電氣傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)--轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文所論述的是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主電路設(shè)計(jì)是依據(jù)晶閘管-電動(dòng)機(jī)（V—M）系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)由整流變壓器TR、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器L和電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。整流變壓器TR和晶閘管整流調(diào)速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電；平波電抗器L的功能是使輸出的直流電流更平滑；電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組提供三

2、相交流電源。同時(shí)，根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用, 并通過對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì), 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形。并對(duì)得到的波形進(jìn)行分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器,仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Discussed in thi

3、s paper is speed, the current double closed-loop DC speed system design. Main circuit design is based on the thyristor - Motor (V-M) system components, their system consists of rectifier transformer TR, SCR speed control

4、 devices, smoothing reactor L and the motor - generator sets etc.. Rectifier transformer TR and SCR speed device function is the rectified AC input into DC; smoothing reactor L function is to make the output of the DC cu

5、rrent is more smooth; motor - generator sets</p><p>　　Key words: double-loop speed control system, speed regulator,</p><p>　　current regulator，Simulation</p><p><b>　　一 直流調(diào)速系統(tǒng)&

6、lt;/b></p><p><b>　　1 引 言</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、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)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分

7、非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主電路采用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案，控制電路由集成電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中

8、有速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等。</p><p>　　2 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1調(diào)速方案的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z2-62型，其具體參數(shù)如下表2-1所示</p><p>　　表2-1 Z2-62型電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)</p><p>

9、;　　2.1.1電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇</p><p>　　變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。靜止可控整流器又稱V-M系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實(shí)現(xiàn)

10、平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選V-M系統(tǒng)。</p><p>　　在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓Ud。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案

11、。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。</p><p>　　2.1.2調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇</p><p>　　由于電機(jī)

12、的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)額定電壓為230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器應(yīng)采用D/Y聯(lián)結(jié)。</p><p>　　因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由過流繼電器切斷主電路電源

13、。</p><p>　　為使線路簡(jiǎn)單，工作可靠，裝置體積小，宜選用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。</p><p>　　該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定。勵(lì)磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵(lì)磁后加電樞電壓，主接觸器主觸點(diǎn)應(yīng)在勵(lì)磁繞組通電后方可閉合，同時(shí)設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1

14、所示。</p><p><b>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩

15、）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，

16、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)的框圖如圖2-1所示： </p><p>　　圖2-1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3主電路設(shè)

17、計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1整流變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算</p><p>　　是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即：</p><p><b>　?。?-1）

18、 </b></p><p>　　式中 --整流電路輸出電壓最大值；</p><p>　　--主電路電流回路n個(gè)晶閘管正向壓降；</p><p>　　C -- 線路接線方式系數(shù)；</p><p>　　--變壓器的短路比，對(duì)10～100KVA， =0.05～0.1；</p><p>　　/--變壓器二次實(shí)際工

19、作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。</p><p>　　在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中A--理想情況下，α=0°時(shí)整流電壓與二次電壓之比，即A=/；</p><p>　　B--延遲角為α?xí)r輸出電壓Ud與之比，即B=/；<

20、/p><p>　　ε——電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；</p><p>　　1~1.2——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　由表查得 A=2.34；取ε=0.9；α角考慮10°裕量，則 B=cosα=0.985</p><p&g

21、t;<b>　　取=130V。</b></p><p>　　電壓比K=/=398/130=3</p><p>　　3.1.2 一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算</p><p>　　由表查得 =0.816, =0.816</p><p>　　考慮變壓器勵(lì)磁電流得：</p><p>　　=A=32.3

22、A </p><p>　　=A=92.2A3.1.3變壓器容量的計(jì)算</p><p>　?。?（3-4）</p><p>　??； （3-5）</p><p>　?。?（3-6）</p><p

23、>　　式中m1、m2 --一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；</p><p>　　由表查得m1=3，m2=3</p><p>　　=3×380×13.17=15.01 KVA</p><p>　　=3×122×39.00=14.27KVA </p><p>　　

24、=1/2（15.01+14.27）=14.64 KVA </p><p><b>　　取=45KVA</b></p><p>　　3.2晶閘管元件的選擇</p><p>　　3.2.1 晶閘管的額定電流</p><p>　　選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實(shí)際流過管子電流最大有效值[8]，

