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自动控制系统课程设计报告-错位控制无环流可逆调速系统设计.doc

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自动控制系统课程设计报告-错位控制无环流可逆调速系统设计.doc

1自自动动控控制制系系统统课课程程设设计计报报告告课程名称自动控制系统课程设计报告设计题目错位控制无环流可逆调速系统设计院系电气工程系班级设计者学号同组人指导教师设计时间2011.10.312011.11.112课程设计(论文)任务书专业电气工程及其自动化班级学生指导教师题目自动控制系统课程设计子题错位控制无环流可逆调速系统设计设计时间2011年10月31日至2011年11月11日共2周设计要求设计目的1.了解并熟悉错位控制无环流可逆调速系统的组成结构。2.熟悉错位控制无环流可逆调速系统中各单元环节的工作原理,特性和作用。3.了解错位控制无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。4.了解错位控制无环流可逆调速系统的优缺点。设计内容1.系统方案的选择。2.系统方案的实体设计,包括各种功能电路或部件的设计与选择参数计算。3.系统各主要保护环节的设计。4.系统的动态工程设计,包括转速调节器,电流调节器的结构和参数选择。5.详细分析错位控制无环流可逆调速系统的设计过程。指导教师签字系(教研室)主任签字年月日3目录一、错位控制无环流可逆调速系统的原理..........................................................41、可逆调速系统的原理.........................................................................42、环流的介绍......................................................................................41、环流的定义.................................................................................42、环流的分类...............................................................................53、错位控制无环流系统......................................................................51、静态环流的错位消除原理.........................................................52、错位控制无环流系统的结构.....................................................53、错位控制无环流系统的优缺点.................................................6二、系统的设计.....................................................................................................61、主电路的设计及参数选择..............................................................61、变压器的选择...........................................................................62、晶闸管的选择...........................................................................63、电抗的选择...............................................................................72、同步变压器及触发器的设计..........................................................71、触发电路的设计.........................................................................72、同步变压器的设计...................................................................83、保护电路的设计..............................................................................81、过电流保护...............................................................................82、过电压保护...............................................................................83、缓冲电路...................................................................................84、检测环节..........................................................................................91、转速检测...................................................................................92、电流检测.....................................................................................93、电压检测.................................................................................105、控制电路的设计............................................................................101、AVR电压内环的设计............................................................102、ACR电流环的设计...............................................................113、ASR转速环的设计................................................................124、AVR、ACR和ASR的限幅设计..........................................135、AR反相器的设计..................................................................13三、设计小结.......................................................................................................14四、参考文献.......................................................................................................144一、错位控制无环流可逆调速系统的原理1、可逆调速系统的原理图1两组晶闸管装置发并联线路较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管电动机系统。