双闭环不可逆直流调速系统毕业论文

1、双闭环不可逆直流调速系统根据晶闸管的特性，通过调节控制角的大小来调节电压，基于设计题 目，直流电动机调速控制器选用了转速电流双闭环调速控制电路，在设计 中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电，本文先确定主电路的结构形式和各个元部件的设计，同时对其参数进 行计算，包括晶闸管、电抗器，直流电动机调速控制器电路，本文采用转 速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速 控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计 两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作 用，二者之间实行审级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输 入，在把

2、电流调节器的输出去控制品闸管整流器的触发装置。该双闭环调 速系统的两个调节器 asr和acr都采用pi调节器，以便能保证系统获得 良好的静态和动态性能转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用是减小 转速误差，采用 pi调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输 出限幅决定电动机允许的最大电流；电流调节器在双闭环直流调速系统中的 作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化；对电网的波动起到及时抗干扰 作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。本课题内容重 点包括电流、转速控制器的原理，并且根据原理对控制器的两个调节进行 了详细的设计，概述整个电路的动静态性能，并各部分的保护和品闸管的 触发

3、电路设计，最后将整个控制器的电路图设计完成。关键词 双闭环；晶闸管；可逆直流调速系统；sr; cr;静差摘要i第1章绪论-1 -1.1 课题的背景和意义-1 -1.2 课题的发展状况-2 -1.3 设计要求-2 -1.4 设计内容-2 -1.5 本章小结错误！未定义书签。第2章系统主电路设计-3 -2.1 系统主电路结构设计 -3 -2.2 实验系统组成及工作原理 -5 -2.3 给定器的设计-7 -2.3.1 电压给定器-7 -2.3.2 零速封锁器dzs-7 -2.3.3 速度变换器fbs-7 -2.3.4 速度调节器asr-8 -2.3.5 电流调节器acr-8 -2.3.6 触发装置g

4、t-8 -2.4 主电路参数的设计-9 -2.4.1 晶闸管参数计-9 -2.4.2 晶闸管的额定电流计算 -9 -2.4.3 晶闸管的额定电压计算 -10 -2.4.4 平波电抗器的参数计算 -10 -2.5 本章小结-11 -第3章调节器的计算-12 -3.1 确定电流调节器的时间参数 -12 -3.2 选择电流调节器的结构 -12 -3.3 计算电流调节器的参数 -13 -3.4 校验近似条件 -13 -3.5 计算调节器电阻和电容 -13 -3.6 本章小结17第4章 速度调节器的设计 -15 -4.1 确定转速调节器的时间常数 -15 -4.2 转速调节器的结构设计 -15 -4.2

5、.1 转速调节器的选择 -15 -4.3 计算转速调节调节器参数 -16 -4.4 校验近似条件 -16 -4.5 计算调节器电阻和电容 -17 -4.6 本章小结-17 -第5章保护电路设计-18 -5.1 过电压保护-18 -5.2 过电流保护-19 -5.2.1 转速调节器的选择 -20 -5.3 本章小结 -20 -结论-21 -参考文献-23 -致谢-22 -附录-24 -iii -第1章绪论1.1 课题的背景和意义许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具 有良好的稳态，动态性能。而直流调速系统调速范围广，静差率小，稳定 性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动

6、技术领域中，相当长时间 内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系 统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应 快，抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗干扰 性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑 制。采用转速负反馈和 pi调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳 定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要 求起制动，突加负载动态速率小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主 要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转 矩。在单闭环系统中，只有电流截止至限制电流的冲击，并

7、不能很理想的 控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条 件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流 （转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到 达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转 入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最 大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的 得到广泛应用，对其生产工艺，产品质量的要求不断提高，这就需要越来 越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统 作一些深入

8、的了解和研究。本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调 速系统，包括主电路和控制电路。主电路由晶闸管构成，控制电路主要由 检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速监测和电流检测等部分。按电机的类型不同，电气传动又分交流调速和直流调速。直流调速是 指人为的或自动的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， 宜于在广泛的范围内平滑调速，在轧钢机，矿井卷扬机，挖掘机，海洋钻 机，金属切削机床，制造

