配合控制有環(huán)流自動(dòng)控制系統(tǒng)——課程設(shè)計(jì)

1、 摘要轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)晶閘管的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)控制角大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓?；谠O(shè)計(jì)題目，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設(shè)計(jì)中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來(lái)供電。本文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計(jì)包括觸發(fā)電路和勵(lì)磁回路的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算。接著控制電路的設(shè)計(jì)包括電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)以及反饋回路（電流反饋、轉(zhuǎn)速反饋）的設(shè)計(jì)。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

2、間實(shí)行嵌套聯(lián)接。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱(chēng)做外環(huán)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各元部件，并對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測(cè)電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計(jì)算,最后畫(huà)出了調(diào)速控制電路電氣原理圖。關(guān)鍵詞： 雙閉環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；=；有環(huán)流 目錄摘要1目錄2緒論31.1概述31.1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述31.1.2晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介31.1.3配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)概述41.2本課題主要討論問(wèn)題5第1章 設(shè)計(jì)要求6第2章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)72.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)72.2=配合控制的有環(huán)流vm可逆調(diào)速系統(tǒng)9第3章 主

3、回路設(shè)計(jì)143.1 主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（一）143.1.1整流變壓器的參數(shù)計(jì)算143.1.2. 整流元件晶閘管的選型153.2.3電抗器的設(shè)計(jì)163.2.4均衡電抗器的設(shè)計(jì)163.3主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（二）173.3.1過(guò)電壓保護(hù)173.3.2過(guò)電流保護(hù)193.4觸發(fā)回路設(shè)計(jì)213.5勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)23第4章 控制回路設(shè)計(jì)244.1 電流環(huán)設(shè)計(jì)244.2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)284.2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)284.2.2 轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋324.3反饋回路設(shè)計(jì)344.3.1 電流反饋344.3.2轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計(jì)36第5章 輔助回路設(shè)計(jì)375.1限幅電路375.2反相器385.3直流

4、穩(wěn)壓電源395.4給定電路405.5 操作回路41設(shè)計(jì)感想42致謝43參考文獻(xiàn)44 緒論1.1概述1.1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 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，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(mǎn)足工作機(jī)械

5、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作用。1.1.2晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介20世紀(jì)50年代末，晶閘

6、管（大功率半導(dǎo)體器件）變流裝置的出現(xiàn)，使變流技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，開(kāi)始進(jìn)入晶閘管時(shí)代。由晶閘管變流裝置直接給直流電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱(chēng)為晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)v-m系統(tǒng)，又稱(chēng)為靜止的ward-leonard系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。圖1.1是v-m系統(tǒng)的簡(jiǎn)單原理圖。圖中v是晶閘管變流裝置，可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類(lèi)型，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置gt的控制電壓uc來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。由于v-m系統(tǒng)具有調(diào)速范圍大、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點(diǎn)，且已比較成熟，因此已在世界各主要工業(yè)國(guó)得到普遍應(yīng)用。圖

7、1.1 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)（v-m系統(tǒng)）但是，晶閘管還存在以下問(wèn)題：（1）由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕o系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；（2） 由于晶閘管元件的過(guò)載能力小，不僅要限制過(guò)電流和反向過(guò)電壓，而且還要限制電壓變化率（du/dt）和電流變化率(di/dt)，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件；（3） 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速下運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響；（4） 由于整流電路的脈波數(shù)比直流電動(dòng)機(jī)每對(duì)極下的換向片數(shù)要小得多，因此，v-m系統(tǒng)的電流脈動(dòng)很?chē)?yán)重。1.1.3配合控制有環(huán)流可逆調(diào)速系

8、統(tǒng)概述 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說(shuō)，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。 采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆v-m系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱(chēng)作環(huán)流。配合控制消除平均直流環(huán)流的原則是正組整流裝置處于整流狀態(tài)，即為正時(shí)，強(qiáng)迫使反組工作在逆變狀態(tài)，即為負(fù)，且幅值與相等，使逆變電壓把整流電壓頂住，則直流平均環(huán)流為零。1.2

