晶閘管雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).教學(xué)教材

1、精品文檔電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：自動(dòng) 1102姓名：張晨學(xué)號(hào)： 111401217指導(dǎo)老師：謝 勇?lián)P州大學(xué)信息工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)部2014 年 12 月 29 日至 2015 年 1 月 4 日精品文檔目錄一 課程設(shè)計(jì)目的和意義（）二 技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求（）2.1. 技術(shù)數(shù)據(jù)2.2. 設(shè)計(jì)要求三 系統(tǒng)方案選擇（）四 電路的設(shè)計(jì)（）4.1. 主電路設(shè)計(jì)（）4.2. 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)（）4.3. 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)（）4.4. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)（）五 系統(tǒng)電路圖及電路工作原理（）六 系統(tǒng)仿真模型（）6.1. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真電路圖（）6.2. 斷開速度環(huán)后系統(tǒng)的仿真波形（）七心得體會(huì)（）八

2、參考書目（）一 課程設(shè)計(jì)目的和意義1. 熟悉自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容以及設(shè)計(jì)程序的要求，掌握工程設(shè)計(jì)的方法。2. 掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)3學(xué)會(huì)收集、分析、運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)4通過對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試, 培養(yǎng)獨(dú)立工作能力、分析問題解決問題的能力。5. 培養(yǎng)編制技術(shù)總結(jié)報(bào)告的能力。二 技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求5.1. 技術(shù)數(shù)據(jù)直 流 電 動(dòng) 機(jī) 額 定 參 數(shù) 為 ： Unom=220V, Inom=100A, Nnom=1470r/min,Ra=0.26 Q, GD =16N.m 2,入二1.5,勵(lì)磁電壓 Uf=220V , 勵(lì)磁電流If=1.5A。給定電壓最

3、大值為10V。晶閘管整流裝置：Ks=30。系統(tǒng)主 電路 R 0.6。5.2. 技術(shù)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（DR 10 ）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sO.03）3 .動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 8 nV0% ,電流超調(diào)量8 i 5% , 動(dòng)態(tài)速降A(chǔ) nw-10%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)置有過電壓、過電流等保護(hù)6. 分析當(dāng)速度環(huán)斷開后系統(tǒng)工作情況5.3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容1 根據(jù)題目的技術(shù)要求，確定調(diào)速系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。2 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件

4、的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等）3 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，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求4 分析當(dāng)速度環(huán)斷開后系統(tǒng)工作情況5 對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真6. 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。三 系統(tǒng)方案選擇在直流電機(jī)調(diào)速中主要有單閉環(huán)、雙閉環(huán)的兩種方案，單閉環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI 調(diào)節(jié)器可以在保證系統(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，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。是因?yàn)?/p>

5、在單閉環(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)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，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。根據(jù)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程，起動(dòng)電流達(dá)到最大值后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)， 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長(zhǎng)。理想起動(dòng)過程的起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲精品文檔得的最快的起動(dòng)過程。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)， 關(guān)鍵是要獲得一段使 電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋

6、就 可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。所以起動(dòng)過程，采用電流負(fù)反饋，而在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)只采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋， 這就是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)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，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱用級(jí)）聯(lián)接，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)比單閉環(huán) 系統(tǒng)有更好的動(dòng)靜態(tài)性能。1所示。圖1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由于本課題既要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜態(tài)，又有較高的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，因而選用雙 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的方框圖如圖TA-電流互感器ACR-電流調(diào)節(jié)器TG-測(cè)速發(fā)電機(jī)ASR

7、-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器UPE-電力電子變換器Un* -轉(zhuǎn)速給定電壓 Un -轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*-電流給定電壓Ui-電流反饋電壓四電路的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)原則（先內(nèi)環(huán)后外環(huán)），應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流內(nèi)環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中的一個(gè)環(huán)節(jié)， 再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。在設(shè)計(jì)的過程中需對(duì)電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行近似處理和結(jié)構(gòu)化簡(jiǎn)， 從而確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以利于后續(xù)4.1、 主電路設(shè)計(jì)4.1.1 設(shè)計(jì)思路本設(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，三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，具輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該 電路組成的

8、調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近 50）。把該電路（如圖3所示）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。 通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角 a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 的供電電壓。由改變電樞電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式n=（ Ud/Ce）-（Ro+Ra）T/ CeCT/（1）式中：Ud整流電壓，Ro整流裝置內(nèi)阻，由式（1）可知，改變Ud,即可改變轉(zhuǎn)速n。m YI3 VT5,K «VT4 VIS VT2圖3三相全控橋整流電路4.1.2 、整流變壓器容量計(jì)算1、變壓器次級(jí)電壓為了保證負(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

