晶闸管双闭环不可逆直流调速系统分析Word下载.docx

1、决定了晶Umi 作为触发电路的控制电压 （LT 输出电压的限幅值 Uc 输出电压 使电动机在期望转速下; Uc 控制着触发延迟角, 闸管整流电压的最大值 Udm） 运转。不U*i服从它的给定值系统中电流内环的作用是使电机电枢电流IdU*i,当 它表现为恒流调节,否则表现为随动调节。,变时,U*i,速度外环的输出为不直接推动后面的放大器,而是作为电流环的给定值2 二者共同构成串级控制系统,不仅能控制转速,而且能控制电流,可充分利用电机的过载能力,获得较快的动态响应。1.2转速、电流双闭环系统电路原理图 转速、电流双闭环系统电路原理图图1-2 给（U*im，决定了电流两个调节器输出都带有限幅，转速

2、ASR的输出限幅 。Udm的输出限幅Ucm ，决定最大输出电压ACR定电压）的最大值；电流 转速、电流双闭环系统动态结构图1.3 Toi由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数3 按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中

3、也配上时间常数为Ton的给定滤波环节。2、调速系统主电路元部件的确定及其参数计算 2.1 晶闸管的电流、电压定额计算 2.1.1晶闸管额定电压U N 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Um，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，即按下式选取UN（23）Um，式中系数23的取值应视运行条件，元件质量和对可靠性的要求程度而定。2.1.2晶闸管额定电流I N 为使晶闸管元件不因过热而损坏，需要按电流的有效值来计算其电流额定值。即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。可按下式计算：IN=（1.52）KfbIMAX。式中计算系数Kfb=

4、Kf/1.57Kb由整流电路型式而定，Kf为波形系数，Kb为共阴极或共阳极电路的支路数。当=0时，三相全控桥电路Kfb=0.368,故计算的晶闸管额定电流为IN=（1.52）KfbIMAX =（1.52） 0.368（2201.5）=182.16242.88A，取200A。2.2 平波电抗器电感量计算 由于电动机电枢和变压器存在漏感，因而计算直流回路附加电抗器的电感量时，要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中，扣除上述两种电感量。2.2.1电枢电感量LM按下式计算 310U?KNDL?（mH）M 2PnIN NP电动机磁极对数，KD计算系数，对一般无补偿电机：KD=812。2.2 .2整流变

5、压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感LB按下式计算 U%U2K?LK（mH）BB 100I dU2变压器次级相电压有效值，Id晶闸管装置直流侧的额定负载电流，KB与整流主电路形式有关的系数。4 2.2 .3变流器在最小输出电流Idmin时仍能维持电流连续时电抗器电感量L按下式计算 K?U2?L I， mindK是与整流主电路形式有关的系数，三相全控桥K取0.693则L17.01（mH）. 2.3整流变压器容量计算 6脉动整流单元，变压器容量为变频器的1.31.4倍左右。3、 单元电路设计 3.1同步信号电源、正负15V电源设计 5 3.2主回路设计 3.3晶闸管触发电路于驱动电路设计 3.3.

6、2用集成器件构成触发电路 uuuscsbsa-15V RRRR212019RR311514 uupcoRPRPRP6RPRP RP3RRR1245321 RRRRRRRRR685749871161C CC599988864CCC107101077 213116661111444001212512550 000JJJ131344413KKKR141431433 CCCRR121521522157911108 161611161 +15V （1 6脚为6路单脉冲输入）1 2345678KJ041 （1510脚为6路双脉冲输出）654321* VT至VT至VTVT至至至VTVT至653214 6 3

7、.3.2晶闸管驱动电路 限幅电路设计3.4 晶闸管保护电路设计3.5 3.5.1晶闸管的过压保护触发电路或控制系统有故障如整流晶闸管损坏, 由于整流电路内部原因, 造, 其中整流桥晶闸管损坏类较为严重一般是由于晶闸管因过电压而击穿, 等；成无正反向阻断能力它相当于整流桥臂发生永久性短路使在另外两桥臂晶闸管整流桥内部原因引起的过流导通时无法正常换流因而产生线间短路引起过电流。以及逆变器负载回路接地时可以采用第一种保护措施最常见的就是接入快速熔 短器的方式。7 3.5.2晶闸管的过压保护 晶闸管设备在运行过程中会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭同时设备自身运行中以及非正常运行中

