双闭环直流电机调速系统设计参考案例

1、运动控制系统课程设计指导书一、课程设计的主要任务（一）系统各环节选型1、主回路方案确定。2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节 器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明 其原理）。（二）主要电气设备的计算和选择1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。4、平波电抗器选择计算。（三）系统参数计算1电流调节器ACR G、R计算。2、转速调节器ASR中 Cn、&计算。3、动态性

2、能指标计算。（四）画出双闭环调速系统电气原理图。使用A1或A2图纸，并画出动态框图和波德图（在设计说明书中）。二、基本要求1、使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本 方法和步骤。2 、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。3 、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。4 、掌握触发电路的选型、设计方法。5 、掌握同步电压相位的选择方法。6 、掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。7、掌握电气系统线路图绘制方法。8、掌握撰写课程设计报告的方法。三、课程设计原始数据有以下四个设计课题可供选用：A组：直流他励电动机：功率 Pe= 1.

3、1KW 额定电流le=6.7A，磁极对数P=1, ne=1500r/min,励 磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=2.34 Q ,主电路总电阻R= 7Q , Le = 246.25Mh（电枢电感、平波 电感和变压器电感之和），Ks=58.4 ,机电时间常数Tm=116.2ms ,滤波时间常数 T=Toi=0.00235s ,过载倍数入二1.5 ,电流给定最大值Ujm0V ,速度给定最大值Un =10VB组：直流他励电动机：功率 Pe= 22KW额定电压Ue=220V,额定电流le=116A，磁极对数P=2, ne=1500r/min,励磁电压 220V,电枢绕组电阻 R=0.112 Q ,主电

4、路总电阻 R= 0.32 Q , Le = 37.22mH（电枢电感、平波电感和变压器电感之和），电磁系数Ce=0.138 Vmin/r, Ks=22,电磁 时间常数TL=0.116ms,机电时间常数 T=0.157ms,滤波时间常数Ton=Toi=0.00235s，过载倍数 入二1.5，电流给定最大值Uim =10V，速度给定最大值Un 0VC组：直流他励电动机：功率 Pe= 145KW额定电压 Ue=220V额定电流le=733A,磁极对数 P=2, ne=430r/min,励磁电压 220V,电枢绕组电阻 Ra=0.0015Q ,主电路总电阻 R= 0.036 Q , Ks=41.5 ,

5、电磁时间常数TL=0.0734ms ,机电时间常数Tm=0.0926ms滤波时间常数 Ton=Toi=0.01s ,过载倍数入二1.2 ,电流给定最大值U im =时,速度给定最大值U10VD组：直流他励电动机：功率 Pe= 145KW额定电压 Ue=220V额定电流Ie=6.5A,磁极对数 P=1 , ne=1500r/min,励磁电压 220V,电枢绕组电阻 Ra=3.7Q ,主电路总电阻 R= 7.4 Q , Ks=27,电磁时间常数 TL=0.033ms,机电时间常数 Tm=0.26m滤波时间常数Toi=0.0031s , Ton=0.01s ,过载倍数入二1.5 ,电流给定最大值Ui

6、m =8V ,速度给定最大值Un NOV , p =0.77V/A , a = 0.007 Vmin / r双闭环直流电机调速系统设计参考案例第一章 绪 论11 直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以 晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成 了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技 术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发 展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍 然难以替代。直

7、流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速 , 以满足工作机械的要 求。从机械特性上看 , 就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械 特性, 从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点 ,使电动机的稳定运转速度发生变 化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷 扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的 领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论 上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基 础，所以直流调速系统在生产生活

8、中有着举足轻重的作用。12 研究课题的目的和意义直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或 快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装 置，组成晶闸管 电动机调速系统（简称 V-M 系统）。采用速度、电流双闭环直流调速系统 , 可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和旋转变流机 组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且 在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统 的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系

