轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　摘要2</b></p>&l

2、t;p><b>　　第〇章任務(wù)書3</b></p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計參數(shù)3</p><p>　　（二）設(shè)計要求3</p><p>　　第一章主電路設(shè)計4</p><p>　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)組成4</p><p>　　（二）主電路原理4</p><

3、p>　　（三）主電路元器件參數(shù)計算及器件選型5</p><p>　　1.3.1整流元器件參數(shù)計算與選型5</p><p>　　1.3.2其它元器件參數(shù)計算與選取7</p><p>　　第二章調(diào)節(jié)器設(shè)計9</p><p>　?。ㄒ唬╇娏髡{(diào)節(jié)器設(shè)計9</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計10&

4、lt;/p><p>　　第三章觸發(fā)器設(shè)計12</p><p>　　第四章反饋環(huán)節(jié)、保護(hù)電路及其它電路設(shè)計13</p><p>　?。ㄒ唬┓答伃h(huán)節(jié)設(shè)計13</p><p>　　4.1.1轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)設(shè)計13</p><p>　　4.1.2電流反饋環(huán)節(jié)設(shè)計13</p><p>　　（二）

5、保護(hù)電路設(shè)計14</p><p>　　4.2.1過電流保護(hù)電路設(shè)計14</p><p>　　4.2.2過電壓保護(hù)電路設(shè)計14</p><p>　　（三）其它電路設(shè)計15</p><p>　　4.3.1轉(zhuǎn)速給定器設(shè)計15</p><p>　　4.3.2零速封鎖器設(shè)計15</p><p&

6、gt;　　第五章系統(tǒng)仿真16</p><p>　?。ㄒ唬┓抡婺Ｐ徒?6</p><p>　　（二）仿真參數(shù)輸入17</p><p>　?。ㄈ┓抡娼Y(jié)果輸出18</p><p><b>　　總結(jié)19</b></p><p>　　附表1 第一章用表20</p>&

7、lt;p>　　附表1-1整流參數(shù)計算用常數(shù)21</p><p>　　附表1-2晶閘管型號及其參數(shù)21</p><p>　　附表2 第二章用表22</p><p>　　附表2-1整流裝置失控時間（f=50Hz）22</p><p>　　附表2-2典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系22</p>

8、<p>　　附表2-3典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）22</p><p>　　附表2-4典型II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系22</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本

9、文介紹了基于工程設(shè)計對直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)直流調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理，利用晶閘管等器件設(shè)計了一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流反饋環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)——前者通過電流元件的反饋作用穩(wěn)定電流，后者通過轉(zhuǎn)速檢測元件的反饋作用保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。</p><p><b>　　任務(wù)書&l

10、t;/b></p><p><b>　　設(shè)計參數(shù)</b></p><p>　　直流電動機的額定電壓UN=220V，額定電流IN=12A，額定轉(zhuǎn)速nN=1500 rpm，電樞電阻Ra=1.2Ω，電流過載倍數(shù)λ=1.5，機電時間常數(shù)Tm=0.03s。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p>&

11、lt;p>　　系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量σi≤5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 σn≤10％。</p><p><b>　　主電路設(shè)計</b></p><p><b>　　系統(tǒng)組成</b></p><p>　　本設(shè)計采用的轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)各個模塊如圖1-1所示。系統(tǒng)可分為三個部分：主電路和控制電路以

12、及保護(hù)電路和反饋環(huán)節(jié)。</p><p>　　主電路主要包括整流變壓器和電力電子變換裝置，起到將交流變換成直流，從而為直流電動機提供電源電壓的作用。</p><p>　　控制電路主要包括電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以及觸發(fā)器，其中電流調(diào)節(jié)器與電流反饋環(huán)構(gòu)成電流環(huán)，起到穩(wěn)定電流的作用；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速反饋環(huán)構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差；觸發(fā)器則用于為整流晶閘管組提供觸發(fā)脈沖。</p>

