V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題 目： V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)1105 姓 名： 馬東興 學(xué) 號(hào)： 201123910826 指導(dǎo)教師： 鄭維 評(píng)閱意見(jiàn)： 指導(dǎo)老師簽名： 日期： 2014年 月 日 目 錄摘要專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘 要電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它被廣泛地應(yīng)用于一般生產(chǎn)機(jī)械需要?jiǎng)恿Φ膱?chǎng)合，也被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械等需要高性能電氣傳動(dòng)的設(shè)備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等。直流電動(dòng)機(jī)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)域中得到應(yīng)用。晶閘管問(wèn)世后，生產(chǎn)

2、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(chēng)V-M系統(tǒng)），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。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)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)。本設(shè)計(jì)報(bào)告首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，重在對(duì)電路各元件參數(shù)的計(jì)算和器件的選型，包括整流變壓器、整流元件、平波電抗器、保護(hù)電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。最后給出參考資料和設(shè)計(jì)體會(huì)。關(guān)鍵字：直流調(diào)速  晶閘管  雙閉環(huán) 第一章系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1技術(shù)

3、要求：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（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 2系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率s2） 3動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量n8%，電流超調(diào)量i5%，動(dòng)態(tài)速降n8-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts1s 4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)5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1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫(huà)出系統(tǒng)組成的原理框圖 2調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括有變壓器、電力電子器件、

4、平波電抗器與保護(hù)電路等） 3驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)（模擬觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、數(shù)字觸發(fā)器電路均可） 4動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，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V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖） 6整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)1.3技術(shù)數(shù)據(jù)： 某三相橋式晶閘管整流裝置：Rrec=0.032歐，；負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：,，歐，。系統(tǒng)主電路：歐，。第二章  主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成2.1 整體設(shè)計(jì)直流電

5、機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流380V電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。如圖2.1設(shè)計(jì)的總框架。三相交流電源三相橋式整流電路直流電動(dòng)機(jī)整流供電雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī)驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路圖1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架本設(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)延遲角的大小來(lái)控制輸出電壓的大小，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: 注解：整流電壓 ,為整流裝置內(nèi)阻由此可知，改變，可改變轉(zhuǎn)速n。22 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定

6、主電路的確定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。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，電路中加入了過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)裝置。主電路圖如下：圖2 主電路原理圖  第三章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算 3.1  整流變壓器容量計(jì)算3.1.1 變流變壓器

7、二次相電壓有效值的計(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，所以需要用變流變壓器。通過(guò)此變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置與電網(wǎng)隔離，減少了電網(wǎng)與晶閘管變流裝置的互相干擾，為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線(xiàn)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U2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U2。精確計(jì)算U2要考慮一下因素：1) 不同主電路接線(xiàn)方式和負(fù)載性質(zhì)。2) 電網(wǎng)電壓波動(dòng)。3) 變壓器的漏抗。4) 最大過(guò)載電流時(shí)，包括電動(dòng)機(jī)電阻等的壓降。綜合以上因素得到的精確表達(dá)式為： 其中 A=2.34B=C=0.5A表示當(dāng)控制角時(shí)，整流電

8、壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比；B表示控制角為時(shí)，整流電壓平均值之比C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)；為變壓器短路百分比，100千伏一下取值為5%，1001000KV，取值為5%10%為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，通常取1。=361.9所以U2取362V表1 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0.90.90.91.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.2893.1.2  變流變壓器容量的計(jì)算： （ KI2為各種接線(xiàn)形式時(shí)

9、變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比，對(duì)于本設(shè)計(jì)取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗。）所以， 所以，型號(hào)為SCB10-30KVA3.2  晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算3.2.1  晶閘管額定電壓UTN    晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓Um，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)，即按下式選取，對(duì)于本設(shè)計(jì)，所以故計(jì)算的晶閘管額定電壓為取900V3.2.2  晶閘管額定電流IT（AV）   為使晶閘管元件不因過(guò)熱而損壞，需要按電流的有效值來(lái)計(jì)算其電流額

10、定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電流的最大有效值?？砂聪率接?jì)算：式中計(jì)算系數(shù)由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb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Kfb=0.368故計(jì)算的晶閘管額定電流為型號(hào)為MTC200A1000V3.3  直流側(cè)電抗器的設(shè)計(jì)    直流側(cè)電抗器的主要作用為限制直流電流脈動(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。3.3.1限制輸出電流脈動(dòng)的電感量的計(jì)算電流脈動(dòng)系數(shù)取5%20%，這里取10%。電壓脈動(dòng)系數(shù)，三相全控橋?yàn)?.46。輸出電流的基波頻率，三相全控的

