2 電流反饋環(huán)節(jié)及過流保護(hù)環(huán)節(jié)16</p&

6、gt;<p>　　3.4.3 穩(wěn)壓電源16</p><p>　　4 調(diào)試并驗證雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動性能17</p><p>　　4.1 調(diào)試雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動性能17</p><p>　　4.2 系統(tǒng)特性測試19</p><p>　　4.3 實驗數(shù)據(jù)分析20</p><p><b>

7、　　5 結(jié)語21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　自70年代以來，國外在電氣傳動領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動機(jī)調(diào)速”技術(shù)（簡稱KZ-D調(diào)速系統(tǒng)），盡管當(dāng)今功率半導(dǎo)體交流技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但在工業(yè)生產(chǎn)中

8、KZ-D系統(tǒng)的應(yīng)用還是占有相當(dāng)?shù)谋戎?。在工程設(shè)計與理論學(xué)習(xí)過程中，會接觸到大量關(guān)于調(diào)速控制系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計問題。雙閉環(huán)（電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)）調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)、適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等有點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動

9、態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。它只是在超過臨界電流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。在實際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流限制的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中保持</p><p>　　

10、2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成及原理</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，利用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有十分明顯的優(yōu)勢。它能充分利用電機(jī)的過載能力，在過渡過程中保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度啟動，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這時，啟動電

11、流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。</p><p>　　為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，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。二者之間實行嵌套連接，如圖1所示。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)。</p>

12、<p>　　圖1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖</p><p>　　—轉(zhuǎn)速給定電壓 —轉(zhuǎn)速反饋電壓 —電流給定電壓 —電流反饋電壓</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)

13、節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如上圖所示。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流調(diào)節(jié)器ACR的最大給定電壓，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓[2]。</p><p>&l

14、t;b>　　3 單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　3.1 給定信號電路設(shè)計</p><p>　　給定信號電路（給定器）可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。</p><p>　　圖3 給定信號電路圖</p><p>　　為方便起見，將2個滑動變阻器和的阻值定為40。</p>

15、<p>　　3.2 晶閘管-電動機(jī)電路設(shè)計</p><p>　　晶閘管-電動機(jī)電路中，采用三相橋式全控整流電路。</p><p>　　可控整流的原理：當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然維持導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關(guān)斷[3]。</p><p>　　

16、三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來構(gòu)成的。習(xí)慣上將晶閘管按照其導(dǎo)通順序編號，共陰極的一組為、和，共陽極的一組為、和。</p><p>　　三相橋式全控整流電路如圖4所示。</p><p>　　圖4 三相橋式全控整流電路原理圖</p><p>　　3.2.1 可控整流變壓器設(shè)計</p><p&g

17、t;　　作為整流裝置電源用的變壓器稱為整流變壓器。一般的變壓器有整流跟變壓兩項功能，其中整流是把交流變直流。</p><p>　　選擇一臺主變壓器計算如下：</p><p>　　一次繞組為0.22kV 二次繞組為0.232kV</p><p>　　由直流發(fā)電機(jī)額定數(shù)據(jù)得：=0.185kW</p><p><b>　　==0.18

18、5kW</b></p><p>　　查附錄表1得實驗室小型電熱設(shè)備的=1.0=0</p><p>　　=×=0.185×0=0kVA</p><p>　　=×=0.185×1.0=0.185kVA</p><p>　　只裝一臺主變壓器應(yīng)全部滿足用電設(shè)備總計算負(fù)荷的需要：</p>

19、<p><b>　　即≈≥</b></p><p>　　選擇=0.2kV·A</p><p>　　所以所選變壓器的型號為：S9-0.2/0.38型。</p><p>　　3.2.2 晶閘管的設(shè)計</p><p>　　一、晶閘管的選擇及參數(shù)計算</p><p>　　=n+R=0

20、.155×1600+1.1×52.3=305.53V</p><p>　　=/2.34=305.53/2.34=130.57V</p><p>　　=/R=305.53/52.3=5.84A</p><p>　　=/3－1/2=3.37A</p><p>　　(AV)=/1.57=2.15A</p><

21、p>　　=61/2=319.83V</p><p>　　∴可選用的晶閘管為：KP5-8型[4]。</p><p><b>　　表1 晶閘管參數(shù)</b></p><p><b>　　二、晶閘管的保護(hù)</b></p><p>　　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

22、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允許值時，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。</p><p>　　(1) 晶閘管的過流保護(hù)</p><p>　　晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過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

23、則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，另外，如整流變壓器中心點接地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時，也會發(fā)生整流橋相對地短路。</p><p>　　對于第一類過流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過流，以及逆變器負(fù)載回路接地時，可以采用第一種保護(hù)措施，最常見的就是接入快速熔短器的方式。</p><p>　　對于第二類過流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。<

24、/p><p>　　(2) 晶閘管的過壓保護(hù)</p><p>　　晶閘管設(shè)備在運行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時，設(shè)備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)。 </p><p>　　過電壓保護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。</p><p>　　過電壓保護(hù)的第二