13、<p>　　保護(hù)電路主要為晶閘管保護(hù)電路，包括由整流變壓器交流側(cè)的快速熔斷器組構(gòu)成的保護(hù)電路，以及與晶閘管并聯(lián)的阻容電路構(gòu)成的保護(hù)電路。保護(hù)電路的設(shè)置使得晶閘管免受過電壓以及過電流的影響，從而使系統(tǒng)工作可靠。</p><p>　　反饋環(huán)節(jié)包括電流反饋環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。前者由電流互感器進(jìn)行電流檢測，再進(jìn)行整流濾波得到電流反饋信號，后者則使用測速發(fā)電機來得到實際轉(zhuǎn)速信號。</p><p

14、>　　此外，還有其它部分的電路。包括減小電流脈動的平波電抗器，以及減小直流電壓脈動的濾波電容。</p><p>　　圖1-1轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)組成框圖</p><p><b>　　主電路原理</b></p><p>　　如圖1-2所示。主電路主要由整流變壓器和整流晶閘管組構(gòu)成。整流變壓器將公共電網(wǎng)的交流電壓變換成整流橋可用的電

15、源電壓，而整流晶閘管組構(gòu)成三相全控橋，將交流電變換成直流電，從而作為直流電動機的電源電壓。</p><p>　　直接整流得到的電流和電壓往往有較大的脈動，若直接作為直流電動機的電源電壓，將會引起電機振動及噪聲。為此，需要在主電路的直流側(cè)加入平波電抗器和濾波大電容，從而減小整流器輸出電流脈動以及輸出電壓脈動。</p><p>　　圖1-2主電路原理圖</p><p>

16、;　　主電路元器件參數(shù)計算及器件選型</p><p>　　主電路元器件包括整流元器件及其它元器件。整流元器件起整流作用，包括將市電電壓變換成整流橋可用電源電壓的整流變壓器，以及將交流電變整流成直流電的整流晶閘管組；其它元器件則起減小紋波作用，包括抑制輸出電流紋波的平波電抗器，以及抑制輸出電壓紋波的濾波電容器。正確計算其參數(shù)，適當(dāng)選擇其型號，將有助于使主電路以低成本在高可靠下運行。</p><p

17、>　　1.3.1整流元器件參數(shù)計算與選型</p><p>　　整流元器件參數(shù)計算與選型包括整流變壓器參數(shù)計算與選型及整流晶閘管參數(shù)計算與選型。</p><p>　　1.整流變壓器參數(shù)計算與選型</p><p>　　在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致。此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變

18、壓器。本設(shè)計采用變壓器的接線型式為一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接。</p><p>　　為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式（△/Y）和負(fù)載要求的額定電壓（UN=220V）確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓U2。</p><p>　　影響U2值的因素有：</p><p>　　（1）首先要保

19、證滿足負(fù)載所需求的最大電流值的Idmax。</p><p>　?。?）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，故導(dǎo)通時有一定的管壓降VT。</p><p>　　（3）變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降。</p><p>　　（4）平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降。</p><p>　?。?）電樞電阻的壓降。</p&

20、gt;<p>　　綜合以上因素得到的U2精確表達(dá)式為：</p><p>　　式中，A=Ud0/U2表示當(dāng)控制角α=0°時，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比；B=Udα/Ud0表示當(dāng)控制角為α與0°時，整流電壓平均值之比；C是與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)；Uk%是變壓器的短路電壓百分比，100kVA以下的變壓器取Uk%=5，100kVA~1000kVA的變壓器取Uk%=5~1

21、0；ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取0.9~1.05，供電質(zhì)量較差，電壓波動較大的情況應(yīng)取較小值；ra=INRΣ/UN表示電動機電樞電路總電阻RΣ的標(biāo)幺值，對于容量為15kW~150kW的電動機，通常取ra=0.04~0.08；nUT表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降；Idmax/IdN表示電動機允許過載倍數(shù)，即λ。</p><p>　　考慮到本設(shè)計為了保證電動機負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，并且所取U2留有一定裕