25、即</p><p>　　或 ==K （3-8）</p><p>　　考慮（1.5～2）倍的裕量</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中K=/（1.57）--電流計(jì)算系數(shù)。</p><p>　　此外，還需注意以下幾點(diǎn)：</p><p&g

26、t;　　①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。</p><p>　?、诋?dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。</p><p>　?、坳P(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。</p><p>　　由表查得 K=0.368，考慮1.5～2倍的裕量</p><p><b>　?。?-10）</b&

27、gt;</p><p><b>　　=A</b></p><p><b>　　=A</b></p><p>　　取=30A。故選晶閘管的型號(hào)為KP30-7。</p><p>　　3.2.2晶閘管的額定電壓</p><p>　　晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安

28、全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即</p><p>　　整流電路形式為三相全控橋，查表得，則</p><p>　　==V=V （3-7）</p><p><b>　　取=800V。</b></p><p>　　3.3晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管有換相方便，

29、無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。</p><p>　　3.3.1過電壓保護(hù) </p><p>　　以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。</p><p>　?。?

30、）交流側(cè)過電壓保護(hù)</p><p>　　阻容保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=14.64kvA, U2=122V</p><p>　　Iem取值：當(dāng) S≥10KVA時(shí)，取Iem=4。</p><p>　　=µF=23.61µF</p><

31、p>　　耐壓≥1.5Um =1.5×122×=258.8V</p><p>　　選取30µF,耐壓258.8V的CZDJ-2型金屬化紙介電容器。取=5V，</p><p>　　=Ω=2.6Ω，3Ω</p><p><b>　　==1.15A</b></p><p><b>　

32、　=W=W</b></p><p>　　選取3、14W的金屬膜電阻。</p><p><b>　　壓敏電阻的計(jì)算</b></p><p>　　=V=224.29V</p><p>　　流通量取5KA。選MY31-240/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（264V）。</p><p>　　

33、（2）直流側(cè)過電壓保護(hù)</p><p>　　直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。</p><p>　　=(1.8～2.2) ×230V=414～460V </p><p>　　選MY31-440/5

34、型壓敏電阻。允許偏差+10％（484V）。</p><p>　?。?）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) </p><p><b>　　查下表：</b></p><p>　　表3-1 阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定</p><p>　　抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可

35、選加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.1～1.15倍。</p><p>　　由上表得C=0.5µF，R=10Ω，</p><p>　　電容耐壓≥1.5==1.5××122=448.26V</p><p>　　選C為0.2µF的CZJD-2型金屬化紙介質(zhì)電容器, 耐壓為450V。</p><p>　　=W=0

36、.45W </p><p>　　選R為40普通金屬膜電阻器，RJ-0.5。</p><p>　　3.3.2 過電流保護(hù)</p><p>　　本系統(tǒng)采用電流截止反饋環(huán)節(jié)作限流保護(hù)外，還沒有與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過載與短路保護(hù)，用過電流繼電器切斷故障電流。</p><p>　?。?）快速熔斷器的選擇 接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管

37、電流有效值IT=Id/1.732=47.8A/1.732=27.6A,故選用RLS-50的熔斷器，熔體電流為50A。</p><p>　　2）過電流繼電器的選擇 根據(jù)負(fù)載電流為47.8A，可選用吸引線圈電流為100A的JL14-11ZS型手動(dòng)復(fù)位直流過電流繼電器，整流電流可取1.25 47.8A 60A。</p><p>　　3.4平波電抗器的計(jì)算</p><p>

38、;　　為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。</p><p>　?。?）算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計(jì)算，單位mH。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中為與整流電路形

39、式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；</p><p>　　為最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5％～10％計(jì)算。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查得=0.695所以</p><p>　　=0.05=0.05×47.8A=2.39A</p><p>　　=mH=35.48mH </p><p>　　

40、（2）限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量</p><p>　　由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(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。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量（單位為mＨ）可用下式計(jì)算</p><p

41、><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中－系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，－電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路≤（5～10）％。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查得=1.045, 所以</p><p>　　==26.67mH </p><p>　　（3）電動(dòng)機(jī)電感量和變壓器漏電感量</

