V-M不可逆双闭环直流调速系统课程设计.docx

广西工学院鹿山学院电力拖动自动控制系统课程设计设计题目：V-M不可逆双闭环直流调速系统系别：电子信息与控制工程系专业班级：自动化091姓名：刘帅学号:20092349日期：2012年6月5日内容摘要电力拖动自动控制系统是把电能趋换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合,也裱广泛应用于精省机械等需要高性能电气传诂的设备中.用以控制位置.速度、加速度、压力、眠力和转运等.直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范囹内平滑调速.在许多需要调速或快速正反向的电力施动领域中得到应用.晶闸管问世后.生产出成套的晶用管整流装置,组成吊闸若一电动机调速系统（简称V-M系统）.和旋转支流机也及离子拖动变流装置相比，晶吊管整流装置不仅在蛭济性和可拿性上都有很大隈高,而且在技术性能上也显示出较大的优越性。而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统.双闭环直流调速系统即速度和电流双环直流调速系统，是由单闭环直流谡速系统发展起来的.调速系诙使用比例积分调节器.m以实现转速的无伸空调速。又呆用电流就止负载环节，限制了起制）动时的最大电流.这对一般的要求不太高的诩速系统，基本上巳姓货满足要求。但是由于电流截止负反馔限制了最大电流,加上电动机反电势随着转速的上升而增加,使电流到达最大值后迅埠降下来,这样.电动机的转期也减小了，使起动加速过程交慢，起动的时间久比较长.在这些系统中为了尽快缗短过渡时间，所以就希望能然充分利用品网管元件和电动机所允许的过数能力,使起动的电流保存在最大允许值上，电动机箱出最大转M,从而帏速可直线迅速上升，便过渡过程的时同大大的端短.另一方面，在一个调节器的输出端综合几个信号，各小参数互相调节比较困难.为了克根这一缺点就应用转速，电流双环直流调速系统.关健骨：双闭环直汽调速累诜MAT1.AB目录Ml*电力拖动自动控制系就设计任务书3.第2章设计方案的选算4第3座主电路选型和闭环系就的组成51.1 整体设计51.2 主电珞51.3 双闭环直流调速系统的舒杰特性61.4 闭环调速系统71.5 电机形式的碇定101.6 品闸管结构型式的确定111.7 闭环调速系统的组成11第4章调速系烧主电路元部件的确定及其介数计算124. 1整流变压器容量计算124.1 晶同管的电流、电压定额计算134.2 平波电抗器电感量计算131.1保护电路的设计计算14笫5章况动控制电务的选型设计175. 1集成触发电路175. 2三相桥式全控整流电路分析18第6章双闭环系筑调节叁的动态设计196. 1电流调节器的设计196.1 转速调节器的设计216.2 检测电路参数设置23电气原理总图及其波形图24笫7章MAT1.AB/SDflJUNK仿真软件257. I仿真软件介绍257.2仿真软件操作过程26笫8聿仿真设计278. 1仿真波形图29第9拿仿真结果分析32设计总结32介才文献33笫一章电力拖动自动控制系统设计任务书一.设计题目：VT不可逆双闭环直流调速系统设计二.技术数据直流他励电动机：籁定功率B=l.w.额定电压Ul,=220V.Ie定电流n=136,氮定转速q=146()“min.磁极对数P=2.励粒电压U/=22(".的褴电流/,=ISA,电框电匣均=0.21。,电柩电第1.Il=210，“，播题与电枢互1.af=840/wH,整流器内就Rrn=0.5,GD'=22.5Nm'.平波电抗器/.“=20,。K,=35-40.电流反饿建潴时间常数7；=0.002$.转速反馍演战时向常数Zw=OQls,过表倍数4=1.5,转速调节舞和电流调节器的饱和值为12V,输出限幅为IOV,额定转速时转速给定U：=IOV,电流给定最大值U：=IOV.系统主电路：=0.71,G=O.012s.三.设计要求1,该调速系统能进行平滑的速度调节,负践电机不可逆运行，具有较宽的调速范困DNlO,系统在工作范围内能稳定工作2 .系统静好性良好,无静空(好爱军sW5%)3 .动态性能指标：电流越调量b,5%.空找启动列族定转速时的转速超潮量,10%.4 .系统在5%负我以上变化的运行范围内电流连续.5 .调速系统中设置有过电压、it电流等保护，并且有制动措施。6 .主电路呆用三相全控桥整流电路。四.设计内容1 .根据题目的技术要求,分析论证并确定主电路的结构型式和闭环涧速系统的组成.演出系统组成的原理框图。2 .调速系统主电路元部件的礴定及其叁数计算,3,奥动控制电路的选型设计。4动态设计计算：根抠技术要求，对系统迸行动态校正，确定ASR谡节与ACR调节器的好构型贪及进行参数计算.低调速系统工作稳定.并满足动态性能指标的要求。5 .蛉制VJ（双闭环直说不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影枸。6 .就所设计的系统进行计算机仿真实骁,即可面向传逐语数的MAT1.AB仿真方法.也可用百向电气系统原理结为图的MAT1.AB仿真方法.第二章设计方案的选择速度和电流双环直流调连系统（双环）,是由单闭环直流调速系统发展起来的.调速系统使用比例积分调节器,可以实现转速的无伸差调速。又采用电流栈止负载环节.限制了起制）动时的景大电流.这对一般的要求不大高的调速系统.