22、量，根據(jù)經(jīng)驗，公式中的控制角α應(yīng)取30°為宜。</p><p>　　電動機電樞電路總電阻標(biāo)幺值ra=INRΣ/UN=12×1.2/220=0.065。</p><p>　　其它部分參數(shù)可查附表1-1取值如下：ε=0.9，A=2.34，B=cosα=cos30°=0.866，C=0.5，Uk%=5。</p><p>　　則U2=。。。=2

23、29.15=132V。可取U2=135V。</p><p>　　根據(jù)主電路接線方式，查附表1-1得KI2=I2/Id=0.816，考慮到電動機的允許過載倍數(shù)，忽略變壓器初次側(cè)間的能量損耗，則次級電流有效值應(yīng)為I2=λKI2·IN=1.5×0.816×12=14.688A。</p><p>　　根據(jù)變壓器特性，即m1U1I1=m2U2I2。取m1=m2=3，則U

24、1I1=U2I2，故整流變壓器容量為S=（1/2）（S1+S2）=（1/2）（m1U1I1+m2U2I2）=m2U2I2=3×135×14.688=5.95kVA。</p><p>　　綜上，整流變壓器容量可取為6kVA，型號可選為S9-6/0.38。</p><p>　　2.整流晶閘管參數(shù)計算與選型</p><p>　　已知本設(shè)計采用的是三相橋

25、式整流電路，則在阻感負(fù)載中晶閘管承受的最大電壓（考慮到2~3倍裕量）：</p><p>　　URM=（2~3）·2.45U2=（2~3）×2.45×135=661V~993V。取為URM=800V。</p><p>　　又已知直流電動機過載倍數(shù)為λ=1.5，則電路中允許流過的最大電流為：</p><p>　　Idmax=λIdN=1.5

26、×12=18A</p><p>　　故晶閘管應(yīng)能承受的電流有效值：</p><p>　　IVT=Idmax/1.732=18/1.732=11A</p><p>　　故晶閘管額定電流（考慮到1.5~2倍裕量）：</p><p>　　IT（AV）=（1.5~2）·IVT/1.57=（1.5~2）×11/1.57=1

27、1A~14A。可取為IT（AV）=10A。</p><p>　　綜上，晶閘管型號可選為：KP-10。</p><p>　　查附表1-2可得KP-10型晶閘管主要參數(shù)：</p><p>　　額定電壓：800V；額定電流：10A；門極觸發(fā)電壓：≤2.5V；門極觸發(fā)電流5mA~45mA。</p><p>　　則晶閘管整流裝置放大系數(shù)為KS=220/

28、2.5=88。</p><p>　　1.3.2其它元器件參數(shù)計算與選取</p><p>　　其它元器件參數(shù)計算與選型包括平波電抗器參數(shù)計算與選取及濾波電容器參數(shù)計算與選取。</p><p>　　1.平波電抗器參數(shù)計算與選取</p><p>　　為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出回路串入帶有氣隙的鐵心電抗器Ld，稱為平波電抗器。平

29、波電抗器的參數(shù)計算主要是計算在保證電流連續(xù)和輸出電流脈動系數(shù)達(dá)到一定要求時所需要的平波電抗器的電感值。</p><p>　　（1）計算維持輸出電流連續(xù)的電感值</p><p>　　當(dāng)控制角較大，負(fù)載電流很小或者平波電抗器Ld不夠大時，負(fù)載電流id會出現(xiàn)斷續(xù)。電流斷續(xù)使晶閘管導(dǎo)通角減小，機械特性明顯變軟，電機工作甚至不穩(wěn)定，這是應(yīng)該盡量避免的。要使電流在整個工作區(qū)域保持連續(xù)，必須使臨界電流I