42、p><p>　　電動(dòng)機(jī)電感量（單位為mH）可按下式計(jì)算</p><p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　式中 、、n－直流電動(dòng)機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；</p><p>　　p－電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；－計(jì)算系數(shù)。一般無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8～12，快速無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取6～8，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取5～6。本設(shè)計(jì)中取

43、=8、=230V、=47.8A、n=1450r/min、p=1</p><p>　　= mH =13.27mH </p><p>　　變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計(jì)算</p><p><b>　　（3-14）</b></p><p>　　式中－計(jì)算系數(shù)，查表可得</p><p>　　－變壓

44、器的短路比，一般取5%～10%。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中取=3.2、=0.05</p><p>　　所以= mH =0.004mH </p><p>　?。?）實(shí)際串入平波電抗器的電感量</p><p>　　考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電感量：</p><p>　　mH （3-15）&

45、lt;/p><p>　?。?) 電樞回路總電感:</p><p>　　=22.202＋13.27＋2×0.004 mH =35.48mH</p><p>　　3.5勵(lì)磁電路元件的選擇</p><p>　　整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取700V。額定電流（取 =0）可查得K=0.367，</p><p>　

46、　==(1.5～2)×0.367×1.6A=0.88～1.2A </p><p>　　可選用ZP型3A、700V的二極管。</p><p>　　R 為與電動(dòng)機(jī)配套的磁場(chǎng)變阻器，用來調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場(chǎng)回路中串入了欠電流繼電器KA ，動(dòng)作電流通過R 調(diào)整。根據(jù)額定勵(lì)磁電流 =1.6A，可選用吸引

47、線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。</p><p>　　3.6 繼電器-接觸器控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為使電路工作更可靠，總電路由自動(dòng)開關(guān)引入，由于變壓器一次側(cè)電流13.17A，故可選CM1-100H型斷路器，其脫扣額定電流為85A。</p><p>　　用交流接觸器來控制主電路通斷，由于=172A 39.00A ,故可選.</

48、p><p>　　在勵(lì)磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器，吸引電流可在3/10～65/100范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，釋放電流在1/10～2/10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。</p><p>　　選用AL18-22Y型按扭，啟動(dòng)按扭用綠色，并帶有工作指示燈，停止按扭用紅色。選用XDX2型紅色指示燈。</p><p>　　圖3—1主電路圖電路</p>

49、<p><b>　　4 觸發(fā)電路選擇</b></p><p>　　選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，其電路如電氣原理總圖所示。</p><p>　　從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為＜250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計(jì)算出 </p><p><b>　　，</b></p><p>&l

50、t;b>　　，</b></p><p><b>　　V=5.75V。</b></p><p>　　因?yàn)?5.75V，3V，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為</p><p>　　取3:1。設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù).&

51、lt;/p><p>　　觸發(fā)電路需要三個(gè)互差120°，且與主電路三個(gè)電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設(shè)計(jì)一個(gè)三相同步變壓器。這里用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY</p><p>　　型。同步電壓二次側(cè)取30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。</p><p>　　觸發(fā)器的電路圖如下圖4—1所示：<

52、/p><p>　　圖4—1集成六脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　5 雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)</p><p>　　5.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)</p><p><b>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　已知s，s，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)</p><p>　　=0

53、.0017+0.002=0.0037S。</p><p>　　（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(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，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器。</p><p>　?。?）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)==0.0133s，又因?yàn)?/p>

54、設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以==，所以ACR的比例系數(shù)=。</p><p><b>　?。?）校驗(yàn)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)的近似條件：</p><p><b>　　> ，滿足條件。</b><

55、;/p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　?。?） 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p>

56、;<p>　　取運(yùn)算放大器的=40，有=1.07840=43.12，取45，</p><p>　　，取0.3，，取0.2。故=，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p><b>　　圖5—1電流調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)</p><p>　?。?） 確定時(shí)間常數(shù)：<

57、/p><p>　　有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：</p><p>　　按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 </p><p>　?。?）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：</p><p>　　按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=4,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，&

58、lt;/p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 。</b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為：。</p><p><b>　　（4）檢驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為，滿足條件。</p>

59、<p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。</p><p>　?。?）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：</p><p>　　取=40，則，取3700。</p><p><b>　　，取0.02</b></p><p><b>　　，取1。</b></p><p