9、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。1.2 课题的发展状况近年来，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中有着具足轻重的作用。另 一方面，需要指出的是电气传动与自动控制有着密切的关系。调速传动的 控制装置主要是各种电力电子变流器，它为电动机提供可控的直流或交流 电流，并成为弱点控制强点的媒介10可以说，电力电子技术的进步是电 气传动调速系统发展的有力推动。把这两者结合起来研究直流调速系统， 更有利于对直流调速系统的全面认识。1.3 设计要求1 .稳

10、态无静差叼5% ,空载起动到额定转速超调仃n 10%2 .完成系统个环节的原理图设计和参数计算3 .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。4 .调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施设计不可逆转速、电流双闭环直流调速系统，基本技术数据参数如1.直流电动机：pn=150kw, un=220v, in=700a, nn=1000r/min,入=1.5, 22ra=0.05 qk =2mh , ts = 0.0017s,gd2=125nm2,电枢回路总电阻r=0.8qo1.4设计内容

11、1 .根据题目的技术要求，分析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的计算（包括电力电子器 件、平波电抗器与保护电路等）3 .动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定 asr 调节器和acr调节器的结构形式及进行参数计算，使调节系统工作稳 定，并满足动态性能指标的要求。4 .绘制v-m双闭环直流不可逆调速系统电器原理图。第2章系统主电路设计2.1 系统主电路结构设计变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的 可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和 脉宽调制变换器。旋转

12、变流机组简称g-m系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不 便。静止可控整流器又称 v-m系统，通过调节触发装置 gt的控制电压来 移动触发脉冲的相位，即可改变 ud,从而实现平滑调速，且控制作用快速 性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用pwm受器件限制，适用于中、小功率的系统。根据本设计的技术要求和特点选v-m系统。在v-m系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置 gt输出脉冲的 相位，从而方便的改变整流器的输出瞬时电压udo由于要求直流电压脉动较小，故采用三相全控桥式整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能 要求，选择品闸

13、管三相全控桥整流器供电方案。因三相桥式全控整流电压 的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约 一半，这是三相整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、 无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效 率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上所述，选 品闸管三相全控桥整流电路供电方案。三相桥式全控整流电路的原理如图 2-1所示，习惯将其中阴极连接在 一起到3个晶闸管（vt1、vt3、vt5）称为共阴极；阳极连接在一起的 3 个晶闸管（vt4、vt6、vt2）称为共阳极，另外通常习惯品闸管从 1至6 的顺序导通，为此将品闸管按图示的

14、顺序编号，即共阴极组中与 a, b, c 三相电源相接的3个晶体管分别是vt1、vt3、vt5,共阳极组中与a, b, c三相电源相接的3个晶闸管分别是vt4、vt6、vt2。其工作特点如下：每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一 个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的品闸管。对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按 vt1 -vt2-vt3-vt4- vt5 -vt6的顺序相为，相位依次相差 60 ：；共阴极组 vt1、vt3、vt5 的脉冲依次差120；共阳极组vt4、vt6、vt2也依次差120 ：;同一相的上 下两个桥臂即 vt1与vt4 , vt3

15、与vt6 , vt5与vt2脉冲相差180二。图2-1三相桥式全控整流电路原理图整流输出电压ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路 为六脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作， 需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。为此，可采用两种方法：一 种是使脉冲宽度大于60二（一月800 80100）,称为宽脉冲触发；另一种方 法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄 脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差 60,脉宽一般为2030,称为 双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲 触发电路虽可少输出一半脉冲，但

16、为了不使脉冲变压器饱和，需将铁芯体 积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸 管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又触发电路复杂化。 因此，常用的是双脉冲触发。启动时，加入给定电压 ug,速度调节器和电流调节器即以饱和限幅值 输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，知道电机转速达到给定 转速，并在出现超调后，速度调节器和电流调节器退出饱和，最后稳定在 略低于给定转速值下运行。系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压ug的大小即可方便地改变电动机的转速。电流调节器、速度调节器均设有限幅环节，速度 调节器的输出作为电流调节器的给定，利用速度调节器输出限幅可