9、本課題主要討論問(wèn)題1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究2調(diào)速系統(tǒng)主電路參數(shù)計(jì)算及元件的確定（包括有變壓器、晶閘管、平波電抗器等）。3驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)（集成觸發(fā)電路）。4動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，確定asr調(diào)節(jié)器與acr調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。5繪制=配合控制的有環(huán)流v-m可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖。第1章 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)題目：采用=配合控制的有環(huán)流vm可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：電流環(huán)超調(diào)量 ；空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 。參數(shù)：第三組：直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)z2-101額定容量（kw）2.2額定電壓（v)220額定電流（a)12.5

10、最大電流（a)18.75額定轉(zhuǎn)速（rmp)1500額定勵(lì)磁電壓 220v0.103電動(dòng)機(jī)電樞電阻1.06電動(dòng)機(jī)電樞電感8.93其它參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值整流側(cè)內(nèi)阻0.037整流變壓器漏感0.24電抗器直流電阻0.024電抗器電感3.2第2章 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。nid nidlt0idl a) b)圖2-1 調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形a) 帶電流截止負(fù)反饋的單

11、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) b) 理想的快速起動(dòng)過(guò)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(gè)調(diào)節(jié)器, 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(asr)和電流調(diào)節(jié)器(acr), 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。兩者之間實(shí)行嵌套連接，且都帶有輸出限幅電路。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器acr的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速, 故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 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

12、變換器upe，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如圖2-2所示： 圖2-2 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(cè)速發(fā)電機(jī) ta電流互感器 upe電力電子變換器 圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù)2.2=配合控制的有環(huán)流vm可逆調(diào)速系統(tǒng) 圖2-4 三相橋式反并聯(lián)電樞可逆線路 兩組晶閘管由同一個(gè)交流電源供電，分別由兩套觸發(fā)器控制，當(dāng)正組晶閘管裝置vf供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)反組晶閘管裝置vr供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 兩組晶閘管裝置組成的電樞可逆線路

13、，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(kāi)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(dòng)、制動(dòng)和快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上得到了廣泛的應(yīng)用。環(huán)流的定義： 采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆v-m系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱(chēng)作環(huán)流，如圖2-5所示。 圖2-5 反并聯(lián)v-m系統(tǒng)中的環(huán)流危害：一般地說(shuō)，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)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(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。利用：只要合理的對(duì)環(huán)流進(jìn)行控制，保證晶閘管的安全工作，可以利用環(huán)流作為流過(guò)晶閘管的基本負(fù)載電流，

14、使電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)可工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起的非線性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。在不同情況下，會(huì)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(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類(lèi)：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(chēng)作直流平均環(huán)流。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電壓波形不同，瞬時(shí)電壓差仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱(chēng)作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流僅在可逆v-m系統(tǒng)處于過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)流。這里，主要分析靜態(tài)環(huán)流的形成原因，并討論其控制方法和抑制措施。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(shí)，強(qiáng)迫讓反組處于逆變狀態(tài)，且控

15、制其幅值與之相等，用逆變電壓把整流電壓頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是 且 其中和分別為vf和vr的控制角。 由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓 是一樣的，因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有 或 如果反組的控制用逆變角表示，則 由此可見(jiàn)，按照上式來(lái)控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱(chēng)作 a 配合控制。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用 配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖如圖1所示。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。由于采用配合控制方式，在兩組整流器之間沒(méi)有直流環(huán)流，但還存在脈動(dòng)環(huán)流，為了限制脈動(dòng)環(huán)流的大小，在主電路中串入了四個(gè)均衡電抗器，

