晶闸管双闭环直流调速系统课程设计要点说明

1、晶闸管双闭环直流调速系统课程设计要点一。晶闸管整流器设计选择主电路形式：主电路连接形式的确定： 整流器主电路的连接形式有多种。选择时应考虑以下条件：(1)。可供使用的电网电源数量和容量； (2)。传动装置的功率；(3)。内容电压和电流脉动率； (4)。变速器是否需要可逆运转，是否需要反馈制动；本设计任务规定采用晶闸管三相全控桥式整流电路，具有以下特点：变压器利用率直流侧脉动元件利用率（传导角）直流磁化波形失真（失真因数）应用好 (0.95)更小 (m=6)更好的(120)没有任何更小 (0.955)广泛的应用三相全控桥计算系数全部流动改变压力设备二次相电流计算系数=0.816换向电抗压降系数=

2、0.5初级相电流计算系数=0.816整流电压计算系数=2.34检查电源计算系数=1.05水晶制动管子电压计算系数=2.45漏抗计算系数=1.22当前的计算系数=0.367漏抗换算系数=2反抗换算系数=22 整流变压器的选择：整流变压器的初级侧连接交流电网，次级侧连接整流装置。整流变压器的选择主要包括接线方式、额定电压、额定电流、容量等。(1)整流变压器的作用和特点整流变压器的作用：对整流器的输入电压电平进行变换。由于要求整流器输出直流电压恒定，如果整流桥电路的交流输入电压过高，则晶闸管的触发延迟角需要较大；如果整流器的输入电压过低，当触发延迟角为所需的最小电压额定值时，可能达不到负载。因此，通

3、常采用整流变压器对整流器的输入电压电平进行转换，以获得合适的二次电压。实现电网与整流器的电气隔离，改善电源电压波形，降低整流器谐波对电网的干扰。2）整流变压器的特点：由于整流器的每个桥臂在一个周期内导通，整流变压器次级绕组的电流不是正弦波（近似方波），电流中含有直流分量，一次电流不含直流分量，使整流变压器视在功率大于直流输出功率。当整流器短路或晶闸管击穿时，变压器中可能会流过很大的短路电流。为此，要求变压器的阻抗较大，以限制短路电流。由于整流变压器的非正弦电流造成较大的漏抗压降，其直流输出电压外特性比较软。整流变压器的二次侧可能会产生异常过电压，因此必须做好绝缘处理。3）整流变压器的接法(2)

4、。整流变压器二次相电压的计算1）整流变压器参数计算应考虑的因素。由于整流负载回路的电感足够大，变压器电阻和晶闸管的通态压降可以忽略不计，但在计算整流变压器的参数时还应考虑以下因素：a) 最小触发延迟角：对于要求直流输出电压保持恒定的整流装置，应能自动调节和补偿。一般可逆系统取3035，不可逆系统取1015。b) 电网电压波动：按照规定，电网电压内容波动范围为+5%-10%。考虑到在电网电压最低时仍能保证最大整流输出电压的要求，电压波动系数通常取为b=0.91.05。c) 漏抗引起的换相电压降。d) 晶闸管或整流二极管的正向压降。二次相电压计算a) 用于速度反馈的速度控制系统的整流变压器式中变压

5、器二次相电压（V）；电动机的额定电压（V）；整流电压计算系数；b电压波动系数，一般取b=0.901.05；晶闸管的最小触发延迟角；换流电感压降计算系数；变压器阻抗电压比，100KVA以下取0.05，容量越大越大（最大为0.1）；变压器的最大工作电流，等于电动机的最大工作电流（A）；- 电机的额定电流（A）。- 电机的电枢电阻 ( )。b) 对于要求不高的场合，也可以采用简单的计算，即c) 调速系统采用负速度反馈的三相桥式整流电路时，变压器二次侧一般接Y，也可估算如下：对于不可逆系统：对于可逆系统：二次相电流计算式中二次相电流的计算系数；- 整流器的额定直流电流 (A)。当整流器用于电枢供电时，

6、一般采用.在环流系统中，变压器通常有两个独立的次级绕组，其次级相电流为其中平均环流，通常为。初级相电流的计算式中初级相电流的计算系数；- 变压器的电压比。考虑变压器本身的励磁电流时，应乘以1.05左右的因数。(5)变压器容量的计算一次容量：二次容量：平均总容量：式中， 变压器原、副边绕组的相数，对于三相全控桥；一次相电流的计算系数；整流器空载电压（V）；二次相电流计算系数；- 整流电压计算系数。3、整流装置的选择：晶闸管选型：晶闸管的选型主要根据整流的工作条件，计算晶闸管的电压和电流值，选择晶闸管的型号和规格。在工频整流装置中，一般选用KP型普通晶闸管，其主要参数为额定电压和额定电流值。额定电

