不可逆V-M双闭环直流调速系统设计课设

1、不可逆V-M双闭环直流调速系统设计一 性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：；空载起动到额定转速时。二 给定电机及系统参数，主回路总电阻系统飞轮惯量系统最大给定电压ACR、ASR调节器限幅值调到为。三 设计步骤及说明书要求1 画出双闭环系统结构图，并简要说明工作原理。2 根据给定电机参数，设计整流变压器，并选择变压器容量；选择晶闸管的参数并确定过流、过压保护元件参数。3 分析触发电路及同步相位选择。4 设计ACR、ASR并满足给定性能指标。5 完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。6打印说明书（A4），打印电气原理图（A4）。摘要：本文所论述的是“转速、电

2、流双闭环直流调速系统转述单闭环直流调速系统的主电路设计与研究”。主电路设计是依据晶闸管-电动机（VM）系统组成，其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机-发电机组等组成。整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交流电源。关键词：直流调速；晶闸管；双闭环V-M double closed loop irreversible cocurrent velocity modulation system's designAbstract:What this article

3、 elaborates is “the rotational speed, the electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system rephrases in own words the single closed loop cocurrent velocity modulation system's main circuit design and the research”. The main circuit design is rests on the thyristor - elect

4、ric motor (V-M) the system composition, Its system by rectification transformer TR, the thyristor rectification speeder, flat wave reactor L and the electric motor - power set and so on is composed. After rectification transformer TR and the thyristor rectification speeder's function is the alte

5、rnating current rectification which, inputs turns the direct current; The flat wave reactor L function is causes the output the direct current to be smoother; The electric motor - power set provides the three-phase AC power source .Key words: direct-current velocity modulation;thyristor;double close

6、d loop1双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。1.1双闭环直流调速系统的原理框图1.2双闭环直流调速系统的稳态结构图工作原理：由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速环包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串

7、联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。2主电路各器件的选择和计算2.1整流变压器参数计算整流输出平均电压Ud=2.34U2cosa (a60°)忽略晶闸管和电抗器的压降，则可以求得变压器副边输出:U2=2301+82.55*1.4/230(2-1)/2.34*0.9* cosa=198.4V副边输出有效电压=2 U2 =281V副边输出有效电流I2=0.816*IN=0.816*82.55A=67.4A 考虑电机过载系数

8、为那么输出电流应可以达到134.7A变压器容量为SN=3 U2 I2=1.732*281*134.7=65.6KVA考虑晶闸管和电抗器的压降，变压器本身漏磁，并根据变压器应留有一定裕量的原则。应选择参数为额定容量为80KVA的变压器。2.2 可控晶闸管参数选择 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) 。首先确定晶闸管额定电压UTM ,晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压URM ，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素要放宽2-3倍的安全系数，计算公式：UTM =（23）URM 故计算的晶闸管额定电压：UTM=（23）URM =（23）6 U2 =（23

9、）*2.45*281=1376.92065.3V 取1600V。再确定晶闸管额定电流IT(AV) ，额定电流有效值大于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。Idmax=2*82.55=165.1AIVT=1/3 Idmax =95.3A由此可求出晶闸管的额定电流，公式为：IT(AV) =（1.52）IVT /1.57=91.02121.2A取额定电流为110A。2.3过压保护元件参数2.3.1交流侧过电压保护交流侧过电压保护如下图所示：在变压器次级并联RC电路，以吸收变压器铁心的磁场释放的能量，并把它转换为电容器的电场能而存储起来，串联电阻是为了在能量转换过程中可以消耗

10、一部分能量并且抑制LC回路可能产生的震荡。(1)电容的计算电容C的耐压：UC1.5×3×2U2V式中 ST变压器每相平均计算容量（VA），U2变压器次级相电压有效值（V），励磁电流百分比，当ST几百伏安时=10，当ST1000伏安时=35。UK%变压器的短路电压百分比。IC,UC当R正常工作时电流电压的有效值。 UK%=5，=5，ST=50KV C1/3*6*5*50/2812=6.33 uF选择C=6F，耐压1000V的电容。(2)电阻值的计算 取R=10RC支路电流IC近似为：电阻R的功率为2.3.2直流侧过电压保护当直流侧快速开关断开或桥臂快熔熔断时会产生过电压，用压

11、敏电阻抑制过电压或用单相VTS。此次设计中采用压敏电阻，压敏电阻的额定电压U1mA的选取可按下式计算，Ud0为晶闸管控制角=00时直流输出电压。保护措施如图： 2.4过电流继电器的选择对于频繁操作的电动机，通常用电磁式过流继电器做短路保护。如何选择继电器：1.根据电流种类，选择继电器形式。2.继电器额定电流大于或等于电动机的额定电流。3.继电器动作电流的整定值Id=1.11.3Ig式中为电动机起动电流的最大值。2.5快速熔断器的选择普通熔断丝由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔断，这样就起不了保护作用。因此必须采用专用于保护晶闸管的快速熔断器。快速熔断器用的是银质