16、用于限制脈動(dòng)環(huán)流。平波電抗器 用于減小電動(dòng)機(jī)電樞電流的脈動(dòng)，減小電樞電流的斷續(xù)區(qū)，改善電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。系統(tǒng)的控制部分采用轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)控制。由于可逆調(diào)速電流的反饋信號(hào)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(cè)器，在電樞端取電流信號(hào)。為了確保兩組整流器的工作狀態(tài)相反，電流調(diào)節(jié)器的輸出uc分兩路，一路經(jīng)正組橋觸發(fā)器gtf控制正組橋整流器，另一路經(jīng)倒相器ar 、反組橋觸發(fā)器gtr控制反組橋整流器。圖1 = 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，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制

17、電路中采用限幅作用，形成最小逆變角保護(hù)。與此同時(shí)，對(duì)角也實(shí)施保護(hù)，以免出現(xiàn)而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取 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(shí)，vf整流； 反轉(zhuǎn)時(shí)，vf待逆變。 反組晶閘管vr，由gtr控制觸發(fā)， 反轉(zhuǎn)時(shí)，vr整流； 正轉(zhuǎn)時(shí)，vr待逆變。工作原理：系統(tǒng)的起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程與不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，在突加給定信號(hào)為正時(shí)，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(dòng)機(jī)提供正向電流，電動(dòng)機(jī)經(jīng)歷電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)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(dòng)環(huán)流通過(guò)。在突加給定信號(hào)為負(fù)時(shí)，正組橋工作

18、于逆變狀態(tài)，反組橋工作于整流狀態(tài)，由反組橋向電動(dòng)機(jī)提供反向電流，電動(dòng)機(jī)同樣經(jīng)歷電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段后，進(jìn)入反轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行階段，而正組橋僅有少量脈動(dòng)環(huán)流?？赡嫦到y(tǒng)的特點(diǎn)在于反轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)需要改變轉(zhuǎn)矩的方向，由改變轉(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(guò)程。由于電感是儲(chǔ)能元件，電感儲(chǔ)能與電流有關(guān)，因此電流下降就意味著電感儲(chǔ)能的釋放，電流上升就意味著電感的儲(chǔ)能增加的過(guò)程。因此，電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程可以分為本橋逆變、它組反接制動(dòng)和它組回饋制動(dòng)三個(gè)主要階段，現(xiàn)以正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過(guò)程給予說(shuō)明。(1) 本橋逆

19、變階段。 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速給定由正變負(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出即電流調(diào)節(jié)器的輸入改變極性，從而電流調(diào)節(jié)器的輸出改變符號(hào)，使正組橋從整流改變?yōu)槟孀儬顟B(tài)，反組橋從逆變改變?yōu)檎鳡顟B(tài)，正轉(zhuǎn)回路的電感能量釋放，由電感反電動(dòng)勢(shì)維持電樞正轉(zhuǎn)回路電流的流通，電動(dòng)機(jī)的正向電流下降，電感儲(chǔ)能經(jīng)正組橋(逆變狀態(tài))流向交流電源，而反組整流器由于不能通過(guò)反向電流，除少量脈動(dòng)環(huán)流外，沒(méi)有負(fù)載電流通過(guò)，處于待整流狀態(tài)。 (2) 它組反接制動(dòng)階段。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的正向電流下降到零后，電感反電動(dòng)勢(shì)作用消失，處于整流狀態(tài)的反組整流器開(kāi)始輸出電流，電樞電流開(kāi)始反向，由于整流

20、器輸出電壓與電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的方向相間，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，電流上升很快。在這階段中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，反向電流開(kāi)始上升，正組整流器同樣由于不能通過(guò)反向電流，除少量脈動(dòng)環(huán)流外，沒(méi)有負(fù)載電流通過(guò)，處于待逆變狀態(tài)，電感的儲(chǔ)能開(kāi)始增加。(3) 它組回饋制動(dòng)階段。 在反接制動(dòng)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(shí)，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(shí)由于電樞反電動(dòng)勢(shì)與整流器輸出電壓反向相反，且電樞反電動(dòng)勢(shì)大于整流器輸出電壓，這時(shí)回路的電流由電樞電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，且經(jīng)反組整流器(逆變狀態(tài))流向交流電源，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電回饋制動(dòng)階段。這階段的特