7、压应考虑以下因素：分析电路工作时晶闸管所能承受的最大电压值。考虑到实际情况，系统应该有足够的余量。通常可以考虑2到3倍的安全余量。这是式中晶闸管所能承受的最大电压值（V）。当整流器的输入电压和整流器的连接方式已经确定后，整流器的输入电压与晶闸管所能承受的最大电压具有固定的关系。计算系数表常用于选择计算，即式中晶闸管的电压计算系数；- 整流变压器二次相电压（V）。3) 根据计算值换算晶闸管的标准电压电平值。(2)额定电流的选择：晶闸管是过载能力小的元件。选择额定电流时，应预留足够的余量。通常应考虑1.52倍的安全余量。1) 通式：式中流过晶闸管的电流的最大有效值（A）。2）在实际计算中，负载的平

8、均电流往往是已知的，整流器的接法和工作方式已经确定，即流过晶闸管的最大有效值电流与平均负载有固定的系数关系当前的。这样，通过检查相应的系数来简化计算过程。当整流电路的电抗足够大且整流电流连续时，可用下面的经验公式来近似晶闸管的额定通态平均电流。式中晶闸管电流计算系数；整流器输出的最大平均电流（A）；晶闸管作为电枢电源时，取电动机工作电流的最大值。整流二极管计算与选型和晶闸管方法相同。4、平波电抗器的选择：主回路平波均压电抗器的作用及布置晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的。为了限制整流电流的脉动，保持电流的连续性，常在整流器的直流输出端接一个带有气隙的电抗器，称为平波电抗器。在有环流的可逆系统中

9、，环流不流过负载，而只流过正反向变换器组之间，可能对晶闸管造成过流损坏。为此，通常在环流通路中串联一个环流电抗器（称为平衡电抗器），以将环流电流限制在一定值。电抗器在电路中的位置不同，其作用也不同。对于不可逆系统，在电机的电枢端串联一个平滑电抗器，使电机负载能够获得平滑的直流电流，适当的电感可以防止电机在正常运行时电流不连续，并能也抑制了短路电流的上升。速度。(1) 平波电抗器的选择电抗器的主要参数有额定电抗、额定电流、额定电压降和结构形式。在计算各种整流电路中的平波电抗器和均衡电抗器的电感值时，应根据电抗器在电路中的作用进行选择和计算。a) 选择电抗器以减少电流脉动。b) 根据持续电流选择电

10、抗器。c) 选择限制环流的电抗器。此外，还应考虑限制短路电流上升率等。由于整流电路通常包括电机电枢电抗、变压器漏抗和外置电抗器电抗三部分，因此，应先求出电机电枢（或励磁绕组）电感和整流变压器的漏电感，然后计算需要外接电抗器的电感值。直流电机电枢电感： mH式中直流电动机的额定电压（V）；直流电动机的额定电流（A）；直流电机的额定转速（rpm/min）；P为直流电动机的极对数；- 计算系数。一般无补偿电机取812，快速无补偿电机取68，有补偿电机取56。2）整流变压器的漏感。整流变压器减小的二次侧各相漏感： （mH）式计算系数中，三相全桥取3.9，三相半波取6.75；整流变压器短路电压的百分比，

11、一般为0.050.1；整流变压器二次相电压（V）；- 直流电机的额定电流（A）。3）保证持续电流所需的电抗器的电感值。当电机负载电流小到一定程度时，会出现断续电流现象，软化直流电机的机械特性。为了使输出电流在最小负载电流下保持连续，所需的临界电感值可以计算为： (mH)式中，单相全控桥临界计算系数为2.87，三相半波为1.46，三相全控桥为0.693；整流变压器二次相电压（V）；电机的最小工作电流（A）一般为电机额定电流的5%10%。实际串联电抗器的电感值式中N系数，三相桥取2，其余取1。4) 限制电流脉动所需的电抗器电感值。由于晶闸管整流装置输出电压是脉动的，脉动电流可以看作是恒定的直流分量

12、和交流分量。通常负载需要直流分量，过大的交流分量会恶化电机的换向，增加铁损。因此，应在直流侧串联一个平滑电抗器，以限制输出电流的脉动。将输出电流纹波限制在所需范围内所需的最小电感：(mH)式中，单相全控桥临界计算系数为4.5，三相半波为2.25，三相全控桥为1.045；电流最大内容脉动系数，单相电路一般为20%，三相电路一般为5%10%；整流变压器二次侧相电压（V）；电机最小工作电流（A），为电机额定电流的5%10%。实际串联电抗器的电感值：(mH)式中N系数，三相桥取2，其余取1。(2)平衡电抗器选择：限制循环电流所需的电抗器电感值：(mH)式中计算系数，单相全控桥2.87，三相半波1.46

