電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)--v-m雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　題 目: V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p><b>　　1．技術(shù)數(shù)據(jù)： </b></p><p>　　晶閘管整流裝置：Rrec=0.032，Ks=45-48。負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN=90KW，UN=440V，IN=220A，nN

2、=1800r/min，Ra=0.088，λ=1.5。系統(tǒng)主電路：R∑=0.12，Tm=0.1s</p><p><b>　　2．技術(shù)指標(biāo) </b></p><p>　　穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差（靜差率s≤2, 調(diào)速范圍 D≥10 ） </p><p>　　動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量：≤5%，起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的超調(diào)量：≤8%，（按退飽和方式計(jì)算）</p

3、><p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p><b>　　1．技術(shù)要求： </b></p><p>　　(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（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。 </p><p>　　(2) 系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率s≤2） </p>

4、<p>　　(3) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量＜8%，電流超調(diào)量＜5%，動(dòng)態(tài)速降Δn≤8-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤1s。</p><p>　　(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)。</p><p>　　(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。</p><p><b>　　2．設(shè)計(jì)內(nèi)容：&

5、lt;/b></p><p>　　(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，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。</p><p>　　(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、平波電抗器與保護(hù)電路等）。</p><p>　　(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AC

6、R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。</p><p>　　(4) 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）。 </p><p>　　(5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p&

7、gt;　　課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周半，共分為三個(gè)階段：</p><p>　　復(fù)習(xí)有關(guān)知識(shí)，查閱有關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案。約占總時(shí)間的20%</p><p>　　根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)要求，完成設(shè)計(jì)計(jì)算。約占總時(shí)間的40%</p><p>　　完成設(shè)計(jì)和文檔整理。約占總時(shí)間的40%</p><p><b>　　目 錄</b><

8、/p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)任務(wù)2</b></p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和主電路設(shè)計(jì)3</p>

9、<p>　　2.1 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成3</p><p>　　2.2 主電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2.1 整流裝置的選擇4</p><p>　　2.2.2 加入整流變壓器和平波電抗器的必要性4</p><p>　　2.2.3 三相橋式全控整流主電路5</p><p>　　3

10、主電路的元件參數(shù)計(jì)算6</p><p>　　3.1 整流變壓器參數(shù)計(jì)算6</p><p>　　3.1.1 次級(jí)電壓U2的計(jì)算 6</p><p>　　3.1.2 次級(jí)電流I2及變壓器容量的計(jì)算7</p><p>　　3.2 晶閘管參數(shù)計(jì)算7</p><p>　　3.2.1 晶閘管額定電壓UTN7</p

11、><p>　　3.2.2 晶閘管額定電流ITN7</p><p>　　3.3 平波電抗器參數(shù)計(jì)算7</p><p>　　3.3.1 電樞電感LM的計(jì)算8</p><p>　　3.3.2 整流變壓器漏電感LB的計(jì)算8</p><p>　　3.3.3 最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)保證電流連續(xù)所需的主回路</p>

12、;<p><b>　　電感量L的計(jì)算8</b></p><p>　　3.3.4 保證電流連續(xù)的臨界電感量Ldcr8</p><p>　　4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)及其元件參數(shù)的計(jì)算9</p><p>　　4.1 過(guò)電壓保護(hù)9</p><p>　　4.1.1 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)9</p><

13、;p>　　4.1.2 關(guān)斷緩沖電路9</p><p>　　4.1.3 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)9</p><p>　　4.2 短路過(guò)電流保護(hù)11</p><p>　　4.3 過(guò)電流保護(hù)12</p><p>　　5 檢測(cè)電路、調(diào)節(jié)器與驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)13</p

14、><p>　　5.2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.3 驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)14</p><p>　　6 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)16</p><p>　　6.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)16</p><p>　　6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)17</p><p>　　6.3 驗(yàn)證動(dòng)態(tài)指標(biāo)18</p

15、><p>　　7 基于simulink的系統(tǒng)仿真19</p><p><b>　　8 結(jié)束語(yǔ)21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p>　　附錄 電氣原理總圖22</p><p>　　本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表</p>&l

16、t;p><b>　　摘要</b></p><p>　　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)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。</

17、p><p>　　本文首先明確了設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，在了解了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理后依次對(duì)主電路，保護(hù)電路，檢測(cè)電路和觸發(fā)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且計(jì)算了相關(guān)參數(shù)。在達(dá)到穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)后，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)完畢后，還用matlab進(jìn)行了仿真。</p><p>　　最后給出了這次設(shè)計(jì)的心得體會(huì)和系統(tǒng)的電氣總圖。</p><p>&