30、dk小于或等于最小負(fù)載電流Idmin(一般可取額定電流的5%)。</p><p>　　把滿足電流連續(xù)的最小電感量稱為臨界電感。臨界電感的計算公式為：L1= K1U2Φ/ Idmin （mH）。</p><p>　　式中，K1為考慮不同電路時臨界電感的計算系數(shù)。K1值可通過查附表1-1得到。對于本設(shè)計采用的三相全控橋，取K1=0.693。</p><p>　　則滿足電

31、流連續(xù)的臨界電感為L1=K1U2Φ/Idmin=0.693×380/（12×0.05）=438.9mH。</p><p>　?。?）計算限制輸出電流脈動的電感值</p><p>　　晶閘管整流裝置的輸出電壓可以分解成一個恒定直流分量和一個交流分量，通常負(fù)載需要的只是直流分量，對電機負(fù)載來說，過大的交流分量會使電機換向惡化和因鐵心損耗增大而引起電機過熱。擬制交流分量的有效

32、辦法是串接平波電抗器，使交流分量基本降落在電抗器上，而負(fù)載上能夠得到比較恒定的直流電壓和電流。</p><p>　　滿足一定脈動要求時的臨界電感量為L2=（UdM/U2Φ）/（6.28·fd·Si·Id/U2Φ）·103 （mH）</p><p>　　式中，fd為輸出最低頻率分量的最低值；Si為給定的允許電流脈動系數(shù)。</p><

33、p>　　對于本設(shè)計采用的三相全控橋，查附表1-1可得：UdM/U2Φ=0.46，fd=300Hz。通常在三相電路中，電流脈動系數(shù)可取Si<5%~10%。</p><p>　　則限制輸出電流脈動的電感值L2>（UdM/U2Φ）/（6.28·fd·Si·Id/U2Φ）·10↑3=0.46/（6.28×300×（5%~10%）×12

34、/（380×0.001））=77.3mH~154.6mH。</p><p>　　綜合（1）（2），則平波電抗器電感值可取為Ld=450mH。但由以上公式計算得到的電感值均是電路總電感，其中包括負(fù)載電動機的電感LD與變壓器漏感LB,因此外接平波器電抗器Ld應(yīng)減去LD和LB。</p><p>　　電動機電感LD值按下式計算：LD=KD ·UeD·103/（2p&#

35、183;neD·IeD）（mH）</p><p>　　式中，UeD、IeD、neD為直流電機的額定電壓、額定電流與額定轉(zhuǎn)速；P為電機極對數(shù)；KD為計算系數(shù)，一般無補償電機KD=8~12。</p><p>　　則電動機電感LD= KD ·UeD·103/（2p·neD·IeD）=（8~12）×220×103/（2×

36、;1×1500×12）（mH）=48.9mH~73.3mH?？扇D=50mH。</p><p>　　考慮到變壓器漏感一般很小，故忽略變壓器漏感。則三相全控橋整流器輸出串接平波電抗器的電感量為Ld= L1?(2LB+ LD)≈L1-LD=400mH。</p><p>　　2.濾波電容器參數(shù)計算與選型</p><p>　　橋式整流電路的濾波電容取值

37、在工程設(shè)計中，一般由兩個切入點來計算。</p><p>　　一是根據(jù)電容由整流電源充電與對負(fù)載電阻放電的周期，再乘上一個系數(shù)來確定的，另一個切入點是根據(jù)電源濾波輸出的波紋系數(shù)來計算的，無論是采用那個切入點來計算濾波電容都需要依據(jù)橋式整流的最大輸出電壓和電流這兩個數(shù)值。</p><p>　　通常比較多的是根據(jù)電源濾波輸出波紋系數(shù)這個公式來計算濾波電容。</p><p>