爹本上巳能满足要求.但是由于电流收止负反馈限制了最大电流，加上电动机反电势随着转速的上升而堵加，使电流到达最大值后迅速隆下来，这样,电动机的转更也减小了,使起动加速过程变慢,起动（调整时间ts）的时间就比较长.在这些系统中为了尽快缩短过渡时间,所以希组能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过戏能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机楮出景大除短，从而转速可直拨迅注上升，使it渡Ii程的时间大大缩短.另一方面，在一个伺节热输出埼综合几个信号,各个叁数互相调节比较困艰。为了克服这一缺点就应用转速,电流双环直流调速系统。转速.电流双闭环直流调速系统原理用1-1如下：.电流反馈三相电源输出第定图IT双闭环直流调速系统原理框图本没计采用三相全控桥整流电路，在直通恻串有平波电抗器，该电潞能为电动机负钱提供稳定可攀的电源,利用控制角的大小可有效的调节转速，并在直流交流似安置了保护.装置,保证各元器件能安全的工作,同时由于使用了闭环控制,使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。第三章主电路选型和闭环系统的组成3.1整体设计直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接隈供的三相交流380V电麒,因此要进行整流，则本设计枭用三柏桥式整流电踣变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。如图2.1设计的总隹架。图2.1双闭环直流调速系统设计总板架水设计中直流电动机由单放的可调整流装置供电，采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源.通过调节触发延迟愈a的大小来控制输出电压W的大小,从而改变电动机M的电源电压.由改变电源电压调速条流的机特特性方程式：=（U,t0）-（<l+R,）TlCeCTl注解：UJ整流电压,（为整流装置内胆，由此可知，改变U”，可改变转速3.2主电路直流调速系统常用的直流电源有三种旋转支流机组：停止式可控整流器：直流斩波器或脓宽调制变换器。1957年晶闸管问世.巳生产成套的晶闸管整流袋置,即右图2.2晶闸管-电动机调速票统（徜称Y-M系统）的原理图。通过调节阀装置GT的控制电压”东移动触发脓冲的相位,即可改变平均整流电压Uj,从而实现平清闰遑。和旋转变流机俎及离子拖动变流装置相比，给桶管整近装量不仅在经济性和可。性上都很大提高，而且在技术性能上也现实出较大的优越性.虽然三用半波可控整流电塔便用的吊同首个数只是三柏全控桥整5图2.2V-M系统原理性能不及三相全控桥整流电珞,三相全控桥整流电珞是目前应用最广泛的整流电路，其输出电压波动小，适合直流电动机的负钱,并且该电路组成的调速装置调节花围广（将近50）。把该电路应用于本设计,能实现电动机连域、平滑地转速调节.电动机不可逆运行等技术要求.主电路图如下:图2.3主电路原理图三相金控桥整流电谿实际上是组成三相半波IftHl管整流电路中的共用极姐和共阳极组串联电路。三相全控桥整流电路可实现对其网我组和共阳级组同时进行控制,控制比都是。在一个周期内6个晶闻管都要裱触发一次.触发顺序依次为：VT1,V1.V1.V,VT,-.V1.6个触发触冲相位依次相差60'.为了构成一个完整的电流回络，要求有两个岳河首同时导通，其中一个在共阳极组,另外一个在共阴极组。为此，品用管必须严格按编号轮流导通.曷同管与按A相.晶间管与按B相.晶用管与按C相.曷闸管接成共用段组，晶间曾接成共阴极沮。在电路控制下,只有接在电路共阴极组中电位为景高又同时输入触发脉冲的晶闸管.以及接在电路共阳极组中电位最低而同时侑入触发脉冲的晶阳管，同时导通时，才构成完整的整流电谿。如图2.3所示.由于电网电压与工作电压（U2常常不一致,故在主电路前靠需比置一个整流受压器.以得到与负载区出的电压,同时把晶用甘装置和电网隔连,可起到降低或减少IS闸管支流装置对电网和其他用电设备的干扰.号法到控制角Q增大，会使负莫电流断续，并且负载为直流电动机时，由于电流断块和直流的脉动,会使晶间管导通角。减少，整流器等效内阻增大,电动机的机械特性变软,换向条件恶化.并且增加电动机的损耗,故在直流恻串接一个平波电抗器.以限制电流的波动分量，维杆电流连续.为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害.电路中加入了it电压、过电流保护装置.3.3双闭环直流调速系统的停特性在单闭环系统中，只有电流被止负反馈环芍是专门用来控制电流的.但它只是在超过临界电流/&,值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流被止负反馈的单闭环调速系流起动时的电流和转速波形如图24-（八）所示。当电流从最大值降低下来以后,电机转班也随之成小，国而如速过程必然施长。荏实际工作中,我们希史在电机最大电流(转矩)受限的条件下,充分利楞电机的允许过我能力，最好是在过渡过程中始终俣将电流(转期为允许最大值，使电力施动系统尽可能用最大的加速度起动，到达枪定转速后，又让电流立即降下来，使脑姬马上与负俄相平衡,从而转入稔去运行.