21、點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷下降，電動(dòng)機(jī)的慣性?xún)?chǔ)能經(jīng)反組整流器回輸電網(wǎng)，產(chǎn)生良好的節(jié)能效果。隨著轉(zhuǎn)速的下降，電樞電動(dòng)勢(shì)也不斷下降，但由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有反向超調(diào)時(shí)，始終保持著最大限幅狀態(tài)，這時(shí)電流調(diào)節(jié)器發(fā)揮作用，維持電動(dòng)機(jī)以最大電流回饋制動(dòng)，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(dòng)電流，取得最快的制動(dòng)效果。 控制的有環(huán)流可逆調(diào)速方式，在實(shí)際應(yīng)用中由于難以準(zhǔn)確保持的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)時(shí)，就有可能產(chǎn)生直流環(huán)流，使整流器過(guò)載或損壞，故實(shí)際上并不采用，但研究控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，對(duì)理解直流電動(dòng)機(jī)的可逆過(guò)程有很大幫助。第3章 主回路設(shè)

22、計(jì)3.1 主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（一）3.1.1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(guò)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。這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用y聯(lián)接。為整流變壓器的總?cè)萘?，為變壓器一次?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)。為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓。1.整流變

23、壓器二次相電壓的計(jì)算 式中 電動(dòng)機(jī)額定電壓； 帶入數(shù)據(jù)得 v 取136v 因此變壓器的變比近似為： 2.整流變壓器一、二次側(cè)相電流的計(jì)算（1） 二次側(cè)相電流的計(jì)算 式中 二次側(cè)相電流計(jì)算系數(shù) 整流器額定直流電流（a）。 （2） 一次側(cè)相電流的計(jì)算 式中 一次相電流計(jì)算系數(shù) 變壓器的變壓比3.變壓器的容量計(jì)算 變壓器二次側(cè)容量。 變壓器一次側(cè)容量 。一次相電壓有效值取決于電網(wǎng)電壓，所以變流變壓器的平均容量為 對(duì)于本設(shè)計(jì) = 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為的整流變壓器。3.1.2. 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 和額定電流。1.晶閘管額定電壓對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的是三相橋

24、式整流電路，晶閘管按1至6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中晶閘管承受的最大電壓， 而考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過(guò)電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，則晶閘管額定電壓計(jì)算結(jié)果： 取 式中 晶閘管可能承受的電壓最大值（v）。2.晶閘管額定電流晶閘管額定電流的有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電流的最大有效值。一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.52倍。 已知 可得晶閘管的額定電流計(jì)算結(jié)果 ： 取16a 本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為kp20-15a 額定電壓： vdrm 1000v 額定電流： it(av) 16a3.2.3電抗器的設(shè)計(jì) 為了限制整流電流的脈動(dòng)、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，

25、稱(chēng)作平波電抗器。一個(gè)整流電路中，通常包含有電動(dòng)機(jī)電樞電抗、變壓器漏抗和外接電抗器的電抗三個(gè)部分。1. 電動(dòng)機(jī)電樞電抗（mh) 2. 整流變壓器漏感（mh) 3. 電抗器電感(mh) 3.2.4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(cè)串入環(huán)流電抗器，又稱(chēng)均衡電抗器。 限制環(huán)流所需的電感值的計(jì)算公式為 式中 計(jì)算系數(shù)，單相橋2.87，三相半波1.46，三相全波0.693； 環(huán)流平均值； 整流變壓器二次側(cè)相電壓（v)。實(shí)際所需的均衡電感量為 式中 整流變壓器折合二次側(cè)的每相漏感。如果均衡電流經(jīng)過(guò)變壓器兩相繞組，計(jì)算時(shí)，應(yīng)代入2.查資料的環(huán)流平均