60、><b>　　故。其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖5—2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4，查得，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASR 退飽和重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=4時(shí)，查得=77.5%，所以=2（）（）=，滿足設(shè)計(jì)要求.</p><p>　　6 控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p&

61、gt;　　6.1 給定環(huán)節(jié)的選擇</p><p>　　已知觸發(fā)器的移相控制電壓為正值，給定電壓經(jīng)過兩個(gè)放大器它的輸入輸出電壓極性不變，也應(yīng)是正值。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)15V的直流電源，用一個(gè)2.2、1W的電位器引出給定電壓。</p><p>　　6.2 控制電路的直流電源</p><p>　　這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，

62、如下圖所示</p><p>　　圖6—1直流穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　6.3 反饋電路參數(shù)的選擇與計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的反饋電路有轉(zhuǎn)速反饋和電流截止負(fù)反饋兩個(gè)環(huán)節(jié)，電路圖見主電路。</p><p>　　6.3.1測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇</p><p>　　因?yàn)閂，故這里可選用ZYS-14A型永磁直流測(cè)

63、速發(fā)電機(jī)。它的主要參數(shù)見下表。</p><p>　　表6—2ZYS-14A型永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)</p><p>　　取負(fù)載電阻=2,P=2W的電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電動(dòng)機(jī)同軸連接。</p><p>　　6.3.2 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇</p><p>　　選用LEM模塊LA100-S電流傳感器作為檢測(cè)元件，其參數(shù)為：額定電流100A，匝數(shù)

64、比1：1000，額定輸出電流為0.1A。選測(cè)量電阻=47,，P=1W的繞線電位器。</p><p>　　負(fù)載電流為1.2時(shí)。讓電流截止環(huán)節(jié)起作用，此時(shí)LA100-S的輸出電流為1.2/1000=1.2×152/1000=0.184A，輸出電壓為47×0.25=11.75V，再考慮一定的余量，可選用1N4240A型的穩(wěn)壓管作為比較電壓，其額定值為10V。</p><p>

65、　　7 直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖</p><p>　　8 系統(tǒng)MATLAB仿真</p><p>　　本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)

66、速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。</p><p>　　8.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖8-1所示。</p><p>　　圖8-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

67、仿真模型</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為2.5。</p><p>　　8.2

68、 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析面分析一下仿真的結(jié)果。</p><p>　　當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖8-2是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下</p><p>　　圖8.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　啟動(dòng)過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸

69、出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長(zhǎng)。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。由于在本

70、系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機(jī)內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。</p><p><b>　　二 交流調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　　9 交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真</p><p>　?。ㄒ唬┙?交變頻調(diào)速原理</p><p>　　將電網(wǎng)工頻交流電直接

71、變?yōu)榱硪环N頻率和電壓的交流電，稱為直接變頻，也稱為交-交變頻。采用晶閘管元件作開關(guān)器件，利用交流電網(wǎng)電壓反向關(guān)斷處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管，晶閘管按相控方式工作，則可實(shí)現(xiàn)相控的交流-交流直接變頻、變壓，其特點(diǎn)是輸出電壓的頻率只能低于輸入交流電源的頻率，只能實(shí)現(xiàn)降頻變換，這種直接變頻又稱為周波變換器或循環(huán)變化器。如在礦井提升機(jī)、大型軋機(jī)等設(shè)備需要低速大容量的晶閘管交交變頻調(diào)速系統(tǒng)作驅(qū)動(dòng)裝置。</p><p>　?。ǘ┻?/p>

72、輯切換裝置DLC封裝</p><p>　　在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中，DLC是核心裝置，其任務(wù)是：在正組晶閘管橋工作時(shí)開放正組脈沖，封裝反組脈沖；在反組晶閘管橋工作時(shí)開放反組脈沖，封鎖正組脈沖。</p><p>　　9.2.1電平檢測(cè)器的建模</p><p>　　電平檢測(cè)包括給定電流極性鑒別器和零電流鑒別器，它將給定電流信號(hào)極性和零電流檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字量供后續(xù)電路使用，在M