9、统可以自动限制最大电流，能 有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控 制具有更好的控制特性。尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中 V-M 系统的应用还 是有相当的比重。所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。1.3 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 的发展趋势双闭环不可逆调速系统在上世纪七十年代在国外一些发达国家兴起，经过数十年的发展 已经成熟，在二十一世纪已经实现了数字化与智能化。我国在直流调速产品的研发上取得了 一定的成就，但和国外相比仍有很大差距。我国自主的全数字化直流调速装置还没有全面商 用，产品的功能上没有国外产品的功能

10、强大。而国外进口设备价格昂贵，也给国产的全数字控制直流调速装置提供了发展空间目前，发达国家应用的先进电气调速系统几乎完全实现了数字化，双闭环控制系统已经普 遍的应用到了各类仪器仪表，机械重工业以及轻工业的生产过程中。随着全球科技日新月异 的发展，双闭环控制系统总的发展趋势也向着控制的数字化，智能化和网络化发展。而在我们国内，双闭环控制也已经经过了几十年的发展时期，目前已经基本发展成熟，但 是目前的趋势仍是追赶着发达国家的脚步，向着数字化发展。1.4 课程设计要求1研究双闭环直流调速系统的研究和应用现状。 2调速系统主电路参数计算及元件的确定（包括有变压器、晶闸管、平波电抗器等）。 3驱动控制电

11、路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）。 4动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与 ACR 调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。5绘制 V-M 双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）。6第二章 双闭环直流调速系统的工作原理2.1 直流调速系统简介调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最普遍的一种系统。目前，需要高性能可 控电力拖动的领域多数都采用直流调速系统。2.2 晶闸管 - 电动机直流调速系统简介20 世纪 50 年代末，晶闸管（大功率半导体器件）变流装置的出现，使变流技术产

12、生了 根本性的变革，开始进入晶闸管时代。由晶闸管变流装置直接给直流电动机供电的调速系 统，称为晶闸管 - 电动机直流调速系统，简称 V-M 系统，又称为静止的 Ward-leonard 系 统。这种系统已成为直流调速系统的主要形式。图 1.1 是 V-M 系统的简单原理图 1,3,5 。图中 V 是晶闸管变流装置，可以是单相、三相或 更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，以改变整流电压 Ud,从而实现平滑调速。由于 V-M系统具有调速范围大、 精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，且已比较成熟，因此已在世界各主要工业国 得到普遍应用

13、。图1.1晶闸管-电动机直流调速系统（V-M系统）但是，晶闸管还存在以下问题：（1）由于晶闸管的单向导电性，给系统的可逆运行造成困难；（2）由于晶闸管元件的过载能力小，不仅要限制过电流和反向过电压，而且还要限制 电压变化率（du/dt）和电流变化率（di/dt），因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条 件；（3）当系统处于深调速状态，即在较低速下运行时，晶闸管的导通角小，使得系统的 功率因数很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，对电网产生不利影响；（4）由于整流电路的脉波数比直流电动机每对极下的换向片数要小得多，因此， V-M 系统的电流脉动很严重。第三章控制系统的设计3. 1

14、设计内容和要求设计内容：1. 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成， 画出系统组成的原理框图。2. 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。3. 驱动控制电路的选型设计。4动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASF调节器与ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。5. 绘制V M双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机 动态性能的影响。设计要求：1. 该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范 围（D -10），系统在工作范围内能稳定工作。2. 系统

15、静特性良好，无静差（静差率 S岂2 ）。3. 动态性能指标：转速超调量-F ：8%，电流超调量、：5%，动态最大转速降 n -8 10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts二1s。4. 系统在5颊载以上变化的运行范围内电流连续。5. 调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。6. 主电路采用三项全控桥。7已知系统参数：（A B C D）组参数3.2双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转 速和电流，二者之间实行串级连接，如图2所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置

16、。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系 统。该双闭环调速系统的两个调节器 ASR和AC一般都采用PI调节器。因为PI调节器作为校正 装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳 定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳 和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。图2转速、电流双闭环直流调速系统图中U*n、Un转速给定电压和转速反馈电压U*i、Ui 电流给定电压和电流反馈电压ASR 转速调节器ACR 电流调节器TG 测速发电机TA 电流