9、，品閘管交流側(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。影響U2值的因素有：(1 ) U2值的大小首先要保 證滿足負(fù)載所需求的最大直流值 Ud； (2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件， 導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用 Ut表示；(3)變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降；(4)平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)就要產(chǎn)生一定的電壓降；(5)電樞電阻的壓降。綜合以上因素得到的U2精確表達(dá)式為：1 I d maxud 1 (rd rp) . rdnuTI dU2 -%A eb C u Jmax100 Id上式為變壓器二次側(cè)相電壓 U2的較精確表達(dá)式，在要求不太

10、精確的情況下，變壓器二次側(cè)相電壓U2可由簡(jiǎn)化式確定。U 2 (1.2 1.5)uD(2)A式中Ud是電動(dòng)機(jī)的額定電壓；系數(shù) A 可由參考資料1中的表6-1查得U2A=2.34 。計(jì)算得：U2 在 112.8 141 之間，取 U2=120V。2、次級(jí)電流I2和變壓器容量I2=KI2 d , KI2為各種接線形式時(shí)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)KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故12=0.816 X50=122.4A變壓器變比 K=U 1/U 2=380/120=3.2 ;取 K=3。同樣，由參1表6-1查得變壓器二次和一次繞組的相數(shù) m2=3, m1

11、=3所以二次容量 S2 m2U2I 2 3*120*122.4 44kW一次容量Si= m 1* Ui* Ii =3*380*40.8=44KWS= (S1+S2) /2=44KW4.1.3 晶閘管參數(shù)計(jì)算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3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 60度。在一個(gè)周期內(nèi)6個(gè)品閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 , 6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60度。為了構(gòu)成一個(gè)完整的電流回路，要求有兩個(gè)品閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中 一個(gè)在共陽(yáng)極組，另外一

12、個(gè)在共陰極組。品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,考慮到電電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，即按下式選取Utn= (23) Um,式中系數(shù)23的取值應(yīng)視運(yùn)行條件，元件質(zhì)量和對(duì)可 靠性的要求程度而定。對(duì)于本設(shè)計(jì)，Um=v6 U2,故計(jì)算的晶閘管額定電壓為Utn= (23) VU U2= (23 ) X 294=588 882V,取 1000V為使品閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來(lái)計(jì)算其電流額定 值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值?？砂聪率接?jì)算：It (av) =(1.52)K fb Imax ,式中計(jì)算系數(shù)

13、Kfb=Kf/1.57Kb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) a =G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It (av) =(1.52)K fblMAx=(1.5 2) X 0.368100(X 1.5)=82.8 110.4A ,取 100A.4.1.4 電抗器電感量計(jì)算由于電動(dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量 時(shí)，要從根據(jù)等效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種電感量。使輸出電流連續(xù)的臨界電感量的計(jì)算公式：d min式中U2為晶閘管裝置交流側(cè)的電流相電壓有效值，Id min為要求連續(xù)的最

14、小負(fù)載電流平均值，K l為與整流主電流形式有關(guān)的系數(shù)，查參考資料 1中的表6-6 中的序號(hào)2。L1 0.6931205% 10016.6mH精品文檔精品文檔但在電機(jī)回路中包括電機(jī)電感和變壓器每相的漏感，實(shí)際外加電感比(4)式要求的小。電機(jī)電感公式如下:LDKdUd2PnId103(5)精品文檔式中Ud和Id為電動(dòng)機(jī)的額定電壓和額定電流，n和p為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和磁極對(duì)數(shù)，Kd為計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī) Kd=8212 , Ld-為單位為mH很明顯N nom =1470r/min 時(shí)，p=2LD8 220 103 2.99mH2 2 1470 100(6)折合到變壓器二次每相的漏感Lb計(jì)算公

15、式Uk% UzLb K b1001d(7)晶閘管裝置交流側(cè)的電流相電壓有效值Id 晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流uk% 變壓器的短路比，按參1中的E6-1計(jì)算Kb 與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，查參1表6-6中的序號(hào)3Lb 單位為mH5120Lb 3.90.234mH100 100(8)與負(fù)載串聯(lián)的限制電流脈動(dòng)的實(shí)際臨界電感量LlaLl (Ld 2Lb)(9)4.2、 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)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KJ041集成觸發(fā)電路。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關(guān)封鎖等功能。KJ041實(shí)用

16、電路如圖4所示，移相觸發(fā)器輸 出脈沖加到該器件的16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)的電子開關(guān)斷開，各路輸出觸發(fā)脈沖。采用KJ041集成觸發(fā)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, y5-11聯(lián)結(jié)。這時(shí),同步電壓選取的結(jié)果見表-15Vh13RPC口10 1C（1 6腳為6路單脈沖輸入）1111T 廿一13_UsaR1+ 15V.14CR17C8RP 2“RP R4-cz z rC15RP2=r!40KR21dRPR11 C9 R124KKJ041（