73、TALAB建模時(shí)，可利用Simulink的非線性模塊庫中繼電器元件實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　9.2.2邏輯判斷電路的建模</p><p>　　邏輯判斷電路根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)動(dòng)要求，經(jīng)邏輯運(yùn)算后發(fā)出邏輯切換指令，封鎖原工作組，開放另一組。邏輯要求如下：</p><p>　　9.2.3延時(shí)電路模塊建模</p><p>　　在邏輯半段電路發(fā)出切

74、換指令后，必須經(jīng)過封鎖延時(shí)T=3ms才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖，在經(jīng)過開放延時(shí)T=7ms后才能開放另一組脈沖。數(shù)字邏輯電路的DLC裝置中是在與門前加二極管及電容來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。利用Simulink工具箱中的微分元件、傳遞延遲元件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化元件、乘法元件，按功能連接，即可得到滿足系統(tǒng)延時(shí)要求的仿真模型結(jié)構(gòu)。如下圖所示。</p><p>　　圖9-1 DLC模型及仿真測(cè)試結(jié)果</p><p>　?。ㄈ?/p>

75、邏輯無環(huán)流單相交-交變頻器的建模及仿真</p><p>　　單相交-交變頻器仿真模型結(jié)構(gòu)如下圖所示，仿真參數(shù)：負(fù)載電阻1Ω、負(fù)載電感20x10-3 H;工頻三相對(duì)稱交流電源：A、B、C幅值100V；正弦調(diào)制波幅值30、頻率10Hz。</p><p>　　圖9-2.邏輯無環(huán)流單相交-交變頻器的建模及仿真結(jié)果</p><p>　?。ㄋ模┊惒诫妱?dòng)機(jī)交-交變頻器調(diào)速系統(tǒng)的建

76、模與仿真</p><p>　　仿真參數(shù)：工頻三相對(duì)稱交流電源：A、B、C幅值100V；異步電動(dòng)參數(shù)U=220V、f=50Hz、R=0.435Ω，其他默認(rèn)值。三相交交變頻器輸出頻率為5Hz和10Hz時(shí)異步電動(dòng)機(jī)定子三相電流、轉(zhuǎn)速波形。</p><p>　　圖9-3.系統(tǒng)建模與測(cè)試仿真波形</p><p><b>　　總結(jié)</b></p>

77、;<p>　　為期兩周的電氣傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這次我的課題是直流部分的“不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)”以及交流部分的“交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真”剛開始確實(shí)不怎么有頭緒，在老師細(xì)心的指導(dǎo)下和同學(xué)們的幫助下，如期完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，這期間感觸頗多。</p><p>　　剛接觸這個(gè)題目時(shí)僅僅只有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，后來通過查閱資料，漸漸地有了一個(gè)思路。接下來就是方案論證了。這期間我有了幾套方案，經(jīng)過老師的審核和同學(xué)

78、們的討論，最后確定了這個(gè)最終的方案。本以為方案論證的完成就成功了一半，但是在實(shí)際過程中，總會(huì)遇到各種問題。包括各種基本電路芯片的選擇匹配問題，模型的建立，因?yàn)橐郧斑@方面的經(jīng)驗(yàn)比較缺乏，所以很困難，只能去請(qǐng)教老師和其他有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)長(zhǎng)，在他們的幫助下，我自己也到處查資料，模型終于建立起來了。。兩周時(shí)間很快就過去了，這期間我學(xué)會(huì)了很多東西，對(duì)于調(diào)速控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)也有了一個(gè)升華。由于時(shí)間與器材的關(guān)系，未能做出實(shí)物。但瞻望未來，此文可為將來從事相關(guān)

79、工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　感謝**老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，正是因?yàn)槟銈兊姆瞰I(xiàn)，我才順利的完成了本次課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，第３版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2、石玉等.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)

80、計(jì)指.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　3、王兆安.電力電子技術(shù). 第4版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200０</p><p>　　4、王離九等. 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng). 武漢：華中科技大學(xué)出版社，1991</p><p>　　5、胡壽松.自動(dòng)控制原理：第4版.北京：國防工業(yè)出版社</p><p>　　6、洪乃剛等 電力電子和電

81、力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真。機(jī)械工業(yè)出版社，2007。</p><p>　　7、李華德主編。交流調(diào)速控制系統(tǒng)。電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　8、胡崇岳等?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)。機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　9、黃忠霖等。控制系統(tǒng)MATLAB設(shè)計(jì)及仿真。機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p><b>