38、;　　C≥0.289/（fp·（Uomax/Iomax）·Su）</p><p>　　式中，0.289是由半波阻性負(fù)載整流電路的波紋系數(shù)推演來的常數(shù)；fp是整流電路的脈沖頻率；Uomax是整流電路最大輸出電壓；Iomax是整流電路最大輸出電流；Su是電壓紋波系數(shù)。</p><p>　　對于本設(shè)計采用的三相全控橋整流電路，輸出電壓220V，輸出電流12A，波紋系數(shù)取8%，

39、濾波電容為C≥0.289/（fp·（Uomax/Iomax）·Su）=0.289/（300×（220V/12A）×0.08）=656.8μF即可。取C=1000μF。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)器設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計采用工程設(shè)計方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器。原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。即先進(jìn)

40、行電流環(huán)的設(shè)計，再進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計。</p><p><b>　　電流調(diào)節(jié)器設(shè)計</b></p><p><b>　　1.確定時間常數(shù)。</b></p><p>　　（1）整流裝置滯后時間常數(shù)TS：由附表2-1可知三相橋式電路平均失控時間TS=0.0017s。</p><p>　　（2）電流濾波時間

41、常數(shù)Toi：三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms，故取Toi=2ms=0.002s。</p><p>　?。?）電流環(huán)小時間常數(shù)之和TΣi：按小時間常數(shù)近似處理，取TΣi=TS+Toi=0.0037s。</p><p>　?。?）電磁時間常數(shù)Tl：已知直流電動機電感為LD=50mH，則電磁時間常數(shù)Tl=Ll/R=0.050/1.2=0

42、.0417s。</p><p>　　2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（1）確定系統(tǒng)型式及其傳遞函數(shù)：根據(jù)設(shè)計要求σi≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。又電流環(huán)控制對象是雙慣性的（電磁慣性和機械慣性），故可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　（2）檢查對電源電壓的抗擾性能：Tl/TΣi≈0.0417/0.00

43、37=11.27。參照附表2-2的典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的。故基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　3.計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。</p><p>　?。?）電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：τi=Tl=0.0417s。</p><p>　　（2）電流環(huán)開環(huán)增益：要求σi≤5%時，應(yīng)取KITΣi=0.5，故KI=0.5/TΣi=0.5/

44、0.0037=135.1s-1。又電流反饋系數(shù)β=Ui*/1.5IdN=10/1.5×12=0.5556V/A，則ACR的比例系數(shù)Ki=KIτiR/KSβ=135.1×0.0417×1.2/88×0.5556=0.138。</p><p><b>　　4.校驗近似條件。</b></p><p>　?。?）電流環(huán)截止頻率：ωci=

45、KI=135.1s-1。故</p><p>　?。?）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：1/3TS=1/3×0.0017=196.1s-1>ωci。滿足近似條件。</p><p>　?。?）校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：3√（1/TmTl）=3×√（1/0.03×0.0417）=84.8<ωci。滿足近似條件。</p>

46、<p>　　（4）校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：1/3√（1/TSToi）=1/3×√（1/0.0017×0.002）=180.8>ωci。滿足近似條件。</p><p>　　5.計算調(diào)節(jié)器電阻和電容。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-1所示。按所用運算放大器取R0=40Ω，各電阻和電容值計算如下：</p><p&

47、gt;　　Ri=KiR0=0.138×40=5.52Ω。取6Ω</p><p>　　Ci=τi/Ri=0.0417/6=6.59μF。取6.6μF</p><p>　　Coi=4Toi/R0=4×0.002/40=0.2μF。取0.2μF</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為：σi=4.3%<5%（見附表2-2

48、）。滿足設(shè)計要求。</p><p>　　圖2-1電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計</b></p><p><b>　　1.確定時間常數(shù)。</b></p><p>　　（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI：已取KITΣi=0.5，故1/KI=2×0.0037=0.0

49、074s。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01s。</p><p>　　（3）轉(zhuǎn)速小時間常數(shù)TΣn：按小時間常數(shù)近似處理，取TΣn=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s。</p><p>　　2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）確定系統(tǒng)型式及其傳