由于晶闸管的单向导电性,需要可逆运行时经常需要采用俩组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路,如图1,电动机正转时,由正组晶闸管VF供电反转时,由反组晶闸管VR供电。两组晶闸管分别由两组触发装置进行控制,都能灵活的控制电机的起动、制动和升速、降速。但在一般情况下不允许让两组晶闸管同时处于整流状态,否则将造成电源短路。在可逆调速系统中,正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动,反转时同样可利用正组晶闸管实现回馈制动,总结起来,可将可逆线路的正反转时的晶闸管和电机状态总结为表1。表1VM系统反并联可逆线路的工作状态2、环流的介绍1、环流的定义采用两组晶闸管反并联的可逆VM系统,如果两组装置的整流电压同时出现,便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流,称作环流。如图2中的Ih。一般情况,这样的环流对负载无益,徒然加重晶闸管和变压器的负担,消耗功率,环流太大时会导致晶闸管损坏,因此应该予以抑制或消除。5图2反并联可逆VM系统中的环流(Ih环流Id负载电流)2、环流的分类(1)静态环流两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流,其中又有两类直流平均环流由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流瞬时脉动环流两组晶闸管输出的直流平均电压差为零,但因电压波形不同,瞬时电压差仍会产生脉动的环流,称作瞬时脉动环流。(2)动态环流仅在可逆VM系统处于过渡过程中出现的环流。3、错位控制无环流系统1、静态环流的错位消除原理采用配合控制的原理,当一组晶闸管装置整流时,让另一组处于待逆变状态,而且两组触发脉冲的零位错开的比较远,避免了瞬时脉动环流产生的可能性,这就是错位控制无环流可逆系统。具体地说,在αβ配合控制的有换流可逆调速系统中,两组触发脉冲的配合关系是180rf,0cU时的初始相位整定在9000rf,从而消除了直流平均环流,但仍存在瞬时脉动环流。在错位控制的无环流可逆调速系统中,同样采用配合控制的触发移相方法,但两组脉冲的关系是300rf,甚至是360rf,也就是说初始相位整定在18015000或rf。这样,当待逆变组的触发脉冲到来时,它的晶闸管已经完全处于反向阻断状态,不可能导通,当然就不会产生静态环流了。2、错位控制无环流系统的结构主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联可逆线路,控制电路采用转速、电流双闭环系统,其中,转速调节器ASR控制转速,设置双向输出限幅电路,以限制最大起制动电流电流调节器ACR控制电流,设置双向输出限幅电路,以限制最小控制角αmin与最小逆变角βmin。根据可逆系统正反向运行需要,给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负极性,电流反馈应能否反映极性,因此电流互感器需采用直流电流互感器或霍尔变换器。在错位无环流系统中增设了电压内环。电压内环的作用1)缩小反向时的电压死区,加快系统的切换过程。2)抑制电流断续等非线性因素的影响,提高系统的动、静态性能。3)防止动态环流,保证电流安全换向。6sUctASRACRAVR1GTFGTRTAnninUnUiUTATGiUvUTVDvUMVRVF15V15V图3错位控制无环流可逆调速系统ASR转速调节器,ACR电流调节器,AVR电压调节器,TG测速发电机,TA电流互感器,AR反相器,GTF正组晶闸管脉冲移相触发装置,GTR反组晶闸管脉冲移相触发装置,VF正组晶闸管,VR反组晶闸管,tfL平波电抗器,Un转速给定电压,Un转速反馈电压,Ui电流给定电压,Ui电流反馈电压,Uu端电压给定电压,Uu端电压反馈电压3、错位控制无环流系统的优缺点错位控制无环流系统的结构简单,调整方便,但与逻辑无环流系统相比,切换特性较差,在某些切换条件下的切换死区较大。而且在切换过程中容易出现电流冲击。因此错位控制无环流系统通常用于系统容量较小而且对切换品质要求不高的场合。二、系统的设计1、主电路的设计及参数选择1、变压器的选择三向桥式整流电路变压器副边相电压2E与最大整流直流电压maxdU的关系是2max34.2EUd。在可逆系统中由于有最小逆变角限制的问题,min2maxcos34.2EUd。maxdU应该等于电动机额定电压edU加上过载电流所产生的附加压降seddRIImax再加上晶闸管的管压降E,另外考虑整流电源内阻压降及电网电压波动,通常还需要再增加1520,因此2.115.1maxmaxERIIUUseddedd,则可求出E2。考虑到工作负荷不会过重,并且变压器也容许一定过载,所以选取变压器为Y/连接。则在副边副边线电压为223EU,副边线电流dmax2816.0816.0IIId。2、晶闸管的选择考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,在设计中应该有23倍的电压设计裕7量,则晶闸管的额定电压值为VEUUmN97565045.232322。晶闸管的额定电流的选取设计过程中也应该考虑裕量的问题,则其额定电流为AIIdTAV1007557.1/3/25.1。3、电抗的选择在VM系统中,脉动电流会产生脉动转矩,对生产机械不利,同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响,须采用抑制电流脉动的措施,主要是设置平波电抗器增加整流电路相数采用多重化技术。在此处增加平波电抗器。三相桥式整流电路中,总电感量为min2693.0dIEL,平波电抗器,mLLLdNdminI105)(I,mL为电机的电枢电感。2、同步变压器及触发器的设计1、触发电路的设计晶闸管触发电路类型很多,有分立式、集成式和数字式,分立式相控同步模拟电路相对来说电路比较复杂数字式触发器可以在单片机上来实现,需要通过编程来实现,本设计不采用。由于集成电路可靠性高,技术性能好,体积小,功耗低,调试方便,所以本设计采用的是集成触发器,选择目前国内常用的KJ、KC系例,本设计采用3个KJ004集成块和1个KJ041集成块,可形成六路双脉冲,再由六个晶体管进行脉冲放大即可。电路原理图如图4,0CU处为触发系统的输入端,可将变阻器去掉,直接接控制电压0CUUp为初始相位控制端,即在Uc初始电压为0时调节脉冲的初始相位18000rf。360。usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ00415V15V12345671110914131281615KJ004RP6RP316脚为6路单脉冲输入12345671110914131281615KJ0411510脚为6路双脉冲输出至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6图4三相全控桥整流电路的集成触发电路

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