17、达到限 制启动电流的目的，电流调节器的输出作为触发电路的控制电压ua,利用电流调节器的输出的限幅可达到限制 umax的目的。如下图2-2是双闭环 不可逆直流调速系统原理图。号图2-2双闭环直流调速系统电路原理图g:给定器 dzs:零速封锁器asr:速度调节器acr:电流调节器gt:触发装置 fbs:速度变换器fa:过流保护器 fbc:电流变换器api: i组脉冲放大器双闭环直流系统的稳态结构图如图 2-3所示，分析双闭环调速系统静 特性的关键是掌握 pi调节器的稳太特征。一般存在两种状况：饱和输出达到限幅值；不饱和 输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出 为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当

18、与使该调节环开环。当调节器 不饱和时，pi作用使输入偏差电压au在稳太时总是为零.图2-3双闭环直流调速系统的稳态结构图2.2 实验系统组成及工作原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调 节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电 流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系-25 -统的组成如图2-4所示图2-4实验系统组成2.3 给定器的设计2.3.1 电压给定器给定器g的原理图如图2-5所示。给定器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给定电压。本设计是不可逆系统所以只需 要给定正电压，电压给定器是由两个电位

19、器rpi、rp2及一个钮子开关 sl组成。rpi、rp2分别用来调节正负电压的大小，最大输出电压为+0v,s2为开停开关。其中两个电位器的电阻都取10kg,又因为uc=10v ,则其功率2p = = 100 3 w =0.0iw ,则取用功率为0.02w的电阻。r 10 10+ 10v图2-5给定器原理图2.3.2 零速封锁器dzs零速封锁器的作用是当系统处于停车状态时，即给定电压为零，同时 电动机转速速也为零时40将系统中所有调节器锁零，以避免停车时，由 于个调节器的零点漂移，致使晶闸管整流电路有微量的输出，从而使保证 电机不会爬行。2.3.3 速度变换器fbs速度变换器它的主要作用是将直流

20、测速发电机的输出电压进行滤波， 滤除交流分量并变换为能满足系统需要的与电动机转速成正比的电压作为 系统的转速反馈信号，速度变换器为速度检测变换环节，所以还备有转速 的检测信号。其原理图如图2-6所示。ri o3zzc1图2-6速度变换器原理图2.3.4 速度调节器asr如图2-3所示，速度调节器由二极管vd3、vd4和电位器rpl、rp2i& 成正负限幅可调的限幅电路。由c5、r5组成反馈微分校正网络，有助于 抑制振荡，减少超调，速度调节器可为比例调节器，也可接成比例积分 调节器，场效管vt1,为零速封锁电路，当a端为0v时，vd5导通，将 调节器反馈网络短接而封锁；当a端为-15v时，vd5

21、夹断，调节器投入 工作。2.3.5 电流调节器acr电流调节器工作原理基本上与速度调节器相同，与速度调节器相比， 增加了 4个输端，“周接推b信号，”4和”6按逻辑控制器的相应输出端 uz和 uf,当这一端为高电平时，三极管 vt1、vt2导通将ugi和u信号对地短 接，用于逻辑无环流可逆系 vt3、vt4组成互补输出电流放大级。2.3.6 触发装置gt触发装置gt和i组脉冲放大器ap1触发电路原理，三相桥式全控整 流电路相当于一组共阴极的三相半波和一组共阳极的三相半波可控整流电 路串联起来构成的，习惯上将品闸管按照其导通顺序编号共阴极的一组为 vt1、vt3和vt5 ,共阳极的一组为 vt2

22、、vt4和vt6。本设计采用dk01的触发装置为集成触发电路，在由 kc04, kc41, kc42集成触发电路芯片基础上，增加了由 cd4066, cd4069等芯片构成 的模拟开关，以控制输出触发脉冲的形式。kc04是移相集成触发器，kc41是六路双脉冲形成器，kc41与三块kc04可组成三相全控桥双脉冲 触发电路，kc42为脉冲列调整形成器，以减小触发电源功率及脉冲变压 器体积，提高脉冲前沿陡度。2.4主电路参数的设计由于整流输出电压u的波形在一周期内波动6次的波形相同，因此在 计算时只需对一个脉冲进行计算。因此得到整流输出平均电压ud=2.34u2cos取 a =0由电机时间参数取ud