50、遞函數(shù)：按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　3.計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)。</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則</p><p>　?。?）ASR的超前時間常數(shù)為：τn=hTΣn=5×0.0174=0.087s。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為：KN=（h+1）/2h2TΣ

51、n2=6/2×52×0.01742≈396.4s-1。</p><p>　　又轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=Un*/nN=10/1500=0.0067V/rpm，則</p><p>　?。?）ASR比例系數(shù)為：Kn=（h+1）βCeTm/2hαRTΣn=6×0.56×0.137×0.03/2×5×0.0067×1.2

52、5;0.0174=9.87。</p><p><b>　　4.校驗近似條件。</b></p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速截止頻率：ωci=KN/ω1=KNτn=396.4×0.087=34.5s-1。故</p><p>　?。?）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：（1/3）√（KI/TΣi）=（1/3）√（135.1/0.0037）=63.7s

53、-1>ωcn。滿足簡化條件。</p><p>　?。?）校驗轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：（1/3）/√（KI/Ton）=（1/3）/√（135.1/0.01）=38.7>ωcn。滿足近似條件。</p><p>　　5.計算調(diào)節(jié)器電阻和電容。</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-2所示。取R0=40Ω。則</p><p>

54、　　Rn=KnR0=18.9×40=756Ω</p><p>　　Cn=τn/Rn=0.087/756=0.115μF</p><p>　　Con=4Ton/R0=4×0.01/40=1μF</p><p>　　圖2-2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　6.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p><p>　

55、　當(dāng)h=5時，查附表2-3，得σn=37.6%，不能滿足設(shè)計要求。實際上，由于附表2-3是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。</p><p>　　設(shè)理想空載啟動時z=0，當(dāng)h=5時，查附表2-4得△Cmax/Cb=81.2%，則σn=2×81.2%×1.5×（（12×1.2/0.137）/1500）

56、×（0.0174/0.03）=9.91%<10%。能滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　觸發(fā)器設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計采用集成觸發(fā)器。三個KJ004集成塊和一個KJ401集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由留個晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路。如圖3-1所示。</p><p>

57、　　反饋環(huán)節(jié)、保護(hù)電路及其它電路設(shè)計</p><p><b>　　反饋環(huán)節(jié)設(shè)計</b></p><p>　　4.1.1轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號變換為與轉(zhuǎn)速稱正比的電壓信號，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號。轉(zhuǎn)速檢測電路主要由測速發(fā)電機組成，將測速發(fā)電機與直流電動機同軸連接，測速發(fā)電機

58、輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，經(jīng)過濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號反饋回系統(tǒng)。其原理圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1轉(zhuǎn)速檢測電路原理圖</p><p>　　4.1.2電流反饋環(huán)節(jié)設(shè)計</p><p>　　電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號，經(jīng)過濾波整流后，用于控制系統(tǒng)中。該電路主要由電流互感器構(gòu)成，將電流互感器接于主電

59、路中，在輸出端即可獲得與主電路電流成正比的電流信號，起到電氣隔離的作用。其電路原理圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2電流檢測電路原理圖</p><p><b>　　保護(hù)電路設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計主要考慮晶閘管的保護(hù)。如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3晶閘管保護(hù)電路圖<

60、/p><p>　　4.2.1過電流保護(hù)電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用快速熔斷器安裝于交流側(cè)的過電流保護(hù)方案。</p><p>　　考慮在整流變壓器二次側(cè)每一相上各安裝一個快速熔斷器。由前面的計算選型可知，晶閘管的最大工作電壓為URM=800V。故選取快速熔斷器額定電壓為UFN≥URM/2=400V。</p><p>　　又由前面的計算選