18、lt;b>　　1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　根據(jù)題目所給的技術(shù)數(shù)據(jù)和指標(biāo)設(shè)計(jì)V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　1．技術(shù)要

19、求： </b></p><p>　　(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（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率s≤2）。 </p><p>　　(3) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量＜8%，電流超調(diào)量＜5%，動(dòng)態(tài)速降Δn≤8-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間

20、（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤1s。</p><p>　　(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)。</p><p>　　(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。</p><p><b>　　2．設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　(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)

21、速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。</p><p>　　(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、平波電抗器與保護(hù)電路等）。</p><p>　　(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。 </p><p>　　(

22、4) 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）。 </p><p>　　(5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。</p><p>　　2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓U

23、c就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，采用開環(huán)系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速。但是，對(duì)靜差率有較高要求時(shí)，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時(shí)就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)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。這時(shí)就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。</

24、p><p>　　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。二者之間實(shí)行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。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><p>　　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

25、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。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR—電流調(diào)節(jié)器，TG—測(cè)速發(fā)電

26、機(jī)TA—電流互感器，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。 </p><p><b>　　2.2 主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.2.1 整流裝置的選擇</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的可調(diào)整流裝置供電。晶閘管相控整流電路有單相，三相，全控，半控等，調(diào)速系

27、統(tǒng)一般采用三相橋式全控整流電路。本設(shè)計(jì)中直流電動(dòng)機(jī)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а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的電源電壓。</p><p>　　三相橋式全控整流電路原理圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 三相橋式全控整流電路原理圖</p><p>　　三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)是：每個(gè)時(shí)刻均

28、需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個(gè)晶閘管是共陰極組的，一個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同一相的晶閘管。對(duì)觸發(fā)脈沖也有一定的要求，6個(gè)晶閘管的脈沖按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的順序，相位依次差60°，共陰極組的VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽(yáng)極組VT4，、VT6、VT2也依次差120°，同一相的上下兩個(gè)橋臂脈沖相差180°。</p>&l

29、t;p>　　2.2.2 加入整流變壓器和平波電抗器的必要性</p><p>　　晶閘管變流設(shè)備一般都是通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接的,因此其工作頻率為工頻初級(jí)電壓即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過(guò)變壓器的耦合,晶閘管主電路可以得到一個(gè)合適的輸入電壓,使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離,還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分,減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時(shí),有時(shí)會(huì)采用自耦變壓器

30、;當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時(shí),也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接,不過(guò)要在輸入端串聯(lián)進(jìn)線電抗器以減少對(duì)電網(wǎng)的污染。此設(shè)計(jì)中在主電路前端需配置一個(gè)整流變壓器，以得到與負(fù)載匹配的電壓，同時(shí)把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾的作用。</p><p>　　當(dāng)晶閘管的控制角α增大，會(huì)造成負(fù)載電流斷續(xù)，當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速將抬高，機(jī)械特性變軟，負(fù)載電流變化很

31、小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。負(fù)載電流要維持導(dǎo)通，必須加平波電抗器來(lái)存儲(chǔ)較大的磁能。</p><p>　　2.2.3 三相橋式全控整流主電路及系統(tǒng)原理圖</p><p>　　三相橋式全控整流主電路如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 三相橋式全控整流主電路</p><p>　　在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成交流瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)及濾波，晶

32、閘管并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成關(guān)斷緩沖，快速熔斷器直接與晶閘管串聯(lián)，對(duì)晶閘管起過(guò)流保護(hù)作用。</p><p>　　3 主電路的元件參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1 整流變壓器參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1.1 次級(jí)電壓U2的計(jì)算</p><p>　　在進(jìn)行變壓器的計(jì)算之前,應(yīng)該確定負(fù)載要求的直流電壓和電流,確定變流設(shè)備的主電路接線形式和電網(wǎng)

33、電壓。先選擇其次級(jí)電壓有效值U2,U2數(shù)值的選擇不可過(guò)高和過(guò)低,如果U2過(guò)高會(huì)使得設(shè)備運(yùn)行中為保證輸出直流電壓符合要求而導(dǎo)致控制角過(guò)大,使功率因數(shù)變小。如果U2過(guò)低又會(huì)在運(yùn)行中出現(xiàn)當(dāng)α=αmin時(shí)仍然得不到負(fù)載要求的直流電壓的現(xiàn)象。通常次級(jí)電壓,初級(jí)和次級(jí)電流根據(jù)設(shè)備的容量,主接線結(jié)構(gòu)和工作方式來(lái)確定。由于有些主接線形式次級(jí)電流中含有直流成分,有的又不存在,所以變壓器容量的計(jì)算要根據(jù)具體情況來(lái)定。</p><p>