17、互感器UPE 电力电子变换器3. 3双闭环直流调速系统总设计框图在生活中，直接提供的是三相交流 760V电源，而直流电机的供电需要三相直流电，因此要进行整流，本设计采用三相桥式整流电路将三相交流电源变成三相直流电源，最后达到 要求把电源提供给直流电动机。如图2-1设计的总框架。三相交流电源=整流三相直流电源保护电路供电图2-1 双闭环直流:调驱系统设计总框架直流电机Lf双闭环调速系统1j三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。根据不同的器件和保护的不同要求采用不 同的方法。驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口

18、，是电力电子装置的重要环节， 它将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公 共端之间，可以使其开通或关断的信号。本设计使用的是晶闸管，即半控型器件。驱动电路 对半控型只需要提供开通控制信号，对于晶闸管的驱动电路叫作触发电路。直流调速系统中应用最普遍的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。 转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度；电流负反馈环为内环，其作用是实现 电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。转速、电流双闭环直流调 速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。3. 4 (1)主电

19、路的结构形式在直流调速系统中，我们采用的是晶闸管-电动机调速系统(简称V-M系统)的原理图如 图3-1所示。它通过调节处罚装置 GT勺控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整 流电压Ud，从而实现平滑调速。与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装 置不仅在经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也显现出较大的优越性。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，自动控制的直流调速系统往往以调压 调速为主，根据晶闸管的特性，可以通过调节控制角a大小来调节电压。当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相整流电路中 又分三相半波和全控桥

20、整流电路，因为三相半波整流电路在其变压器的二次侧含有直流分量，故本设计采 用了三相全控桥整流电路来供 电，该电路是目前应用最广泛的整流电路，输出电压波动小，适合 直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转 速调节、电动机不可逆运行等技术要求。图3-1 V-M 系统原理图3-2 主电路原理图三相全控制整流电路由晶闸管 VT1、VT3 VT5接成共阴极组，晶闸管 VT4 VT6 VT2 接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的 晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才 构成完整的整

21、流电路。为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害，在三相交流电路的 交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。一般保护有快速熔 断器，压敏电阻，阻容式。(2) 主电路的设计1.变流变压器的设计一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，所以需要 变流变压器，通过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，减少电网于晶闸管变流装置 的互相干扰。这里选项用的变压器的一次侧绕组采用联接，二次侧绕组采用 Y联接。S为整流变压 器的总容量，S为变压器一次侧的容量，Ui为一次侧电压，Ii为一次侧电流，S2为变压器 二次侧的容量，U2为二次侧电压，丨2

22、为二次侧的电流，mi、m2为相数。为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸 管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压 U2。影响U 2值的因素有：(1) U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的Idmax。(2) 晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用Vt表示。(3) 变压器漏抗的存在会产生换相压降。(4) 平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。(5) 电枢电阻的压降。综合以上因素得到的U2精确表达式为：1ra(d max-1) nUCU K%100式(3-1)

23、d max式中Un为电动机额定电压；A =丄 ； B =及C见表1-1 ；爲=N R ， IU2Ud0U N为电动及额定电流，Rv为电动机电枢电路总电阻；nUT表示主电路中电流经过几个串联 晶闸管的管压降；为电网电压波动系数，通常取 0.91.05，供电质量较差，电压波动较大的情况；应取较小值；Uk%为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取Uk%=5，1001000千伏安 的变压器取U K % = 5 10 ； Idmax-负载电流最大值；IdmaxIdN所以二也皿,表示允 许过载倍数。IdNU2也可以用下述简化公式计算U2= ( 1.0-1.2UaAB或U2= ( 1.2-1.5