11、取300。3.3.2 整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算變壓器次級(jí)相電壓有效值晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù),三相全控橋?yàn)?.9-計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī)K=812對(duì)于本設(shè)計(jì)，KB=3.9，U，則=3.9*362*5/(100*220)=0.32mH3.3.4 電動(dòng)機(jī)電樞電感量則=3.3.3 變流器在最小輸出電流時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L按下式計(jì)算K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693則=0.693*362/3.3.4  使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L平 3.4   保護(hù)電

12、路的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)：交流側(cè)過(guò)電壓的保護(hù) 圖3二次側(cè)過(guò)電壓壓敏保護(hù)電路（1） 壓敏電阻的額定電壓的選擇可按下式:=1179.33型號(hào)為CBB81-40F/1250V表2 不同聯(lián)結(jié)時(shí)的Ke值變壓器聯(lián)接型式電容器三角形聯(lián)結(jié)Ke值電容器星型聯(lián)結(jié)Ke值Y/Y,初級(jí)中點(diǎn)不接地150450Y/, 初級(jí)中點(diǎn)不接地300900所有其他接法9002700直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)整流器直流側(cè)在快速開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或橋臂快速熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生過(guò)電壓，可以用非線(xiàn)性元?dú)饧种七^(guò)電壓，本設(shè)計(jì)壓敏電阻設(shè)計(jì)來(lái)解決過(guò)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(guò)電壓能力強(qiáng)，除此之外，它

13、對(duì)沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖3.2所示。 U圖4 壓敏電阻保護(hù)電路 晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)晶閘管對(duì)過(guò)電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過(guò)其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時(shí)，就會(huì)誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過(guò)其反向重復(fù)峰值電壓一定值時(shí)，晶閘管將會(huì)立即損壞。因此，必須研究過(guò)電壓的產(chǎn)生原因及抑制過(guò)電壓的方法。過(guò)電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來(lái)不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來(lái)積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的。本設(shè)計(jì)采用如右圖3.3阻容吸收回路來(lái)抑制過(guò)電壓。圖5 阻容吸收回路通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式：    

14、;                                 3.4.2 過(guò)電流保護(hù)             269A &#

15、160;  變壓器 一次側(cè)保護(hù) 圖6 一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)電路 熔斷器保護(hù) 型號(hào)為RSO-400A晶閘管保護(hù) 晶閘管不僅有過(guò)電壓保護(hù)，還需要過(guò)電流保護(hù)。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類(lèi)高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中流過(guò)的大于額定值的電流時(shí)，熱量來(lái)不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。晶閘管過(guò)電流保護(hù)方法中最常用的是快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔摄y質(zhì)熔絲埋于石英砂內(nèi)，熔斷時(shí)間極短，可以用來(lái)保護(hù)晶閘管。 圖7 晶閘管過(guò)電流保護(hù)   型號(hào)為RSO-300A第四章 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1）

16、計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)： 平均失控時(shí)間： 時(shí)間常數(shù) ACR比例系數(shù)： 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2）校驗(yàn)近似條件： 校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件，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，電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件都滿(mǎn)足。3）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為 取63 取1.6uF 取0.2uF 第五章   轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) （1）確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：已取，則=2×0.0037=0.0074s。2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取=0.01s。 3）按小時(shí)間近似處理, 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間小時(shí)

17、間常數(shù)?。海?）計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)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)為因?yàn)?可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益:求ASR的比例系數(shù)為（3） 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：=63.7 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 =38.7 滿(mǎn)足近似條件（4）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-4所示，取=40K，則 =0.06uF 取0.1uF=1uF 取1uF 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（5）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量理想空載啟動(dòng)時(shí)設(shè)z=0，已知數(shù)據(jù)：，歐，=220A，=1800r/min,Ce=0.234V.min/r,Tm=0.1s,=0.0174s。當(dāng)h=5時(shí)，由表3-3可知=81.2%，那么能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降條件為，所以條件滿(mǎn)足。n=5時(shí)，查附表得h=5 查表得調(diào)節(jié)時(shí)間所以