17、1510腳為6路雙脈沖輸出）S2a至VT 1666至VT 2至VT 3至VT 4oo至VT 5至VT 6圖4觸發(fā)電路表一各晶閘管的同步電壓晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+Ua-Ucb+U-Ua+Uc-Ub同步電壓-Usa+Uscb-Us+Usa-Usc+Usb4.3、 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)4.3.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)is 1Wacr(s尸Ki一 is根據(jù)設(shè)計(jì)要求 £05%,而且Tl/Tj 0.0277s/0.0037s 7.5p10,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)節(jié)器選擇PI型，其傳遞函數(shù)如下:1、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms ,為了基本濾平

18、波頭應(yīng)有（12 ）Toi=3.33ms,因止匕取 Toi=0.002s,查參2中表1-2得，三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts=0.0017s , Tb=T s+Toi=0.0037s ,其他參數(shù)如下:R 0.6CeUt 謂00 °.067Cm9.55CeeGD2R375CeCmU nomnRaInam220 0.26 100a nam 0.132V ?min/ rnom1470GD2R375CeCmGD2R16*0.677 0.154s375*9.55*0.132 2 375*9.55*0.132 2LLL1 16.6mH T 1' R316.6*100.0277s0.6電流

19、調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù):i =T10.0277 s電流環(huán)開環(huán)增益：要求 8<5%時(shí)，按參2表2-2 ,應(yīng)取KiT 12=0.5KiiR0.0277*0.61.122* T i Ks2*0.0037*0.067*302.校核驗(yàn)近似條件:電流環(huán)截止頻率：WCiKi0.50.5T i 0.00371135.1s 1(1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件3rs3 0.0017s1196.1swci滿足近似條件(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0.154 0.027745.9 Wci滿足近似條件(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件180.8s1 1 11 '13 TsT°i3

20、 0.0017s 0.002s滿足近似條件滿足要求按照以上參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：6 i%=4.3%<5%4.3.2 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)J0_ 0.0068 nnom1470按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5 ;根據(jù)所測(cè)測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s ；電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2T i 0.0074s；由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型?型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為WASR(S)Kpn1 KJ1 nsKinSnS1、速度調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算TnKi0.01 0.0174sh*T n h*(2* Ti Ton)

21、5*(2*0.00370.01) 0.087sKn(h 1) CeTm2h RTn(51)*0.067*0.132*0.15411.52*550.0068*0.6*0.0174Knn 0.087Kn 11.50.00762、校核驗(yàn)近似條件:轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為WcnKn K h 1K N n 22皿2h2T2 n6 -122 0.087 34.5s 152 0.01742(1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為15r11-1s 54.05s5 0.0037Wcn滿足簡(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138.7s 1 Wcn cn滿足簡(jiǎn)化條件3、校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量Cn%（Tx%）g2（C- h=5 時(shí)

22、, 學(xué)% 81.2%CbI dnom R 100 0.6 /nnom-no-r / min454.5r / min ,因此C eU.I32n%454.5 U.U174 (81.2%) 2 1.5 g 8.51%p 10% 1470 0.154滿足設(shè)計(jì)要求4.4、 保護(hù)電路設(shè)計(jì)1、過電流保在電路中用接的器件是快速熔斷器，這是一種最簡(jiǎn)單有效而應(yīng)用最普遍的過電流保護(hù)元件，具斷流時(shí)間一般小于10ms ,熔斷器與每一相串聯(lián)，可靠的保護(hù)品 閘管元件。圖5過流保護(hù)熔體額定電流Ikr的選取IKR 1.571Ta,可以取I kr=170A,額定電壓選500伏。2、過壓保護(hù)(1)交流側(cè)過壓保護(hù)如圖6所示，用三組阻

23、容(R1C1)串聯(lián)構(gòu)成的Y鏈接，電阻電容計(jì)算如下：Cl 6io%SMHuF),耐壓為 Uci 1.5伍28)U2Ri 2.3U-匹%(),電阻功率：% (3-4)Ic2R(W),其中 Stm io%Ic 2 fG、,3U2 10 6(A)上面公式中，Stm為變壓器每相平均計(jì)算容量(VA) , U2為變壓器二次相電壓有效值(V) , io%為勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，當(dāng)Stm小于幾百伏安時(shí)io%為10,當(dāng)Stm 大于一千伏安時(shí)io%為3到5。Uk%為變壓器的短路比，當(dāng)變壓器容量在 10至 1000KVA 時(shí)，Uk%在 5 到 10。Stm =44/3=14.7KVACi 6i0%ST(uF)=6 4 14