23、=un=220v则 u2=94vu cm io-=0.01v min rnn10002.4.1晶闸管参数计在晶闸管整流装置找中采用三相桥式全控整流，有变压器为整流装置 提供电源，可控整流的原理：当品闸管的阳极和阴极承受正向电压并且门 极加触发信号晶闸管导通，并且去掉门极的触发信号晶闸管依然维持导 通，当品闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信 号晶闸管关断。对于三相桥式整流电路，品闸管电流的有效值为：,1 . c ,12 = ivt :i d =0.577i d3由电机参数可取id=700a则品闸管的额定电流为：ivt(av) = =0.3681d =0.368 700 a

24、=257.6a 1.57取1.52倍的安全裕量，1vt(av) =500a。由于电流连续，因此品闸管最大正反向峰值电压均为变压器二次线电 压峰值，即：ufm =urm =2.45j2 =2.45 94-230v取23倍的安全裕量，uvt =600v2.4.2晶闸管的额定电流计算品闸管的电流定额主要由其通态平均电流it来标称，规定为品闸管在环境为40 c和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温是允许流过 的最大工频正弦半波电流的平均值。因此在使用时同样应按照实际波形的电流与通态平均电流所造成的发热效应相等，即有效值相等的原则来选取 品闸管的电流定额，并留有一定裕量。一般取其通态平均电流为此原则

25、所 得计算结果的1.5-2倍。可按下式计算：1 t(av)=1.52kfbidm式中计算系数 kfb = kf /1.57kb由整流电路型式而定，kf为波形系数，。为共阴极或共阳极电路的支路数。当a=0时，三相全控桥电路kfb =0.368故品闸管额定电流it(av) =(1.5-2)kfb1dm = 1.520.368 220 1.5 = 182.16242.88 a取其电流定额为200a。2.4.3 晶闸管的额定电压计算通常取晶闸管的断态重复峰值电压u drm和反向重复峰值电压u rrm中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量， 一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管

26、所承受峰值电压的2-3倍。本设计中峰值电压utm - ?6u 2 = 538.9v品闸管电压定额 utn = 23 utm = 23 538.9 = 1077.81616.7 v取其电压定额utn=1500v。2.4.4 平波电抗器的参数计算平波电抗器l的功能是使输出的直流电流更平滑，平波电抗器用于整 流以后的直流回路中，整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整流直流 电压中总是有纹波的，这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑 制，平波电抗器的电感一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择，通 常首先给定最小电流idmin=(5%-10%)in,这里取10%。在用它计算所需的总 电感量，减去

27、电枢电感既得平波电感值对于三相桥式整流电路，总电感量 的计算公式为：l -0.6-guidm i nidmin=0.07 700a=49a94由电机时间参数取 u2=94v,则ll =0.69父一 =1.2mh 。50,一k u 103电枢电感lm的计算公式为lm=kdun 10 (mh)paninp电动机磁极对数，kd计算系数，对一般无补偿电机：kd =8u 12一 _3那么电枢电感lm = 10 220 10=0.78mh2 2 1000 700平波电抗器电感值取为 ll=1.2-0.78=0.42mh2.5本章小结主电路主要包括电压给定器，零速封锁器dzs,速度变换器fbs,速度调节器a

28、sr,电流调节器acr,触发装置gt。第3章调节器的计算3.1确定电流调节器的时间参数1 .整流装置滞后时间ts：三相桥式电路的平均失控时间ts = 0.0017s2 .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,为了基本滤平波头应有（12 ） toi = 3.33s。贝u toi=0.002s。3 .电流环小时间常数丁工：按小时间常数近似处理：tz =ts +toi = 0.0037s。l 2 10tl0.0025sr 0.8ce 电动机的电动势系数：= 0.185c un - in ra 220 -700 0.05ce nn1000cm 电动机额定励磁下的转矩系数:

29、tm一电力系统机电时间常数tm =gd2r375cecm125 0.8375 0.185 1.767= 0.8163.2 选择电流调节器的结构从稳态上看，要求电流无静差，可得到理想的堵转性。从动态上看,系统不应该有电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动 态过程中不超过允许值。而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要因 素。为此，电流环以跟随性为主5。选用典型i型系统，采用pi调节器, 其传递函数为：wacr( s)ki(s 1)检查对电源电压的抗扰性能:=00025 = 0.676采用典型i型系统t%0.0037动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的ff=03.3 计算电流调节器的参

30、数1 .为了让调节器的零点与控制对象的大时间常数极点对消，则电流 调节器超前时间常数：冕=tl = 0.0025s。2 .采用西门子 最佳整定”方法的 模最佳系统”，参数取：之=0.707,kit5=0.5,叼=4.3%。因此，电流开环增益：ki = = = 135.1s，t;0.0037电流反馈系数：=unm =也=-10 =0.0095v min.,ridm in 1.5 700电位器给定电压uc=10v,则品闸管整流放大系数：ks =匕= 220 =22uc 10acr的比例系数为:kiki ir 135.1 0.0025 0.8 彳 -=1.293ks ：22 0.00953.4校验近

31、似条件电流环截止频率： ci = ki = 135.1s1.晶闸管整流装置传递函数的近似条件113ts3 0.00171：196.1s ci2 .忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件3 13 -1： 66.42s，：二、tmtl1 0.816 0.0025ci3.电流环小时间常数近似处理条件113 0.0017 0.002：180.78sci满足近似条件满足近似条件满足近似条件pi型电流调节器，其原理图如-pid为电流负反馈电压6,调节uc oc3.5 计算调节器电阻和电容采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式 图3-1所示。图中u：为电流给定电压, 器的输出就是电力电子变换器的控制电压图3-1

32、pi型电流调速器所用运算放大器取r=40kc,则各电阻和电容值为:r = kir0 =1.293父40=51.70， 取 52kc。ci =，= 0.002? =0.048rf , 取 0.05 西r 52 103电流调节器设计完成。3.6 本章小结本章主要是阐述电流调节器的计算，包括确定电流调节器的时间参 数、结构、其他参数、校验近似条件以及计算调节器的电阻和电容。第4章速度调节器的设计4.1 确定转速调节器的时间常数1电流环等效时间常数：=2tq =2 0.0037 s = 0.0074ski -转速滤波时间常数：ton = 0.005s转速环小时间常数：按小时间常数近似处理，取.1t t

33、% =一 ton =0.0074s 0.005s =0.0124 s一 ki转速反馈系数：.=u竺=0 = 0.01v min. rnn10004.2 转速调节器的结构设计4.2.1 转速调节器的选择为实现转速无静差，转速环开环传递函数应有两个积分，在负载扰动 作用点前面必须有一个积分环节包含在转速调节器asr中，使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能7,所以应该选择典型ii型 系统,这样系统动态抗扰性能好。asr采用pi调节器，其传递函数为：w -kn( ns 1)wasr(s) 八ns含给定滤波和反馈滤波的pi型转速调节器原理图如图4-1。图4-1含给定滤波和反馈滤波的pi型转

34、速调节器4.3 计算转速调节调节器参数按跟随性与抗扰性能较好的原则，取h=3, qn=52.6%。当h=3时调节时间最短，动态跟随性能适中。则asr的超前时间常数为：tn =htn =3x0.0124= 0.0372s转速环开环增益：kn = hj2 =r-42 :1445s2h2t/2 32 0.01242asr的比例系数为k _(h 1)-cetm 4 0.0095 0.185 0.816 = 9 638n 2h： rtz2 3 0.01 0.8 0.01244.4 校验近似条件kz1转速环截止频率为：-cn = - = kn n =1445 0.0378 = 54.62s 11 .电流环

35、传递函数简化条件为= 63.7s， cn cn满足简化条件满足简化条件1 ki =1135.13tt - 3、0.00372 .转速环小时间常数近似处理条件为134.5 计算调节器电阻和电容所用运算放大器取r=40kc,则rncn0.0372conrn 358.52 1034ton 4 0.005=0.104叶ro40000= 0.5f= knr0 =9.638 40k-385.522按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载启动到额定转速时的转 速超调量：. c ：cmax、；-n 2(-)( -z)cb能满足转速环设计要求。2n t*一ntm700 0.80 1850.0124=2 0.72