26、值為額定電流的5%-10%。則 3.3主回路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇（二）3.3.1過(guò)電壓保護(hù)1. 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 圖3-1 交流測(cè)過(guò)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)。此種接法電容電阻的計(jì)算： 電容的耐壓 電阻功率 通過(guò)電阻的電流 式中 s變壓器容量（)； 變壓器二次相電壓有效值（v）； 變壓器勵(lì)磁電流百分比，對(duì)于10100的變壓器，一般為104； 變壓器的短路比，對(duì)于10100的變壓器，一般為510； 阻容元件兩端正常工作時(shí)交流電壓峰值（v）。本系統(tǒng) s=4.2 =136v =3a =3v1. 電容的計(jì)算 取52. 電阻的計(jì)算 取112

27、. 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 圖3-2 直流側(cè)過(guò)于保護(hù) 直流側(cè)過(guò)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，并造成加大。因此，一般只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。壓敏電阻標(biāo)稱(chēng)電壓按下式選擇，即 式中 正常工作時(shí)加壓敏電阻兩端的直流電壓（v）。則 所以壓敏電阻選取額定電壓440v的。3. 晶閘管過(guò)電壓保護(hù) 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過(guò)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。祖同保護(hù)的元件參數(shù)可以根據(jù)表2-21列出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定。電容耐壓值，通常按加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.11.5倍計(jì)算。電阻功率（w）為 式中 f電源頻率（hz） c電容值（） 晶閘管工作電壓峰值（v）。表2

28、-21 阻容保護(hù)的元件參數(shù)晶閘管額定電流/a1020501002005001000電容/0.10.150.20.250.512電阻/1008040201052圖3-3 晶閘管過(guò)壓保護(hù)晶閘管的額定電流則由表可得保護(hù)電容，。電容的耐壓值 3.3.2過(guò)電流保護(hù)1. 交流側(cè)過(guò)電流保護(hù) 圖3-4 交流二次過(guò)電流保護(hù)額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值，即 額定電流：則選型為rs3/20-200.注：交流一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)可通過(guò)斷路器實(shí)現(xiàn)2. 直流側(cè)過(guò)電流保護(hù) 圖 3-5 直流側(cè)過(guò)電流保護(hù) 額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值，即 取390v額定電流：則選型為rs3/20500。3. 晶閘管過(guò)電流保護(hù)過(guò)

29、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(guò)電流保護(hù)應(yīng)首先考慮。造成晶閘管過(guò)電流的主要因素有：電網(wǎng)電壓波動(dòng)太大，電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載超過(guò)允許值，電路中管子誤導(dǎo)通以及管子擊穿短路簡(jiǎn)單游等?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo(hù)是最簡(jiǎn)單有效的過(guò)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(shí)間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前熔斷自身而斷開(kāi)故障點(diǎn)，避免過(guò)電流燒壞管子。圖3-6 晶閘管過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器的選擇主要考慮以下兩個(gè)方面：（1） 快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值，即 取240v。（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。 則選型

30、為rs3/20-200.3.4觸發(fā)回路設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門(mén)極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在必要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括觸發(fā)時(shí)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)。觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿(mǎn)足下列要求： （1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60或采用相隔60的雙窄脈沖。 （2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶(hù)外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流35倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)12aus。 （3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和功率定額，且在門(mén)極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)

31、域之內(nèi)。 （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。本設(shè)計(jì)用到兩組三相全控橋整流電路中有六個(gè)晶閘管，觸發(fā)順序依次為：vt1vt2vt3vt4vt5vt6，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，可以選用3個(gè)kj004集成塊和一個(gè)kj041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路。1.三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖3-7。 圖3-7 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路2. 隔離電路 由于晶閘管在主回路中，與觸發(fā)電路直接相連時(shí)易導(dǎo)通，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器隔離兩部分電路。vd1、vd2用來(lái)消除負(fù)半周