24、.7 1000/1202 24.5(uF) , Ci 取 25 微法。U2電容器的耐壓 Uci>1.5*1.414*120=254.52(V),取 500V。Ri120214.7 1034=2.5()Ic 2 fC1.3U2 106(A)=314 253 120 10 6=1.63A電阻的功率 PRi(3-4)1.632 2.5= (20-26.5)(W)可選用2.5歐姆50瓦功率電阻-cR1 1 c RitT-J- TLS?1T3"5圖6過壓保護(hù)(2)晶閘管換相過電壓保護(hù)這種保護(hù)可用RC與晶閘管并聯(lián)如圖6中所示，由參考資料1中 表6-4查得：R=10 , C=0.5 F。五

25、系統(tǒng)電路圖及電路工作原理為了獲得良好的靜、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限制了電力電子電換器的最大輸出電壓 Udm。系統(tǒng)組成的原理框圖如下：LM精品文檔圖 7 系統(tǒng)電路原理圖ASR一轉(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一電力電子變換器，Un*轉(zhuǎn)速給定電壓，Un轉(zhuǎn)速反饋電壓，Ui* 電流給定電壓，Ui 電流反饋電壓電路工作原理：雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流分別是由兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)器來(lái)控制，

26、且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞的電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用是輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動(dòng)機(jī)電流增加，從而使電動(dòng)機(jī)獲得加速轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出減小，即電流給定減小，并通過電流調(diào)節(jié)是電流下降，電動(dòng)機(jī)將會(huì)因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩下降而減速，在當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達(dá)到限幅值時(shí)，電流環(huán)即以最大電流I dm 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的加速，是電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間最短，在可逆調(diào)速系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的快速制動(dòng)。在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，由于晶閘管整流器不能通過反向電流，因此不能產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng)。

27、六 系統(tǒng)仿真6.1. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真電路圖在 MATLAB 的 simulink 中搭建雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖8 所示，模型由晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)組成的主回路和轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)器組成的控制回路兩部分組成。其中的主電路部分、交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用POWER SYSTEM 模型庫(kù)中的模塊；控制回路主體是轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器以及反饋濾波環(huán)節(jié)。模型中轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋均取自電動(dòng)機(jī)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)速和電流輸出端，電流調(diào)節(jié)器的輸出端接移相特性模塊shifter 的輸入端，而電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅就決定了控制角的范圍。圖 9 至圖 12 分別為圖8 的仿真結(jié)果，其中圖

28、 9 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線，圖 10 為電動(dòng)機(jī)電樞電流波形，圖11 的上圖為速度環(huán)調(diào)節(jié)器限幅輸出，圖11 的下圖為速度環(huán)誤差信號(hào)波形，圖12 的上圖為電流環(huán)調(diào)節(jié)器限幅輸出，圖12 的下圖為電流環(huán)誤差信號(hào)。從轉(zhuǎn)速和電流波形可以看到，在啟動(dòng)階段電動(dòng)機(jī)以恒流啟動(dòng)，大約在 1.4 秒時(shí)啟動(dòng)結(jié)束，電樞電流下降到零，轉(zhuǎn)速上升到1500r/min 。盡管轉(zhuǎn)速已經(jīng)超調(diào)，電流給定已經(jīng)變負(fù)，但是本系統(tǒng)為不可逆調(diào)速系統(tǒng)晶閘管整流裝置不能產(chǎn)生反向電流，這時(shí)電樞電流為零，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也為零（如圖13所示） ，沒有反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又因?yàn)槭窃诶硐肟蛰d啟動(dòng)狀態(tài)，所以電動(dòng)機(jī)保持在最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)。在2.5 秒時(shí)加上負(fù)載（圖8 中 Ramp 框圖，斜率為100/s ，限幅在 140 ） ， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，ASR 開始退飽和，電流環(huán)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，經(jīng)過 1.4秒電動(dòng)機(jī)開始穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速上。6.2. 斷開速度環(huán)后的調(diào)速系統(tǒng)仿真在圖 8 的仿真模型圖中，用一個(gè)開關(guān)串在速度反饋通道中，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)系統(tǒng)為速度、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)系統(tǒng)處于速度開環(huán)而電流閉環(huán)的情況，這可以研究速度開環(huán)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，圖14 為速度環(huán)斷開后的系統(tǒng)仿真圖。圖 15 、圖 16 表示仿真停止時(shí)間為12 秒時(shí)的速度環(huán)斷環(huán)后的波形，速度環(huán)在 4.5 秒斷環(huán)后，電流環(huán)給定為最大，由于電