24、)A其中，系数(1.0-1.2)和(1.2-1.5)为考虑各种因素的安全系数，Ua为整流输出电压。对于本设计：为了保证电动机负载能在额定转速下运转，计算所得U2应有一定的裕量，根据经验所知，公式中的控制角:应取30为宜。J3；=0.9， A = 2.34， B = cos - cos30， C = 0.5 ,UK%=5，(其中 A、B、C2可以查表3-1中三相全控桥)，二愛二严 J45 “18 , 一血二佔U n440I dN表3-1变流变压器的计算系数Un1 陰皆x 1)nUTU2 二dA ；B也100 Id4401 0.18 1.7 -1 丨 2 1 绢 cdc 漲 0.5 汉 5%, “

25、I2.34 0.9 汇汇1.72 100=272.890 V整流电路单相双半 波单相半控桥单相全控 桥三相半波三相半控桥三相全控桥带平衡电抗 器的双反星形0.90.90.91.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289把已知条件代入式(3-1)可得结果:根据主电路的不同接线方式，有表3-1查的KI2“2/ld，即可得二次侧电流的有效值12= Id Ki2，从而求出变压器二次侧容量S2二口2卩212。而一次相电流有效值 II2/ U1/U2，所以一次侧容量S1二S2二m2U2l2。一次相电压有效值

26、U1取决于电网电压，所以变流变压器的平均容量为对于本设计K|2 =0.816 ,m2 = 3 ，l2=ld Kl2= IN Kl2 =1.7 220 0.816 = 305.184A设计时留取一定的裕量，可以取容量为350KV A的整流变压器。2. 整流元件晶闸管的选型选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压 Utm和额定电流It(AV)对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压Urm二，6U2.45U2，而考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽23倍的安全系数，则晶闸管额定电压 Utm计算结果：UTM =(2 3)URM =(2 3)

27、2.45 272.890 =1.337 2.006KV 取 2000V 。晶闸管额定电流It(AV)的有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。一般取按此原则 所得计算结果的1.52倍。已知1 d max =，1 N =1.718= 306 A可得晶闸管的额定电流It（AV）计算结果：tav心2）將= 168.708 224.943A取 300A本设计选用晶闸管的型号为 KP（3CT -300A（螺栓型）额定电压：VDRM 2000V额定电流：IT（AV） 300A门极触发电压：VGT 30 V门极触发电流：IGT 400 A3. 电抗器的设计（1）交流侧电抗器的选择为限制短路电流，所以在线路中

28、应接入一个空心的电抗器，称为进线电抗器。（2）直流侧电抗器的选择直流侧电抗器的主要作用为限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流 可逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。限制输出电流脉动的电感量Lm的计算LmUdm 5 I。 U22 江f dS 1 d式（3-2）= 300H输出电流的基波频率，单位为Hz，对于三相全控桥式中，Si-电流脉动系数，取5% 20%，本设计取10%电感量的有关数据单相全控桥三相半波三相全控桥带平衡电抗器的双反星形100150300300最大脉动时的a值1.20.880.800.802.851.460.6930.3483.186.753.97.8反并

29、联线路2.52交叉线路0.67Z表3-2电感量的相关参数输出电流保持连续的临界电感量 Ll的计算:式（3-3）L _ KLU2/Id min式中，Idmin为要求连续的最小负载的平均值，本设计中lmin%lN ； U2为变流装置交流侧相电压有效值。代入已知参数，可求的Lm=4.25mHLl =20.33mHLm和Ll包括了电动机电枢电感量Ld和折算到变流变压器二次侧的每相绕组漏电感Lb ,所以应扣除Ld和Lb ,才是实际的限制电流脉动的电感Lma和维持电流连续的实际临界电感LlrLd=Kd Unio32pnl n式（3-4）Lb=Kb%1001 n式（3-5）式中，K d -计算系数，对于一般