32、波。 圖3-9 隔離電路3.電源觸發(fā)電路需要+15v、15v的穩(wěn)壓電源（直流）和、同步信號(hào)，利用變壓器將電網(wǎng)電壓降壓后接入。 圖3-10 同步信號(hào)變壓器3.5勵(lì)磁回路設(shè)計(jì) 圖3-11 勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求勵(lì)磁額定電壓220v，則可通過(guò)三相半波進(jìn)行整流，通過(guò)rp進(jìn)行 電壓調(diào)節(jié)，使勵(lì)磁線圈兩側(cè)電壓為220v。欠電流繼電器可以進(jìn)行失磁保護(hù)，當(dāng)電流小于某一數(shù)值時(shí)將電路斷開(kāi)，防止因失磁而引起飛車(chē)現(xiàn)象。 第4章 控制回路設(shè)計(jì)4.1 電流環(huán)設(shè)計(jì)1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)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。所以在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)

33、計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即de0。這時(shí)，電流環(huán)如圖4-1所示。 圖4-1電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響） 忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是式中 ci-電流環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成u*i(s) /b ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。如圖3-5所示。圖4-2電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)） 最后，由于ts 和 toi 一般都比tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 ti = ts + toi 三相橋式電路的平均失控時(shí)間為：

34、電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）=3.33ms，因此取 =0.002s電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 ti = ts + toi=0.0037s。電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成如圖3-6所示。簡(jiǎn)化的近似條件為 圖4-3電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（小慣性環(huán)節(jié)的近似處理）2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)靜差率,超調(diào)量，可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路調(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)器其傳遞函數(shù)為： 式中 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)間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 i=tl則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)

35、結(jié)構(gòu)圖便成為圖4-4所示的典型形式，其中 圖4-4 校正成典型i型系統(tǒng)的電流環(huán)回路總電阻： 回路總電感： 則電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)： 電動(dòng)勢(shì)系數(shù)： 額定勵(lì)磁下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)： 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)： 3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=tl=0.011s。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，表4-1 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)系參數(shù)關(guān)系kt0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間6.6t4.7t3.3t2.4t峰值時(shí)間8.3t6.2t4.7t3.6t相角穩(wěn)定裕度76.369.9

36、65.559.251.8截止頻率0.243/t0.367/t0.455/t0.596/t0.786/t按表 4-1 應(yīng)取=0.707，因此 選擇給定信號(hào)： 選擇轉(zhuǎn)速環(huán)限幅電壓： 選擇電流環(huán)限幅電壓： 則電力電子變換器的電壓放大系數(shù)： 則電流反饋系數(shù)： acr的比例系數(shù)為： 4.檢驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截至頻率： 1） 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿(mǎn)足近似條件。2） 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件不滿(mǎn)足近似條件。3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿(mǎn)足近似條件。5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的pi型電流調(diào)節(jié)器如圖3-8所示：其中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓，為電力電子變換

37、器的控制電壓。 圖4-5 pi型電流調(diào)節(jié)器由圖4-5，所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為 ，取6k ，取 1.9 取 0.2按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。4.2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)4.2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖4-4可知 忽略高次項(xiàng)，可降階近似為 近似條件為 式中 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為u*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖4-6

38、所示。圖4-6轉(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)）和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 u*n(s)/a，再把時(shí)間常數(shù)為1/ki 和 t0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)。（1） 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) （2） 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) （3） 轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)小時(shí)間常數(shù) 0.0074+0.01=0.0174s 則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡(jiǎn)化為圖4-7所示。 圖4-7轉(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理）按照設(shè)計(jì)要求，選用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。這樣，調(diào)

39、速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為 則 不考慮負(fù)載繞動(dòng)時(shí)，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-8 圖4-8轉(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（校正后成為典型型系統(tǒng)）3.計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則asr的超前時(shí)間常數(shù)為50.0174s=0.087s轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 轉(zhuǎn)速環(huán)系數(shù)： asr的比例系數(shù) 4.檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖4-9所示： 圖4-9 含給定濾波與反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器其中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為