12、熔丝，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏之前熔断，这是晶闸管过电流保护的主要措施。选择快速熔断器时应考虑：1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定。2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。3)快熔的I2t值应小于被保护器件的允许I2t值。4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间-电流特性。此次设计采用快熔作为短路过电流保护的装置，如下图所示：熔断器的参数选择：额定电压URN： ，为可控硅元件的电压计算系数，取 =2.45额定电流：IRNKiKaIRA ，电流裕度系数，取=1.11.5，环境温度系数，取=11.2，实际流过快熔的电流有效值。因U2=271.5

13、V， 取URN=500V， 取=100A。 根据算出的额定参数可选择相应的快速熔断器。3.触发电路及同步相位选择三相整流电路中必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲为此可以采用两种办法：一种是使每个触发脉冲宽度大于60°，称宽脉冲触发；另一种是在触发某一信号前给一晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲等效代替一个宽脉冲，称为双脉冲触发。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，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3-5倍。理想的触发

14、脉冲电流波形如下电路采用集成触发电路，因为集成触发电路可靠性高，技术性好，体积小，功耗低，调试方便。随着集成电路制作技术的提高，晶闸管触发电路的集成化已经逐渐普及，现已逐步取代分立式电路。目前国内常用的有KJ系列和KC系列，本电路采用KJ系列集成触发电路。采用三片KJ004和一片KJ041,即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥触发电路4控制电路设计计算4.1转速给定环节的设计计算转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。4.2转速检测环节和电流检测环节

15、的设计1. 转速检测电路设计转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。5 双闭环直流调速系统的动态设计5.1电流调节器的设计双闭环调速系统的稳态参数计算和无静差系统的稳态计算相似，根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数转速反馈系数=Unm*nmax=101450=0.0069V.min/r电流反馈系数反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。

16、实际反电动势与转速成正比，系统的电磁时间常数远小于机电时间常数，因此转速的变化往往比电流变化慢的多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，这样在按动态性能设计电流环时，可以不考虑反电动势变化的影响。电流环动态结构图可简化为：（1）确定时间常数整流滤波时间常数Ts，三相桥式电路的平均失控时间Ts =0.0017s；电流滤波时间常数Toi，三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本虑平波头，应有（12）Toi =3.33ms，因此取Toi =2ms=0.002s；电流环小时间常数Ti，按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.003

17、7s。（2）选择电流调节器结构由设计要求：i%5%并保证稳态电流无差，可按典型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型电流调节器，其传递函数为:WACRS=Kiis+1isKi-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：TLTi=0.020.0037=5.41对照典型型系统动态抗扰性能(见下表1)，各项指标都是可以接受的。(3)计算电流调节器参数1)电流调节器超前时间常数i=TL=0.02S2)电流环开环增益：电流开环增益：要求5%时，按表5应取KITi=0.5，因此KI=0.5/Ti=0.5/0.0037=135.1s-1。取KS=4

18、0，而电流反馈系数可得ACR的比例系数为典型型系统动态抗扰性能m=T2T1=TT2 1/5 1/10 1/20 1/30CmaxCb×100% 27.8% 16.6% 9.3% 6.5%tmT 2.8 3.4 3.8 4.0tvT 14.7 21.7 28.7 30.4表1典型型系统动态抗扰性能(4)校验近似条件：电流环截至频率：ci=KI=135.1s-11) 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件。2)检验忽略反电势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件。3）电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件。(5)计算调节器电阻和电容按所用运算放大器取R0=40k，各电阻和电容

19、值为：Ri=KiR0=1.97×40=78.8k，取79 k。 Ci=i/R1=0.02/（79×103）=9F，取0.4F。 C0i=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2F，取0.2F。按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为=4.3%5%，满足设计要求。5.2转速调节器的设计电流环简化后可视为转速环中的一个环节，这样用电流等效环节代替后整个转速控制系统的动态结构图如下。为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应包含在转速调节器中,由于扰动作用点后面已经有了一个积分环节，所以转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应

20、设计成典型型系统。1.确定时间常数1）电流环等效时间常数1/KI：已取KITi=0.5，则1/KI=2Ti=2×0.0037=0.0074s。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=0.001s。3）转速环小时间常数Tn：按小时间近似处理, Tn=1/KI+Ton=0.0074+0.001=0.0084s2.选择转速调节器的结构按照设计要求，选用典型型系统的PI调节器，其传递函数为 3.计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为n=hTn=5×0.0084=0.042s，可求得转速环开环增益于是可得ASR的比例系数为4.校验近似条件由式K=1c得转速环截止频率为 电流环传递函数简化条件为：满足简化条件。转速环小时间常数近似处理条件为：满足近似条件。5.计算调节器电阻和电容按所用运算放大器取R0=40k，各电阻和电容值为：R1=KnR0=13.7×