30、无补偿绕组电动机 Kd=812,对于快速无补偿绕组电动机KD=68，对于有补偿绕组电动机KD =56,其余系数均为电动机额定值，这里KD取10。n p-极对数，取np=2Uk%-变压器短路比，一般取为5% ;Kb-为计算系数，三相全控桥Kb =3.94403Ld=10103 =4.17mH2 2 1200 220二 0.286 mH,3.9 322.755 5B= 100 220实际要接入的平波电抗器电感Lk 电枢回路总电感L - Lk 2Lb Ld =15.59 2 0.286 4.17 =20.33mH 可取20mH4. 保护电路的设计（1）过电压保护通常分为交流侧和直流侧电压保护。前者常

31、采用的保护措施有阻容吸收装置、硒堆 吸收装置、金属氧化物压敏电阻。这里采用金属氧化物压敏电阻的过电压保护。压敏电阻是有氧化锌，氧化铋等烧结制成的非线性电阻元件，它具有正反相同很陡 的伏安特性，正常工作是漏电流小，损耗小，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强， 此外，它对冲击电压反映快，体积又比较小，故应用广泛。在三相的电路中，压敏电阻的接法是接成星形或三角形如图3-3所示。图3-3 二次侧过电压压敏电阻保护 压敏电阻额定电压的选择可按下式计算：UimA压敏电阻承受的额定电压峰值式（3-6 ）0.8 0.9式中UimA 压敏电阻的额定电压，VYJ型压敏电阻的额定电压有：100V、200V、44

32、0、760V、1000V等；为电网电压升高系数，可取1.05 1.10。压敏电阻承受的额 定电压峰值就是晶闸管控制角:=30时输出电压Ud：.。由此可将式(1-6)转化成 可得压敏电阻额定电压所以压敏电阻额定电压取 850V型压敏电阻。(2) 过电流保护 在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流保护，保护原理图3-4如下：图3-4 一次侧过电流保护电路(1) 熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。本课题设计中变压器的一次侧的线电压为760V，熔断器额定电压可选择800V。(2) 熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路的工作电流。 本课

33、题设计中变压器的一次侧的电流11II2U2/U1=341 322.755/760-144.82A熔断器额定电流I FU 1.64 =232A因此，如图3-4在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本课 题的设计要求熔断器的额定电压可选 400V,额定电流选232A。3. 5晶闸管的触发电路晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在必要的时刻由阻 断转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的放大和 输出环节。触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求：(1)触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽

34、于60或采用相隔60的双窄脉冲。(2)触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发 电流35倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达12A/ us。(3) 所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安 特性的可靠触发区域之内。(4) 应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。 理想的触发脉冲电流波形如图 4-1。图4-1 理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1 t2-脉冲前沿上升时间( 弐1丄S)t1 ta -强脉冲宽度I M -强脉冲幅值(引GT 5I GT )t1 t4 -脉冲宽度I -脉冲平顶幅值(1.5IgT 2I GT )本

35、设计课题是三相全三相全控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1VT2- VT3- VT VT5-VT6,晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60,可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体 管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图4-2。图4-2三相全控桥整流电路的集成触发电路3. 6双闭环调速系统的组成和设计双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的，实际的调速系统除要求对转速进行调整外，很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求，这就需要一个电流截止负反馈系统。由5-1图启动电流的变化特性可知，

36、在电机启动时，启动电流很快加大到允许过载能力 值Idm,并且保持不变，在这个条件下，转速n得到线性增长，当开到需要的大小时，电机的 电流急剧下降到克服负载所需的电流I fz值,对应这种要求可控硅整流器的电压在启动一开始 时应为IdmR,随着转速n的上升，U = IdmR Cen 也上升,达到稳转速时, U IfzRCen。这就要求在启动过程中把电动机的电流当作被调节量，使之维持在电机允许的最大值Idm,并保持不变。这就要求一个电流调节器来完成这个任务。带有速度调节器 和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的。图5-1带截止负反馈系统启动电流波形图5-2转速、电流双闭环直流调速系统原理

