电力拖动课程设计 双闭环不可逆直流调速系统设计 贺丽丽 21

电力拖动课程设计

双闭环不可逆直流调速系统设计 贺丽丽21电力拖动课程设计

双闭环不可逆直流调速系统设计 贺丽丽21题 目： 双闭环不可逆直流调速系统设计学生姓名： 贺丽丽学 号： 090402241学 院： 机电工程学院班 级： A09

电气（2）班指导教师： 聂振宇浙江海洋学院教务处2012

年

9

月

28

日

2%）；

i

5% I

R

ASR

ACR

V

双闭环不可逆直流调速系统设计摘要直流电机调速系统在现代化工业生产中已速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路，是性能很好、应用最广的直流调速系统，包括主电路和控制回路,

和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，对其进行计算。关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器目录

......................

2

........................

3

.....................................

4.....................................

5

.............................

6

...............................

6

.........................................................................................

.....................................................................................

................................................

.................................................................................

..............................................................................

.......................................................................

...............................................................................................

..........................................................

.........................................................................

.........................................................................

................................

18

..................................

181、

整体方案设计思路行过流保护。2、

设计原理分析双闭环直流电机调速系统的设计采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管—电动机调速系统作为调节电枢供电电压需要的可控直流电源。转速、电流双闭环直流调节系统采用

PI

调能很好、应用最广的直流调速系统。计。

本设计采用了三相全控桥整流电路来供电，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。主电路原理图如图

2.1.1

所示。L7

R1

R2

R3F4FUSE

C2

F6FUSE

C3

F7FUSE

C4 F1L1

L4F2

ROV4

L2

L5FUSE

F3L3

L6FUSE

FUSE

R4

R5

R6F5FUSE

C7

F8FUSE

C6

F9FUSE

C5ROV1 ROV2 ROV3图

2.1.1

主电路原理图主电路采用了三相全控桥整流电路来供电；保护，一次侧加装熔断器进行过流保护。变流变压器的设计：的互相干扰。精确计算

U

要考虑以下要素。a)不同主电路接线方式和负载性质。b)电网电压波动。c)变压器的漏抗。d)降。(1)变流变压器二次相电压有效值

：

r

r

I

d

r

I

Id

I

N

p

p

C

d

d

r已知

=440V N

=

I

N

aN

=（105/330）*0.1=0.032r=p（0.64-0.1）=0.172

I

N

N

=

（

105/330

）

*I

dId

=1.8

=3

A=2.34=0.9*0.866=0.779 C=0.5=0.9*0.866=0.779 C=0.5 =5

所以可计算得

=231.384V

取值为=240V(2)变流变压器容量

S：

dm

dm

L

*I

mU

I

m

I

m

I

=

m

(

K *I )

m

(

K *I

*) I d

I n取 125KVA 整

流

变

压

器

，

选

择

型干式变压器。电抗器的设计：直流侧电抗器的主要作用为限制直流电流逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。(1)直流侧电抗器的设计：限制输出电流脉动的电感量

Lm

的计算 * * mHmd i d使输出电流保持连续的临界电感量

LLL

K

*

/IL L

Id

Idn

mH*

以上计算的

Lm

和

L

包括了电动机电枢电感L，量

L

和折算到变流变压器二次侧的每相绕组漏D电感

L，所以上面算得的

Lm

和

L应扣除

L和

LB L D B，才是实际的限制输出电流脉动的电感量

Lma

和电流保持连续的临界电感量

L

.La

IL

Ima

L

(

L

L

)

L

(

K

*

Nm

m

N

K

*

K

*

)N*

mH

*3.9*

*

)**

I

L

(

L

L

)

L

(

K

*

NL

L

N

K

*

K

*

)N

*

*

*

*

)**

*

mH取

L=12

mH

电感，电

枢

回

路

总

电

感

为mH

L

L

(

L

L

)