25、種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　三、晶閘管驅(qū)動、觸發(fā)電路</p><p>　　(1) 驅(qū)動電路原理</p><p>　　電力電子器件的驅(qū)動電路時電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率、可

26、靠性和安全性都有重要的意義。另外，對電力電子器件或整個裝置的一些保護(hù)措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動電路中，或者通過驅(qū)動電路來實現(xiàn)，這使得驅(qū)動電路的設(shè)計更為重要。</p><p>　　簡單地說，驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。對全控型器件既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。<

27、;/p><p>　　驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。一般采用光隔離和磁隔離。</p><p>　　(2) 觸發(fā)電路原理</p><p>　　三相整流電路中必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時給觸發(fā)脈沖。為此可以采用兩種辦法：一種是使每個觸發(fā)脈沖寬度大于60°，稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號晶閘管的同時給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖，相當(dāng)于用兩

28、個窄脈沖等效代替一個寬脈沖，稱為雙脈沖觸發(fā)。</p><p>　　隨著工業(yè)自動化、集成化的不斷發(fā)展，現(xiàn)在市場中已有多種型號的六脈沖觸發(fā)集成電路，并得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計采用的是KC系列的三相全控橋式整流電路的集成觸發(fā)器KC04作為三相整流電路的觸發(fā)電路。其外部封裝如圖5所示。</p><p>　　圖5 KC04觸發(fā)器封裝圖</p><p>　　可控硅移相觸發(fā)器KC

29、04電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KC04器件輸出兩路相差l80°的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器電路。該電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低、有脈沖列調(diào)制輸出端等功能和特點。</p><p><b>　　電參數(shù)如下：</b></p><p>　　電源電壓：直

30、流±15V，允許波動±5％。</p><p>　　電源電流：正電流≤15mA，負(fù)電流≤10mA。</p><p>　　同步電壓：任意值(一般交流30V)。</p><p>　　同步輸入端允許最大同步電流：3mA(有效值)。移相范圍：≥l70°(同步電壓30V，同步輸入電阻15~30kΩ)。</p><p>　　鋸

31、齒波幅度：≥10V(幅度以鋸齒波出現(xiàn)平頂為準(zhǔn))。</p><p><b>　　輸出脈沖：</b></p><p>　　A．脈沖寬度：l0µs~2ms(改變脈寬電容達(dá)到)。</p><p>　　B．脈沖幅度：＞13V。</p><p>　　C．最大輸出能力：l00mA(流出脈沖電流)。</p>&l

32、t;p>　　D．輸出反壓：Vceo≥l8V(測試條件：Ie≤100µA)。正負(fù)半周脈沖相位不均衡度≤±3°。使用環(huán)境溫度：-l0~70℃。 </p><p>　　由KC04外部接線組成的三相橋式整流電路觸發(fā)原理圖如圖6所示。</p><p>　　圖6 KC04觸發(fā)器電路圖</p><p>　　3.2.3 平波電抗器的選擇及計算&l

33、t;/p><p>　　平波電抗器：平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。</p><p>　　平波電抗器的電感量一般按低速輕載時保證電流連續(xù)的條件來選擇。</p><p>　　對于三相橋式整流電路：</p><p><b>　　L=

34、0.693/</b></p><p>　　又因為一般為電動機(jī)額定電流的5%~10%，這里取10%。</p><p><b>　　=1.1A</b></p><p>　　因此：L=0.693×/0.11</p><p>　　=n+R=0.155×1600+1.1×52.5=305.

35、75V</p><p>　　=/2.34=305.75/2.34=123.93V</p><p>　　所以：L=0.693×123.93/0.11=780.76mH</p><p>　　3.2.4 快速熔斷器選擇及計算</p><p>　　熔斷器作用：當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件

36、，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運行的作用。</p><p>　　快速熔斷器的額定電流的計算如下：</p><p><b>　　(A)</b></p><p>　　其中為晶閘管的額定通態(tài)平均電流，即為5A。</p><

37、;p>　　因此：=7.854A。</p><p>　　快速熔斷器的額定電壓可用下列公式計算：</p><p><b>　　≥/</b></p><p>　　==130.662V；</p><p>　　為元件電壓計算系數(shù)，查表得2.45。</p><p>　　因此：≥226.36V</p

38、><p>　　所以應(yīng)選用的熔斷器為：RT0-100型。</p><p>　　3.3 電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p>　　電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示：</p><p>　　圖7 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖[5]</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計的一般原則是：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，

39、然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　系統(tǒng)給定：==10V =1.5 = =1.5A</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=/=10/1600=0.006V·min/r</p><p>　　電流反饋

40、系數(shù)：=/=10/1.1×1.5=6.06V/A</p><p>　　超調(diào)量≤5％，盡量實現(xiàn)無靜差調(diào)速[6]。</p><p>　　3.3.1 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計</p><p>　　一、選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求≤5％，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，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P