37、框图（注：ASR 转速调节器 ACR 电流调节器TG 直流测速发电机TA 电流互感器UPE 电力电子装置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）为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节 转速和电流，二者之间实行串级联接，如图5-2所示。这就是说把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上 看，电流调节环在里面，叫内环；转速调节环在外边，叫做外环，这样就形成了转速、电流 双闭环调速系统。（1）电流调节器的设计1. 时间常数的确定（1） 整流装置滞后时间常数，即三相桥

38、式电路的平均失控时间Ts=0.0017s（2） 电流滤波时间常数Toi。三相桥式电路的每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波 头，应有（12）Ti=3.3ms,因此取 Ti=2ms=0.002s（3）电流环小时间常数之和 口。按小时间常数近似处理，取Tz=Ts+Toi=0.0037s。（4）电磁时间常数T的确定。由前述已求出电枢回路总电感。则电磁时间常数T|- 10.17mH _ 0.0182sR瓦0.5602. 选择电流调节器的结构根据设计要求G -5%，并保证稳态电流无静差，可按典型I型系统设计电流调节器。电 流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型调节器，其传递函数为WKiS+1）（

39、 51）WACR （s） -（ 5-1）式中Ki电流调节器的比例系数；i 电流调节器的超前时间常数。检查对电源电压的抗扰性能：卫=00182 =4.92，参照表5-1的典型I型系统动态抗扰性T$0.0037能，各项指标都是可以接受的，因此基本确定电流调节器按典型I型系统设计。表5-1 典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比匕1.00.80.7070.60.5超调量CT0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间tp8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度y截止频率c0.243/T

40、0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T3. 计算电流调节器的参数电流调节器超前时间常数：-Tl=0.0182s,电流开环增益：要求G 5%时，取KIT-0.5，所以 心=-鼻=1 3 5s!1T邑 0.0037于是ACR的比例系数为KeR Ki 135.1 0.0182 0.56/ 36 0.024 =1.594KsP式中，为电流反馈系数其值为10V/ I n =0.024 ;晶闸管装置放大系数 Ks=364. 校验近似条件电流环截止频率： 匕=心=135.1s1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件13Ts1196.1s p3 0.0017s2）忽略反电动势变化对电流环动态影响

41、的条件1TmTl10.21 0.0182=48.54s：七3）电流环小时间常数近似处理条件1 厂 _ 110.0017s 0.002s二 180.78s，*满足近似条件满足近似条件满足近似条件5. 计算调节器电阻和电容由图5-3，按所用运算放大器取R）=40k，各电阻和电容值为图5-3含滤波环节的PI型电流调节器照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为J =4.3% ：5%，满足设计要求（2）转速调节器的设计1. 确定时间常数（1）电流环等效时间常数1/Ki。由前述已知，KIT0.5，贝U（2） 转速滤波时间常数Ton，根据所用测速发电机纹波情况，取 Ton=0.01s.（3）转速环小时

42、间常数 Tn。按小时间常数近似处理，取2. 选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数式为3. 计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，先取 h=5,则ASR的超前时间常数为则转速环开环增益N仝 2 s = 396.4s2吋 2 52 0.01742可得ASR的比例系数为式中电动势常数 CUn440 -220 0.06 =0.356 V.minr/转速反馈系数:-nN10V1200= 0.0083V.min/ r1200r / min4.检验近似条件转速截止频率为(1)电流环传递函数简化条件为11Ki3 口 3 0.0037135.1 s=63.7scn满足简化条件(2)转速环小时间常数近似处理条件为1Ki =1 135= 38.7s3 Ton31 0.01cn满足近似条件5. 计算调节器电阻和电容根据图5-4所示，取R0 =402，贝URn 二 KnR0 =13.31 40k = 532.4k1取 530k 1Cn 一 Rn4TonCon =R0图5-4087yF =0.164 10J3F530 103取 0.2uF40 103含滤波环节的PI型转速调节器6.校核转速超调量取1JF当h=5时，查表5-2典型丨型系统阶跃输入跟随性能指标得，j =37.6%，不能