34、;　　影響U2值的因素有：</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　（3）變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降。</p><p>　?。?）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

35、一定的電壓降。</p><p>　?。?）電樞電阻的壓降。</p><p><b>　　U2精確表達(dá)式為</b></p><p>　　A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角α=0°時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。</p><p>　　B=Udα/Ud0，表示控制角為α?xí)r和α=00時(shí)整流電壓平均值之比。

36、</p><p>　　UK%—變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，100~1000千伏安的變壓器取UK%=5~8。</p><p>　　ε為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%~-10%，即ε=1.05~0.9</p><p>　　C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)。</p><p>　　nUT—表示主電路中電流經(jīng)

37、過(guò)幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降。</p><p>　　對(duì)容量為15~150KW的電動(dòng)機(jī)，通常ra=0.08~0.04</p><p>　　為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,通常公式中的控制角取300。</p><p>　　取ε=0.9,A=2.34,B=0=，C=0.5，UK%=5</p><p>　　因此取U2=

38、270V</p><p>　　3.1.2 次級(jí)電流I2及變壓器容量的計(jì)算</p><p>　　I2=KI2·Id , 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。</p><p>　　KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故I2=0.816×220=179.52A </p><p>　

39、　S=1/2（S1+S2）=m1U1I1=m2U2I2=3×270×179.52=145.41KVA</p><p>　　3.2 晶閘管參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.2.1 晶閘管額定電壓UTN</p><p>　　通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓，但是在選用時(shí)額定電壓要留有一定的裕量，一般取額定電壓為正常工作

40、時(shí)晶閘管所能承受的峰值電壓的2~3倍。</p><p>　　因?yàn)椴捎萌嗳貥蛩訳M=2.45U2，所以晶閘管的額定電壓為：</p><p>　　UTN=（2~3）2.45U2=（2~3）2.45×270=1323～1984.5V，取UTN=1500V。</p><p>　　3.2.2 晶閘管額定電流ITN</p><p>　　按

41、電流的有效值來(lái)計(jì)算電流額定值。IT(AV)= (1.5~2)，Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路形式而定，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)α=00時(shí)，三相全控橋電路Kfb=0.368，IT(AV)= (1.5~2)= (1.5~2) ×0.368×(220×1.5)= 182.16～242.88A，取ITN=220A。</p><p>　　3.3 平波電抗器參數(shù)

42、計(jì)算</p><p>　　3.3.1 電樞電感LM的計(jì)算</p><p>　　式中P—電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，KD—計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償電機(jī)：KD=8~12</p><p>　　P=2，取KD=10則</p><p>　　3.3.2 整流變壓器漏電感LB的計(jì)算</p><p>　　U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值,Id—晶閘管裝

43、置直流側(cè)的額定負(fù)載電流,KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　KB=3.9，=5則</p><p>　　3.3.3 最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)保證電流連續(xù)所需的主回路電感量L的計(jì)算</p><p>　　整流電路為三相橋式全控整流電路帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)在最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量有L=0.693U2/Idmin，L中包

44、括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感，Idmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%~10%。</p><p>　　3.3.4 保證電流連續(xù)的臨界電感量Ldcr</p><p>　　Ldcr= L-LM-2LB=17.01-2.78-2×0.24=13.75(mH)</p><p>　　4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)及其元件參數(shù)計(jì)算</p><p

45、><b>　　4.1過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p>　　4.1.1 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　當(dāng)直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，用壓敏電阻抑制過(guò)電壓或用單相VTS。此次設(shè)計(jì)中采用壓敏電阻，壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計(jì)算</p><p>　　，Ud0為晶閘管控制角=00時(shí)直流輸出電壓。保護(hù)措施如

46、圖4-1所示： </p><p>　　圖4-1 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　通常作為中小功率整流器操作過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA。</p><p>　　4.1.2 關(guān)斷緩沖電路</p><p>　　關(guān)斷緩沖電路如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 關(guān)斷緩沖電路</

47、p><p>　　關(guān)斷緩沖電路即晶閘管換相保護(hù)電路。R、C值根據(jù)工程手冊(cè)選取，此設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為220A，故C可取0.3,R可取20。 </p><p>　　4.1.3 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>