40、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，：調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。取，則 取230k 取 0.4 取 26.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng)時(shí)，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)按asr退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。7. 按asr退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降： 過(guò)載倍數(shù)=1.5，理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)，n=0查表得，h=5時(shí)，cmax/cb=81.2%，則 10%不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)當(dāng)加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。4.2.2 轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，加入這個(gè)環(huán)節(jié)可以抑制甚至消滅轉(zhuǎn)速超調(diào)，同時(shí)可以大大降低動(dòng)態(tài)速降。 在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖4-10所示

41、。 圖4-10帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和普通的相比，在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)并聯(lián)了微分電容和濾波電阻，即在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)帶濾波的轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋信號(hào)。圖4-11 轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋對(duì)啟動(dòng)過(guò)程的影響 在轉(zhuǎn)速變換過(guò)程中轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋兩個(gè)信號(hào)一起與給定信號(hào) 相抵，將比普通雙閉環(huán)系統(tǒng)更早一些的時(shí)刻到達(dá)平衡，開(kāi)始退飽和；圖中的曲線1為普通雙閉環(huán)的起動(dòng)程，當(dāng)t=時(shí)，n到達(dá)給定值，asr開(kāi)始退飽和，其后轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。加入轉(zhuǎn)速微分后，退飽和提前到t點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速比低，就提早進(jìn)入了線性閉環(huán)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在時(shí)轉(zhuǎn)速雖繼續(xù)上升，但有可能不出現(xiàn)超調(diào)就趨于穩(wěn)定，如圖曲線2。 圖4-12 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反

42、饋的轉(zhuǎn)速換動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 待定的參數(shù)是和，由于，。而且已選定，只要確定，就可以計(jì)算出和。 轉(zhuǎn)速微分時(shí)間常數(shù) 轉(zhuǎn)速微分濾波時(shí)間常數(shù) 的近似工程計(jì)算公式為： 無(wú)超調(diào)時(shí)的微分時(shí)間常數(shù)應(yīng)該是 本設(shè)計(jì)無(wú)超調(diào)時(shí) 則 綜上，微分電容為 1.595，濾波電阻為 6.27。加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后轉(zhuǎn)速無(wú)超調(diào)，即滿(mǎn)足。4.3反饋回路設(shè)計(jì)4.3.1 電流反饋 方法1 采用電流互感器的電流反饋 圖4-13（a)電流互感器構(gòu)成的電流反饋 由于電流調(diào)節(jié)器的作用之一是對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗干擾的作用，所以需要從電網(wǎng)接至電流調(diào)節(jié)器輸入端一路反饋信號(hào)。電網(wǎng)電壓參數(shù)可以通過(guò)電流互感器獲得，再加上適當(dāng)?shù)恼麟娐放c分壓環(huán)節(jié)，就可以得到電

43、流反饋信號(hào)。電流互感器選用二次側(cè)電流為50ma的，經(jīng)過(guò)整流橋，輸出電流平均值 由于輸出限幅值為10v，則應(yīng)選取得電阻值為 選取電位器的最大功率： 則選取的電位器為200、1w額定值。穩(wěn)壓管的擊穿電壓為 這種方法的極性始終不變，通過(guò)控制給定的大小來(lái)控制正反向，即和的極性是相同的。如果始終為正，則始終為正，當(dāng)為某一數(shù)值時(shí)電機(jī)停車(chē)，當(dāng)大于這一數(shù)值時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)小于這一數(shù)值時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。方法2 利用霍爾元件進(jìn)行電流反饋 圖2-13（b)霍爾元件構(gòu)成的電流互感器該霍爾電流互感器的兩側(cè)的電流時(shí)1:1的，圖中rm為測(cè)量電阻，同時(shí)為限流電阻，即 式中 霍爾電壓傳感器hlv一次側(cè)的最大電流即電動(dòng)機(jī)最大電流； 電流