61、型可知，流過晶閘管的電流有效值為IVT=11A，故選取快速熔斷器額定電流為IFN≥IVT=11A，可選10A。</p><p>　　綜上，快速熔斷器型號可選為117NH-10A/400V。</p><p>　　4.2.2過電壓保護(hù)電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用電阻和電容并聯(lián)于晶閘管的過電壓保護(hù)方案。下面進(jìn)行電阻和電容的參數(shù)計算和選型。</p>

62、<p><b>　　由經(jīng)驗公式：</b></p><p>　　C=（2~4）IT×10-3 （μF）</p><p><b>　　R=10Ω~30Ω</b></p><p>　　PR=（1/2）CUm2</p><p><b>　　得：</b></

63、p><p>　　C=（2~4）IT×10-3 =（2~4）×10×10-3=（20~40）nF</p><p>　　PR=（1/2）CUm2=（1/2）×0.04×10-6×1352=3.645×10-4J

64、 </p><p>　　由于一個周期晶閘管充放電各一次，因此：</p><p>　　2PR=2×3.645×10-4=7.29×10-4J</p><p>　　P（AV）=PR/T=7.29×10-4/0.02=0.03645W</p><

65、p>　　功率選擇留5～6倍裕量：P=（5~6）P（AV）=（5~6）×0.03645=0.18W~0.22W </p><p>　　綜上，電阻R選擇阻值為10Ω~30Ω,功率為0.5W的電阻。電容C選擇容量為40nF的電容。</p><p><b>　　其它電路設(shè)計</b></p><p>　　4.3.1轉(zhuǎn)速給定器設(shè)計

66、</p><p>　　轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動變阻器即可獲得相應(yīng)大小的給定信號。轉(zhuǎn)速給定電路可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。其電路原理圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 轉(zhuǎn)速給定電路原理圖</p><p>　　4.3.2零速封鎖器設(shè)計</p><p>　　零速封鎖器的作用是當(dāng)系統(tǒng)

67、處于停車狀態(tài)時，即給定電壓為零，同時電動機轉(zhuǎn)速也為零時，將系統(tǒng)中所有調(diào)節(jié)器鎖零，以避免停車時，由于各調(diào)節(jié)器的零點漂移，致使晶閘管整流電路有微量的輸出，從而使電動機出現(xiàn)竄動現(xiàn)象。</p><p>　　出于成本及性能已能滿足要求考慮，本設(shè)計將不涉及零速封鎖器的設(shè)計。</p><p><b>　　系統(tǒng)仿真</b></p><p><b>　

68、　仿真模型建立</b></p><p>　　已經(jīng)建立的仿真模型如圖5-1。</p><p>　　給定器方面：模塊Un*仿真轉(zhuǎn)速給定，模塊TL仿真負(fù)載給定。</p><p>　　調(diào)節(jié)器方面：放大器模塊KnK、KnI以及積分模塊In如圖構(gòu)成ASR；放大器模塊KiK、KiI以及積分模塊Ii如圖構(gòu)成ACR。</p><p>　　電動機方面

69、：模塊M仿真直流電動機的機械部分，模塊E仿真直流電動機的電磁部分，則模塊M、E構(gòu)成直流電動機主要部分，經(jīng)過1/Ce則得到直流電動機轉(zhuǎn)速。</p><p>　　反饋環(huán)方面：模塊IF和模塊nF分別仿真電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋。</p><p>　　其它方面：Sn和Si分別為ASR和ACR的限幅；而Dn和Di則分別仿真ASR和ACR的滯后效應(yīng)。</p><p>　　圖5-1電

70、流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p><b>　　仿真參數(shù)輸入</b></p><p>　　5.2.1給定器仿真模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　1.轉(zhuǎn)速給定仿真模塊Un*</p><p>　　Step time=0</p><p>　　Initial value=0</p>

71、;<p>　　Final value=10</p><p>　　Sample time=0</p><p><b>　　其它默認(rèn)。</b></p><p>　　2.負(fù)載給定仿真模塊TL</p><p>　　Step time=0</p><p>　　Initial value=0&l