48、;　　在變壓器次級(jí)并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場(chǎng)能而存儲(chǔ)起來(lái)，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的震蕩。</p><p>　　采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結(jié)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù)</p><p><b>　　電容C的耐壓 </b>&

49、lt;/p><p><b>　　電阻R的功率為：</b></p><p>　　式中 ST—變壓器每相平均計(jì)算容量（VA），U2—變壓器次級(jí)相電壓有效值（V），—?jiǎng)?lì)磁電流百分比，當(dāng)ST≤幾百伏安時(shí)=10，當(dāng)ST≥1000伏安時(shí)=3~5。UK%—變壓器的短路電壓百分比。IC,UC—當(dāng)R正常工作時(shí)電流電壓的有效值。 </p><p>　　UK%=5，=5

50、，ST=145.41/3=48.47KVA</p><p><b>　　(1)電容的計(jì)算</b></p><p><b>　　,取7</b></p><p><b>　　,取1000V</b></p><p>　　選擇C=7μF，耐壓1000V的電容。</p>&

51、lt;p><b>　　(2)電阻值的計(jì)算</b></p><p><b>　　取R=15</b></p><p>　　RC支路電流IC近似為：</p><p><b>　　電阻R的功率為 </b></p><p>　　4.2 短路過(guò)電流保護(hù)</p><

52、p>　　常用的短路過(guò)電流保護(hù)器件為快速熔斷器。</p><p><b>　　選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：</b></p><p>　　(1)電壓等級(jí)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓確定。</p><p>　　(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。</p><p>　　(3)快熔的I2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允

53、許I2t值。</p><p>　　(4)為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)采用快熔作為短路過(guò)電流保護(hù)的裝置，如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 短路過(guò)電流保護(hù)</p><p>　　熔斷器的參數(shù)按照以下原則選取：</p><p>　　額定電壓URN：

54、 ，—為可控硅元件的電壓計(jì)算系數(shù)，取=2.45</p><p>　　額定電流：，—電流裕度系數(shù)，取=1.1~1.5，—環(huán)境溫度系數(shù)，取=1~1.2，—實(shí)際流過(guò)快熔的電流有效值。</p><p>　　因U2=270V，取URN=500V， </p><p>　　， 取=250A。 根據(jù)算出的額定參數(shù)可選擇</p><p><

55、b>　　相應(yīng)的快熔。</b></p><p><b>　　4.3 過(guò)電流保護(hù)</b></p><p>　　對(duì)于頻繁操作的電動(dòng)機(jī)，通常用電磁式過(guò)流繼電器做短路保護(hù)。</p><p><b>　　如何選擇繼電器：</b></p><p>　　根據(jù)電流種類，選擇繼電器形式。</p&

56、gt;<p>　　繼電器額定電流大于或等于電動(dòng)機(jī)的額定電流。</p><p>　　繼電器動(dòng)作電流的整定值=，式中為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的最大值。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　5 檢測(cè)電路、調(diào)節(jié)器與驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p>&l

57、t;p>　　電流反饋環(huán)節(jié)由霍爾元件及運(yùn)算放大器組成， 用以檢測(cè)可控硅直流側(cè)的電流信號(hào)，以獲得與電流成正比的直流電壓信號(hào)和過(guò)流信號(hào)。速度反饋環(huán)節(jié)把測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的電壓變換為適合控制系統(tǒng)的電壓信號(hào)。檢測(cè)電路原理圖如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 檢測(cè)電路原理圖</p><p>　　5.2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，電

58、流調(diào)節(jié)器與電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)相同，都是PI調(diào)節(jié)器。含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)節(jié)器的原理圖如圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2 含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的具體參數(shù)為</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的具體參數(shù)為</p><p>　　5.3 驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)</p>

59、<p>　　向晶閘管整流電路供電的交流側(cè)電源通常來(lái)自電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會(huì)在允許范圍內(nèi)有一定的波動(dòng)。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應(yīng)保證每個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系，這就是觸發(fā)電路的定相。為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個(gè)同步變壓器，將其一次側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號(hào)，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主

60、電路晶閘管電壓頻率始終是一致的。接下來(lái)的問(wèn)題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號(hào)的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。觸發(fā)電路的定相由多方面的因素確定，主要包括相控電路的主電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)等。</p><p>　　由于集成觸發(fā)電路不僅成本低、體積小，而且還有調(diào)試容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，故</p><p>　　采用集成觸發(fā)電路，用三片KJ004和一片KJ041,即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體

61、管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路。</p><p>　　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。設(shè)計(jì)的主電路采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。同步電壓選取的結(jié)果如表5-1所示：</p><p>　　表5-1 三相全控橋各晶閘管的同步電壓</p><p>　　同步變壓器和整流變壓器的接法如圖5-3所示：&l