=

(2)晶闸管额定电压,额定电流的计算d

*d

*

I

*

*

NI *

~

~

I

额定电流取

50A ~3)*

*

~ 额 定电压取

1200V则晶闸管选取

KP-50IT(AV)：50A；

V

：100~2000V；

I

≤20A；

I ≤200A；

V

≤3.0V

2.2.1

三相交流电路的一次侧过电流保护本设计选用快速熔断器进行三相交流电路的串联，保护原理图如下图

2.2.1：图

2.2.1

一次侧快熔过电流保护一次侧电流= 取一次侧电流= 取

300A作电压的有效值。一次侧线电压

380V，故熔断器电压选择

500V。b)熔断器的额定电流应大于熔体的额定电流。c

）熔体的额定电流

I

可按下式计算

I

I

I =100A

I又

I

，即 =100A

II

即在三相交流电路变压器的一次侧的每一相选择

117RSO-300

型快速熔断器，该产品选用95%AL203

瓷管，接触面镀银。117RSO-300

额定电流

100A，额定电压

500V。2.2.2

交流侧过电压保护绕组为△—Y

联结，在变压器交流侧，采用阻容吸收装置进行过电压保护，保护原理图如下图2.2.2：图

2.2.2

交流侧阻容吸收过电压保护由表格得K

e

*

C

K

b

NN I

取

15

**

**

*

Wr

取

因此选择阻值

15Ω，功率

500W

的电阻；容量为

36μ

f

的电容。2.2.3

直流侧过电压保护整流器直流侧在快速开关断开或桥臂快速熔断等情况，也会在

A、B

之间产生过电压，可以收装置来解决过电压问题，其电路图如图2.2.3所示图

2.2.3

直流侧硒堆吸收过电压保护N

N

~取

18

片

~*N

~

~

~ 硒

片

面

积

i

I

***

cm

取

15cm

2.2.4

晶闸管过压保护本设计采用如图2.2.4阻容吸收回路来抑制过电压。图

2.2.4

晶闸管过压保护C

~

I0.33

~

~

取

~

~*

~

取C

C

~

~

LK

~

取I

*50*

P

I

*

W 取

因此选择阻值

100Ω，功率

2W

的电阻；容量为

0.33μ

F

的电容。

集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，已逐步取代分立式电路。目前国内常用的有

KJ系列和

KC

KJ

系列三相全控桥的集成触发器，如图

2.3.1

所示。 (15~10脚为6路双脉冲输出) (1~3脚为6路单脉冲输入)图

2.3.1

三相全控桥整流电路的集成触发电路加上

6

个脉冲变压器用于完成触发脉冲信号之间的阻抗匹配，并实现弱电回路（触发回路）和强电回路（晶闸管主电路）之间的电隔离。如图

2.3.2。

+

VS

A

B

R

u

R

u

VIV

V

Vup

VV

V

V

u

u

XY

图

2.3.2

同步信号为锯齿波的触发电路

2.4.1

电流调节器的设计（1）确定时间常数表

2.4.1 各种整流电路的失控时间（f=50Hz）整流电路

最大失控时

平均失控形式单相半波单相桥式

间

2010

/ms

时间

/ms105三相半波三相桥式、六相半波

6.673.33

3.331.67由上表

2.4.1

Ts=0.0017s。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（~

）T=3.33ms，因此取电流滤波时间常数

Toi=2ms=0.002s

。电流环小时间常数之和

i（2）选择电流调节器结构根据设计要求δi<5%

I

PI

型调节器，其传递函数为

()

K

(

K

Wi

i

i------电流调节器的比例系数；i-------电流调节器的超前时间常数。i检查对电源电压的抗扰性能：

l

L

L

(

L

L

)

li

P72

表的典型

I

型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。电流调节器超前时间常数：

。（电流调节器超前时间常数：

。

i l电流环开环增益：要求δi<5%时，取K

I i

，因此K

I

i又

I

N

*

K

K

i

I

i

K

*

a)校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件（4a)校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件电流环截止频率：

K

I

满足近3*

3*

满足近似条件

TT

*c)电流环小时间常数近似处理条件b)校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 m

l

（5）计算调节器电阻和电容

满足近似条件图

2.4.1

含给定滤波与反馈滤波的

PI

型电流调节器图中

*为电流给定电压，-

I

为电流负反馈i d电压

。按所用运算放大器取

R=40k，各电阻和电容值计算如下：

K

*

i i o

取

60

ii

i

F

F

取

0.55

F

F

F

取

0.2指标为

i

，满足设计要求。2.4.2

转速调节器的设计（1）确定时间常数由前述已知，

K

I i

KiI

，则电流环等效时间常数根据所用测速发电机纹波情况，取转速滤波时间常数

.K转速环小时间常数K

I（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

W

()

K(

（3）计算转速调节器参数表

2.4.2 典型

II

型系统动态抗扰性能指标与参数的关系(参数关系符合最小Ｍp

准则）C

h/C

b

3

4

5

6

7

8

9

1072.77.81.84.86.88.89.90.20%50%20%00%30%10%60%80%2.42.72.83.03.13.23.33.4

/m

5

0

5

0

5

5

0

0

/

13.10.8.812.16.19.22.25.60

45

0

95

85

80

80

85按抗扰性跟随性能都较好的原则，

取h＝5，则

ASR

的超前时间常数为

n

=h

=5

n则

转

速

环

开

环

增

益K

N

又

电

动

势

常

数

e

*I

N

N

r转速反馈系数

/

N

r

*IN 可求得

ASR

比例系数为hK

h

h（4）校验近似条件

*

*

*5*

转速截止频率为

转速截止频率为

K

K

N

a）电流环传递函数简化条件为 KI

i

满足简化条件b）转速环小时间常数近似处理条件为 KI

on

满足近似条件（5）计算调节器电阻和电容图

2.4.2

含给定滤波与反馈滤波的

PI

型转速调节器图中

*为转速给定电压，-

为转速负反馈

，则i根据上图

2.4.2

所示，取

K

*

n n o380

取

F

F

取

0.035C

F

F取F（6）校核转速超调量表

2.4.3

典型

II

型系统阶跃输入跟随性能指标（按M

准则确定参数关系）rh 3 4 5 6 7 8 9

1052.43.37.33.29.27.25.23.

/

r

/

60%60%60%20%80%20%00%30%2.62.8

3.32.4

3

3.13.23.35

5

512.11.9.510.11.12.13.14.15

65

5

45

3

25

25

2当

h=5

时，查上表2.4.3

得，k 3 2 2