72、t;/p><p>　　Final value=10</p><p>　　Sample time=0</p><p><b>　　其它默認(rèn)。</b></p><p>　　5.2.2調(diào)節(jié)器仿真模塊參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　電流調(diào)節(jié)器</b></p><

73、p>　　放大器KiK（Gain）=KiK（Ki）=KiK（0.138）；KiI（Gain）=KiI（Ki/τi=0.138/0.0417）=KiI（3.31）。</p><p>　　積分器上下限設(shè)為±10。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　放大器KnK（Gain）=KnK（Kn）=KnK（9.

74、45）；KnI（Gain）=KnI（Kn/τn=9.87/0.087）=KnI（113.4）。</p><p>　　積分器上下限設(shè)為±10。</p><p>　　5.5.3直流電動機仿真模塊參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　電磁部分</b></p><p>　　E（s）=（1/R）/（Tls+1）=（1/1

75、.2）/（0.0417s+1）=0.8333/（0.0417s+1）。</p><p><b>　　機械部分</b></p><p>　　M（s）=R/（Tms）=1.2/0.03s。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速部分</b></p><p>　　1/Ce=1/0.1371。</p>

76、<p>　　5.5.4反饋環(huán)仿真模塊參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　電流反饋環(huán)</b></p><p>　　IF（s）=β/（Tois+1）=0.56/（0.002s+1）。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋環(huán)</b></p><p>　　nF（s）=α/（Tons+1）=0

77、.0067/（0.01s+1）。</p><p>　　5.5.5其它仿真模塊參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　限幅</b></p><p>　　上下限均設(shè)置為±10。</p><p><b>　　滯后</b></p><p>　　Di1（s）=1/（Tois+1

78、）=1/（0.002s+1）。</p><p>　　Di2（s）=Ks/（Tss+1）=88/（0.0017s+1）。</p><p>　　Dn（s）=1/（Tons+1）=1/（0.01s+1）。</p><p><b>　　仿真結(jié)果輸出</b></p><p>　　仿真結(jié)果如圖5-2。</p><

79、p>　　圖5-2轉(zhuǎn)速n與電流Id仿真曲線</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，雙閉環(huán)直流調(diào)速已經(jīng)成為當(dāng)今電機調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說是無處不在。因此作為

80、二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速技術(shù)是十分重要的。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我意識到只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到了很多問題，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，意識到自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持

81、、耐心和努力，這也將為我今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生積極的影響。</p><p>　　本課程設(shè)計在參考了眾多同學(xué)的設(shè)計——主要是網(wǎng)絡(luò)上的一些相同專業(yè)的前輩的設(shè)計——的過程中，漸漸清晰了一套完整的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法，也漸漸地能夠脫離這些前輩們的設(shè)計，從而獨立進(jìn)行思考和設(shè)計，不得不說是一種進(jìn)步。</p><p>　　最后，由于水平有限，在設(shè)計中難免存在許多不妥之處，敬請老師指正。</p>

82、<p>　　附表1第一章用表</p><p>　　附表1-1整流參數(shù)計算用常數(shù)</p><p>　　附表1-2晶閘管型號及其參數(shù)</p><p>　　附表2第二章用表</p><p>　　附表2-1整流裝置失控時間（f=50Hz）</p><p>　　附表2-2典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和

83、頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　附表2-3典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）</p><p>　　附表2-4典型II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳伯時主編，電力拖動自動控制系統(tǒng)——運動控制系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社，第

84、4版，2011.6</p><p>　　劉進(jìn)軍主編，電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社，第5版，2009.5</p><p>　　佚名，電流與轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與研究，百度文庫</p><p>　　佚名，畢業(yè)設(shè)計：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計，百度文庫</p><p>　　佚名，平波電抗器的計算，互聯(lián)網(wǎng)</p><p&