36、2 1.50.1859.9% 10%10000.8164.6 本章小结本章主要是对速度调节器的设计，主要包括确定转速调节器的时间参 数、结构设计、选择、计算转速调节器的参数、校验近似条件、计算电阻 和电容。第5章保护电路设计5.1过电压保护过电压保护可分为交流侧和直流侧过电压保护，前面常采用的保护措 施有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻，这里用压敏二 极管抑制事故过电压1 .交流侧过电压保护压敏电阻采用由金属氧化物烧结制成的非线性压敏元件作为过电压保 护，其主要优点在于：压敏电阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正 常工作是只有很微弱的电流通过元件，而一旦出现过电压时电压，压敏电

37、 阻可通过高达数千安的放电电流，将电压抑制在允许的范围内并具有损耗 低，体积小，对过电压反应快等优点。压敏电阻的额定电压uima的选择可按下式计算：uima_1.33.2uz(5-1)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, 400v, 760v, 1000v 等。u21 变压器二次侧的线电压有效值，对于星形接法的线电压等于相 电压u21 = 73u2ou1ma 占1.331父3 4 2v5. 032 .直流侧过电压保护：利用电阻和电容吸收操作过压。整流器直流侧在快速开关断开或桥臂快速熔断等情况，本设计用压敏 电阻设计来解决过电压时(击穿后)，

38、正常工作时漏电流小，损耗低，而 泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强 网。压敏电阻的额定电压uma的选取可按下式计算：5 ma之cclc x压敏电阻承受的额定电压峰值0.8 0.9式中uma为压敏电阻额定电压， 6为电网电压升高系数，一般 6取 1.05 11.10。压敏电阻承受的额定电压峰值就是晶闸管控制角 久=30，时输 出电压ud0?udl 2cosu =2.45父94 m 3 = 195.7v 0对于本设计:；1.05u1ma ；ud -= 195.7 = 228.33v 1 256.87v0.8 0.9 d-0.8 0.9因此压敏电阻额定电压取250v型压敏电阻。3.晶闸管过电压保护

39、品闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值电压一 定值时，就会误导通，引发电路故障，当外加的反向电压超过其反向重复 峰值电压一定值时，品闸管将会立即损坏9。因此，必须设置过电压的保护及抑制过电压的方法，过电压产生的原因主要是供给的电压功率或系统 的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的 电磁能量不能及时消散而造成的，本设计在晶闸管元件两端并联rc阻容吸收电路来抑制过电压。在品闸管元彳两端并联rc阻容吸收电路。c =(2l 4)it 父1。1 r = 10130q, er=2cu；得 c=(214)1t 10，=(2：4) 257 10& =0.5141.028f

40、121623ercum 1.028 10230 = 27.1 10 j22由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此： _354.38 10， = 2.79w0.022er =2 27.1 10 =54.38 10 jp二et 功率选择留5 6倍的裕量p=(5 l6)p =(5_6) 2.79-13.5sw. 16.31w因此电阻r选择阻值为20g,功率选择15w的电阻，电容c选择容量为0.5f5.2过电流保护交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器， 可以在发生过电流时动作，断开主电路。也可以在每个桥臂用快速熔断器 对晶闸管进行过电流保护。快速熔断器的要求：熔断器的额定电压 ukn -urm -2.45u2 -2.45 94v =230.37因此，按本课题的设计要求，用于晶闸管过电流保护的快速熔断器的 额定电压可选择240v。5.2.1 转速调节器的选择为实现转速无静差，转速环开环传递函数应有两个积分，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节包含在转速调节器asr中，使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，所以应该选择典型ii型系统，这样系统动态抗扰性能好。asr采用pi调节器，其传递函数为：w _kn(ns 1)wasr(s) 八- ns含给定滤波和反馈滤波的pi型转速调节器原理图如下图5-2。图5-1含给定滤波和反馈滤波的pi型转