41、I型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為W(s)=(s+1)/s，電路圖如圖8所示[7]。</p><p>　　檢查對電源電壓的抗干擾性能：</p><p>　　/=0.015/0.0037=4.05，參照典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　圖8 電流調(diào)節(jié)器電路圖</p><p><b>　　二、確定時間常數(shù)

42、</b></p><p>　　(1) 整流裝置滯后時間常數(shù)。</p><p>　　按表1，三相橋式電路的平均失控時間=0.0017s。</p><p>　　(2) 電流濾波時間常數(shù)。三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s。</p><p>　　(3) 電

43、流環(huán)小時間常數(shù)之近似處理，取=+=0.0037s。</p><p>　　(4) 電樞回路電磁時間常數(shù)</p><p>　?。絃/R＝0.781/52.3＝0.015s</p><p>　　(5) 電力拖動系統(tǒng)時間常數(shù)由實驗測得</p><p>　　=40ms＝0.04s</p><p>　　三、計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)<

44、;/p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：==0.015s。</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求≤5％時，查表得=0.5，因此</p><p>　　=0.5/0.0037s=135.1</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p>　　=R/=135.1×0.015×52.3/1

45、22.5×6.06＝0.143</p><p><b>　　四、校驗近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截止頻率：==135.1</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件</p><p>　　1/3=1/3×0.0017s=191.6＞</p><p><

46、;b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件</p><p><b>　　=＝122.47＜</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><

47、p><b>　　==180.8＞</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　五、計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　所用運算放大器取=40kΩ，各電阻和電容值為</p><p>　　==0.143×40＝5.72kΩ</p>

48、<p>　　=/=0.015/5.72=2.62</p><p>　　=4/=4×0.002/40=0.2</p><p>　　3.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計</p><p>　　一、選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于設(shè)計要求無靜差，故選用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　W

49、(s)=(s+1)/s</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖</p><p><b>　　二、確定時間常數(shù)</b></p><p>　　(1) 電流環(huán)等效時間常數(shù)1/</p><p><b>　　已知=0.5，則</b>

50、</p><p>　　1/＝2＝2×0.0037s＝0.0074s</p><p>　　(2) 轉(zhuǎn)速時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取=0.01s</p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)速小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取</p><p>　?。?/＋＝0.0174s </p><p>　　三、計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

51、參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為</p><p>　　=h=5×0.0174s=0.087s</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益</b></p><p>　　=(h+1)/2=6/2×52×0.0174=396.4</p&

52、gt;<p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p><p>　　=(h+1)/2hR=6×6.06×0.155×0.04 / 2×5×0.00625×52.3× 0.0174=3.96</p><p><b>　　四、檢驗近似條件</b></p&g

53、t;<p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　=/==396.4×0.087=34.5</p><p>　　(1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為</p><p><b>　?。?63.7＞</b></p><p>　　(2) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為

54、</p><p><b>　　==38.7＞</b></p><p>　　五、計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　取=40kΩ，各電阻和電容值為</p><p>　　==3.96×40=158.4kΩ</p><p>　　=/=0.087 / 158.4×103=5.49

55、×F</p><p>　　=4/=4×0.01/40×103=1</p><p><b>　　六、校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</b></p><p>　　=2×81.2%×(1.5-0.5)×(0.8×52.3/0.155/1600)×0.0174/0.04=11.92%<

56、;15%</p><p>　　能滿足設(shè)計要求[8]。</p><p>　　3.4 反饋、保護(hù)及其他電路</p><p>　　3.4.1 轉(zhuǎn)速檢測電路</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號變換為與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，濾波交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號。轉(zhuǎn)速檢測電路主要由測速發(fā)電機(jī)組成，將測速發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)同軸

57、連接，測速發(fā)電機(jī)輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，經(jīng)過濾波之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號反饋回系統(tǒng)[9]。其原理圖如圖10所示。</p><p>　　圖10 轉(zhuǎn)速檢測電路原理圖</p><p>　　3.4.2 電流反饋環(huán)節(jié)及過流保護(hù)環(huán)節(jié)</p><p>　　交流互感器測得晶閘管交流進(jìn)線的電流，以獲得過電流信號。圖11是過流保護(hù)電路的電路圖。</p>&l

58、t;p>　　圖11 過流保護(hù)電路的電路圖</p><p>　　3.4.3 穩(wěn)壓電源</p><p>　　穩(wěn)壓電源輸出穩(wěn)定的±15V直流電源向所有需要直流電源的各控制單元供電，它由整流、濾波、穩(wěn)壓三個部分組成。</p><p>　　整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔?，因此二極管是組成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功

59、率（1kW）整流電路中，常見的集中整流電路有單向半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設(shè)計采用橋式整流電路，其主要特點如下：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用效率高。</p><p>　　濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩側(cè)并聯(lián)電容器；或在電路輸出端與負(fù)載見串聯(lián)電感L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路[10]。</p>&

60、lt;p>　　圖12 ±15V電源電路</p><p><b>　　5 結(jié)語</b></p><p>　　由于在啟動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動時間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時間最

61、優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個特點，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過流自動保護(hù)和及時抑制電壓的波動。通過實驗可知：啟動時，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)