8、也有过电压出现 过电压保护的方法是并接RC阻容吸收回路 8 3.5.3电压上升率dv/dt的抑制 如果晶闸管上的正向电压上升率dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流该电流可以实际上起到触发电流的作用使晶闸管正向阻断能力下降严重时引起晶闸管误导通 ，为抑制dv/dt的作用可以在晶闸管两端并联RC阻容吸收回路，如下图 阻容吸收回路并联RC 、双闭环系统调节器的动态设计4设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。然后把整个电流环看作是首先设计好电流调节器，在这里是：先从电流环入手， 转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 电流调节器的设计4.1 ）确

9、定时间常数（1电流滤波Ts=0.0017s；整流滤波时间常数Ts，三相桥式电路的平均失控时间，为了基本虑平波头，应，三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms时间常数Toi，按小Ti，因此取Toi=2ms=0.002s；电流环小时间常数有（12）Toi=3.33ms 。时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s ）选择电流调节器结构（2:i%5%，而且由设计要求：03.0Tl10?.11?8 0037.iT?0 :PII因此可按典型型系统设计，电流调节器选用型，其传递函数为9 1is?Ki ?is WACR（s） = （3）选择电流调节器参数?s0.03i?Tl?时，应；电流环开环增

10、益：要求超前时间常数:i%5%ACR0.5Ti?K 取，因此：I50.0.51?s?135.KI?1 00370.T?i ACR的比例系数为：于是，?50.0?3iR03111?.Ki?K0?135.?I04.0?5k0s ）校验近似条件（41?s1KI?135.ci?；晶闸管装置传递函数近似条件为：电流环截止频率1111?ci?196.w?1sci 0017.33T?03Ts，满足近似条件；忽略反电动现在， s 111?w?3?40.w?382sciciTTTT满足近势对电流环影响的条件为：现在， ，lmlm 11?wciTT3 似条件；小时间常数近似条件处理条件为： 现在 ois11?1?

11、180.8ci3TT，满足近似条件。 ois（5）计算调节器电阻和电容 电流调节器原理如图31所示，按所用运算放大器取R0=40k，各电阻和电容值计算如下：R?KR?1.013?40?40.52k?40k?，取 0ii?i0.03?Ci? FF00004?1Ri?取0.75 108=0.75 , 4Toi?Coi? FF0R。 =0.2，取0.2 10 CRiioR22Rbal?Id?Coi型电流调节器PI1含给定滤波与反馈滤波的图3 ，满足设计i%=4.5%Idm。此时, 由于转速的迅速下降, 使 Usi0, 故 ST 迅速饱和, 而不再起转速调节作用, ST 的输出为饱和限幅值- Usm;

12、 同时, 由于 IdIdm, 使Uci=- Usm+Id0, 故 LT 的输出 Uc 迅速下降, Ud 和 Id 随之迅速下降, 转速急剧下降, 但 LT 的调节作用将使 Id 维持 Idm 不变, 直到堵转为止。因此, 双闭环调速系统的堵转电流 ID 与转折电流 IB 相差很小, 这样便获得了比较理想的“挖土机特性”。5.2.3 电动机抗扰过程 由图可知，转速与电流双闭环直流自动调速系统对扰动具有很强的抑制能 力。15 6、设计结论 双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时，转速和电流的动态过程如仿真波形所示。由于在启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段。从启动时

13、间上看，第二阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速启动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压的波动。总的来说，转速、电流双闭环调速系统具有以下特点, 一是系统的调速性能好; 二是能获得较理想的“挖土机特性”; 三是有较好的动态特性, 过渡过程短, 启动时间短,稳定性好; 四是抗干扰能力强; 五是两个调节器分别设计和整定, 调试方便。7、收获与

14、体会 此次课程设计完成得并不轻松。由于理论知识不是十分的扎实，在设计过程中，我遇到了很多问题，但通过查找资料我慢慢解决这些问题，这增强了我多方面的能力。通过本次课程设计，我掌握了双闭环反馈系统的设计方法从内到外的一般方法，每个环节分为结构的简化、调节器结构的选择、参数计算以及调节器的实现等。我不但巩固了以前所学的知识，而且还学到了许多在课本上不能学到的东西。参考文献：1 阮毅，陈伯时. 电力拖动自动控制系统运动控制系统M.机械工业出版社,2009.8 2孟庆春，电力拖动自动控制系统。沈阳：东北大学出版社，2005.12。3杨怀林 基于Matlab/simulin双闭环调速系统设计及仿真J.佳木斯大学学报（自然科学版），2007.5 16 附录 晶闸管双闭环不可逆直流调速系统电气原理总图 17