13、，三相全控桥0.693；- 循环的平均值（A）；整流变压器二次侧相电压（V）。实际串联均衡电抗器的电感值：(mH)5、触发电路的选择；2、系统主要参数的估算与计算该系统的许多参数是通过现场实验确定的。有了测试条件，当然是好的。这里介绍的是在不满足测试条件时如何估计方法。最少要掌握的原始数据：实际上大致是电机铭牌数据：2. 导出参数：式中： 每周期换向次数；整流变压器的短路电压比标注在铭牌数据上，也可以通过电工手册查核，一般在0.05左右；整流变压器次级绕组的相电压（V）；- 整流变压器次级绕组的相电流 (A)。中： 电枢回路总电感（H）；电枢回路总电阻值（ ）。三、系统参数- 晶闸管整流放大系

14、数；晶闸管整流器失控时间（s），见表2-2；- 速度过滤时间常数（s）；- 电流滤波时间常数（s）；系统的最高运行速度（r/min）；电机的最大内容电流（A）；电动机的最大内容过载系数；速度给定信号的最大值（V）；电流给定信号的最大值（V）；速度反馈系数（Vs/min）；电流反馈系数（V/A）；三种电流调节器和速度调节器的工程设计思路速度和电流负反馈双闭环速度控制系统的组成图3-2速度电流双闭环直流调速系统结构ASR调速器ACR电流调节器TG测速发电机TA电流互感器UPE电力电子转换器为了获得良好的静态和动态性能， PI调节器一般用于速度调节器和电流调节器。这样构成的双闭环直流调速系统的电路原

15、理图如下图所示。两个稳压器的输出都是有限的。调速器ASR的输出限制电压U* im决定了当前给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限制电压U cm限制了电力电子变换器的最大输出电压U dm 。在双闭环速度控制系统稳态运行中，当两个调节器不饱和时，变量之间存在如下关系：上述关系表明，在稳态工作点，转速n由给定电压U* n决定； ASR的输出U* i由负载电流I dL决定；控制电压U c取决于n和I d ，或者换句话说，同时取决于U * n和I dL 。速度反馈系数电流反馈系数图2-22双闭环调速系统动态结构图系统设计的一般原则： “先循环，后外循环” 。即从圆环开始，逐渐向外扩展。这里先设计电流

16、调节器，然后把整个电流环作为调速系统中的一个环节，再设计调速器。(1) 电流调节器的设计电流调节器的设计分为以下几个步骤：1.电流回路结构图的简化： 简化容量：（1）忽略反电动势的动态影响； (2) 相当于一个单位负反馈系统：(3) 小惯性元的近似处理：由于T s和T 0i一般比Tl小很多，所以可以看作小惯性群，可以近似看作一个惯性元，其时间常数为T i = T s + Toi _简化的近似条件是电流回路结构图最终简化为图3-19c 。2 、电流调节器结构的选择：从稳态要求来看，希望电流没有静差，从而获得理想的堵转特性。从图3-19c 可以看出，I型系统就足够了。从动态要求的角度来看，实际系统

17、不内容在突然施加控制动作时电枢电流有太大的过冲，以保证在动态过程中电流不超过内容值，并且时间到-时间抗扰动对电网电压波动的影响只是次要因素，为此，电流环应根据以下性能，选择典型的I型系统。如图3-19c所示，电流环的控制对象为双惯性型。要将其校正为典型的I型系统，显然应使用PI型电流调节器，其传递函数可写为式中K i 电流调节器的比例系数；t i -电流调节器的超前时间常数。3 、电流调节器参数计算要使用控制对象的大时间常数极点取消调节器零，请选择那么电流环的动态结构图就变成了如图3-20a所示的典型形式，其中,希望电流过冲si 5% , 由表3-1 , 可选x =0.707 , K I T

18、Si =0.5 , 那么4.电流调节器的实施U * i为当前给定电压； bI d为电流负反馈电压；U c 电力电子变流器的控制电压。(2)调速器的设计调速器的设计分为以下几个步骤：1 、电流环等效闭环传递函数：电流环经过简化后可以看成是速度环中的一个环节。为此，必须获得其闭环传递函数。从图3-20a可以看出忽略高阶项，上式可简化为近似大概条件其中w cn速度环开环频率特性的截止频率。连接到速度环，电流环的等效环节的输入应该是U *i( s ) ，所以速度环中的电流环应该等价于2 、调速器结构的选择速度环的动态结构系统等效和小惯量的近似处理：如在电流环中，将速度给定滤波和反馈滤波环节移到环中，同时将给定信号变为U * n ( s )/ a ，然后改变时间常数1/ K I和T 0n这两个小的惯性元素组合起来近似一个时间常数为总和的惯性元素，其中速环结构简化为达到无静速差，负载扰动作用点前必须有积分环节，应包含在调速器ASR中（见图3-22b ），现在扰动后有积分环节作用点，所以速度环的开环传递函数应该有两个积分环节，所以应该设计成典型的型系统，也能满足良好的动态抗扰动性能的要求。可以看出， ASR也应