44、調(diào)節(jié)器輸入限幅值。則 型號(hào)：tv100aw/100 4.3.2轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計(jì)計(jì)算轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)：因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為，所以測(cè)速發(fā)電機(jī)的的額定數(shù)據(jù)可選為：23.1w，110v，0.21a，1900r/min。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)和輸出電位器rp2分壓系數(shù)，有 電位器rp2的選擇 此時(shí)rp2所消耗的功率為 為了不致使電位器溫度很高，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故可將rp2選為10w，2.1的可調(diào)電位器。 圖4-14轉(zhuǎn)速反饋設(shè)計(jì)（測(cè)速發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)）第5章 輔助回路設(shè)計(jì)5.1限幅電路在運(yùn)算放大器的輸出端需要加入限幅環(huán)節(jié)，對(duì)輸出信號(hào)的幅值進(jìn)行限制。約束了下一環(huán)節(jié)輸

45、入信號(hào)的最大值，同時(shí)保護(hù)運(yùn)放。本設(shè)計(jì)中的電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器都設(shè)置了雙向輸出限幅，以限制最大制動(dòng)電流和最小控制角與最小逆變角。 圖5-1 轉(zhuǎn)速環(huán)限幅電路 ：為負(fù)；：為正。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以設(shè)定=10v。 圖5-2 電流環(huán)限幅電路 ：為負(fù)；：為正。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以設(shè)定=10v。5.2反相器 本設(shè)計(jì)中正組與反組的觸發(fā)脈沖成關(guān)系，即 所以應(yīng)當(dāng)用反號(hào)器將觸發(fā)電路的控制電壓進(jìn)行取反。圖5-3反相器反號(hào)器的輸入信號(hào)由與運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入，故輸出電壓為： 調(diào)節(jié)電位器rp1的滑動(dòng)觸電，改變r(jià)p1的阻值，使rp1+r3=r1，則 即輸入與輸出成倒像關(guān)系。故為反號(hào)器。5.3直流穩(wěn)壓電源 圖5-4 直流

46、穩(wěn)壓電源 由單相橋式整流器和三端穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電源，作為給定電源。（1） 電路的組成 電路經(jīng)變壓器變壓后的42v電壓經(jīng)單相橋式整流后向給定電路提供電源。將變壓器線圈分為兩部分，中間接地，以得到正、負(fù)電壓同時(shí)輸出。在電橋的兩端分別串入一對(duì)容量較大的電容、和一對(duì)容量較小的電容、，兩對(duì)電容的中間接地。 在正電壓輸出端串入三端穩(wěn)壓器lm117，在負(fù)電壓輸出端串入lm137.分別穩(wěn)定+15v、-15v電壓的輸出。 為了保證電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的電阻，同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線電阻上產(chǎn)生誤差電壓。（2） 電路的工作原理給定電路的電源由單向不可控整流后的電源提供。電源電壓晶變壓器變壓后的輸出電壓是42v，變壓器線圈繞組的中間接地，見(jiàn)變壓器分為兩個(gè)同時(shí)輸出21v的副邊電壓。電流經(jīng)不可控整流后，直接向穩(wěn)壓器提供穩(wěn)壓電源。21v的電流經(jīng)整流橋后，輸入穩(wěn)壓器的電壓大約為 這樣穩(wěn)壓器lm117的輸出電壓為+15v，lm137輸出固定電壓15v。整流后輸出電壓的電流為正弦波形電流，在整流橋的兩端并入電容、后，可將正弦波電流變?yōu)檩敵鲭娏鞔笮』竞愣ǖ碾娏髟?，有利于穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓與給定電路的穩(wěn)定輸出。穩(wěn)壓器的輸入端并入電容、用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激震蕩，接線不長(zhǎng)時(shí)也可不用。輸出端并入電容、是為了瞬時(shí)增減電流時(shí)不至