62、t;/p><p>　　圖5-3 同步變壓器和整流變壓器的接法</p><p>　　采用三片KJ004和一片KJ041的三相全控橋觸發(fā)電路如圖5-4所示：</p><p>　　圖5-4 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路</p><p><b>　　6 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　6.1電

63、流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。</p><p><b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b><

64、;/p><p>　　各種整流電路的失控時(shí)間如表6-1所示： </p><p>　　表6-1 各種整流電路的失控時(shí)間</p><p>　　由表6.1可知，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s，系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù)的計(jì)算用 ,電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi，三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1-2

65、）Toi=3.3ms，因此取Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑i：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T∑i=Ts+Toi=0.0037s。</p><p>　　選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求＜5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型Ⅰ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，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>

66、;　　，—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)。</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： =0.142/0.0037=38.38，對(duì)照典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p><b>　　計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)τi==0.142s。</p>

67、<p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：電流開環(huán)增益：要求＜5%時(shí)，按表6.2三應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此KI=0.5/T∑i=0.5/0.0037=135.1s-1。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A，于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p>　　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)系如表6-2所示：</p>&l

68、t;p>　　表6-2 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</p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件：</b></p><p>　　電流環(huán)截至頻率：ωci=KI=135.1s-1。 </p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 滿足近似條件。</p>

69、<p>　　忽略反電勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 滿足近似條件。</p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件。</p><p>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　由圖5-2，按所用運(yùn)

70、算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為：</p><p>　　R1=KiR0=1.60×40=64kΩ，取65 kΩ。</p><p>　　C1=τi/R1=0.142/（65×103）=2.2μF，取2.2μF。</p><p>　　C0=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6μF，取0.2μF。&

71、lt;/p><p>　　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=4.3%＜5%，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　6.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中。轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)。</p><p><b&

72、gt;　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：已取KIT∑i=0.5，則1/KI=2T∑i=2×0.0037=0.0074s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n：按小時(shí)間近似處理, T∑n=1/KI+Ton

73、=0.0074+0.01=0.0174s</p><p>　　選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 </p><p><b>　　計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　按跟隨和抗擾性能

74、都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為τn=hT∑n=</p><p>　　5×0.0174=0.087s，可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益</p><p>　　因?yàn)镃e=（UN-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1800=0.234V?min/r，=10V/ nN=10/1800=0.006 </p><p>　　V?r/min，

75、于是可得ASR的比例系數(shù)為</p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　由式K=ω1ωc得轉(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 ，滿足簡(jiǎn)化條件。</p&

76、gt;<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>　　由圖5-2，按所用運(yùn)算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為：</p><p>　　R1=KnR0=33.62×40=1344.8kΩ，取1400kΩ。

77、</p><p>　　C1=τn/R1=0.087/（1400×103）=6.2μF，取6.5μF；</p><p>　　C0=4Ton/R0=4×0.001/40000=0.1μF，取0.1μF。</p><p>　　6.3 驗(yàn)證動(dòng)態(tài)指標(biāo)</p><p>　　由前面的內(nèi)容可知, =4.3%＜5%，

78、 ,因?yàn)閔=5查表得 81.2%,則轉(zhuǎn)速超調(diào)量為:</p><p>　　由以上計(jì)算可知?jiǎng)討B(tài)指標(biāo)滿足題目要求。 </p><p><b>　　8

79、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，讓我對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)這門課程所講述的知識(shí)內(nèi)容有了更深刻的理解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，查閱了大量的資料，不僅有關(guān)于電力拖動(dòng)方面的，也有關(guān)于電力電子技術(shù)方面的，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用到了自動(dòng)控制理論的知識(shí)，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，讓我深刻地感受到了各門課程之間的聯(lián)系，以及工程設(shè)計(jì)與理論計(jì)算之間的差別，也借由這次設(shè)計(jì)回顧了電力電子技術(shù)這門課程

80、的知識(shí)。自己在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)多加思考，將所學(xué)的不同學(xué)科之間的知識(shí)能夠聯(lián)系起來(lái)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[2] 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2008</p>&l

81、t;p>　　[3]楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng).北京:清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[4]李傳琦.電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn).北京:電子工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[5]機(jī)械工程手冊(cè)，電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).電機(jī)工程手冊(cè)第九卷自動(dòng)控制系統(tǒng). 北京:機(jī)</p><p>　　械工業(yè)出版社，1982</p>