这样的理想起动过程波形如图I-b所示，这时，启动电流成方波形,而转速是段性治长的.这是在最大电流(Hfe)受泯的表件下调速系统所能得到的M决的起动过程。（八）带电流极止负反债的单团环调速系统起动过程(b)理想快速起动过程92.4调速系统栽动过程的电流和转速波形实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳,为了实现在允许条件下最快启动,关键是要获将一段使电流保挣为最大值/跖的恒流过程，按照反储控制规本.采用某个甥理,的负反悚就可以保我该量基本不交，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馋,而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的枪入端,到达程态转速后，又布里只要转速负反馈,不再窜电说负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调i系统.这样就能做我既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段.3.4 闭环调速系统为了实现转速和电流两种负反馈分别起作月,在系统中设置了落个调节器，分另I调节转速和电流.二者之同实行串级连接,如图2所示.即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制品用管整流器的触发装置。该双闭环调i系统的两个谢节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。国为Pl通节JS作为校正装置既可以保迂系统的稳态精度.使系统在精态运行时得到无科差调速,又能提高系统的楂定性：作为控制器时又能象国快速响应和消除f?差两方面的要求。一般的调速系统要求以柳和准为主,采用Pl调节器便能保迂系统获得良好的仲态和动态性能.采用Pl调节的单个岭连团环直流诩速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差,但是,场果对系统的动态性能耍点较高，单环系统就难以满足需要。这是就要考虑采用转速、电流双环控制的直流调速系统。为了实现转速和电流落种负反悚分别起作用,可在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流。二者之间实行景奉（串联）联接.把转速调节器的输出当作电流调节器的椅人，再用电流谡节器的椅出去控制电力电子变挨信UPJ从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环：转速环在外边，和作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。图2.5转速、电流双闭环直流潮连系统结狗框图为了获得良好的静.动态性能，转遑和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样构成的双闭环宜流调速系统的电路原理囱如皆2所示.图中标出了两个调节器物人输出电压的实际极性.他们是按照电力电子交换器的控制电压U,为正电压的情况标出的,并再虚到运算效大器的倒相作用.开环直流调速系统通节控制电压UC就可改变电动机的转速.如果负我的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统梆能实现一定荒国内的无级调速，但是，对伸差率右较高要求时，开环潮速系统往往不能满足要求.这时就要采用用环调速系统.3.4.1 双闭环调速系金电Jfr原理图图2.6双闭环诩速系统电路原理图ASR一转遑调节导ACR-电流调节等.TG-利邃发电机.TA电流互易县,UPE电力电子交换券.UM转谑蛉发电压.Un-转速反馈电住.1.i一电能给定电压.Ij-电遒反情电总3.4.2 双闭环直流调速系虢的稳态结构图首先要Si出双闭环直流系统的稳态结构图如图2.7所示，分析双闭环调速系统热特性的关键是掌握Pl调节界的极大特衽。一皱存在药种状况：饱和一一输出达到限幅值：不饱和一一输出未达到跟幅值。当调节器饱和时.较出为恒值,输入量的文化不再影晌输出.相当与使该调节环开环.当调考器不饱和时，Pl作用笠输入偏差电压AU在桎大时总是为零.图2.7双闭环直流通连系统的稳态结构图实际上,在正常运行时,电流调节器是不会达到他和状态的。因比.对静待性来说,只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。3.4.3 双闭环直流调速系筑数学模型双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递访数或字极点模型为基死的系统动态结构图。双闭环直流调速系统的动恣结狗框图如图2.8所示，图中W*5,($)和WAor(三)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数.为了引出电流反馈,在电动机的动态结构框图中必须把电框电流显意出来,如图2.8所示.图2.8双闭环宜流调谀系统的动态结弛框图3.5 电动机型式的确定3.5.1 电动机电压等版的选用电动机电压等级要与工厂企业或车间的供电电压一致。一般中，小型交流电动机航定电压为220/38OY或380/660V.当电动机由晶网管整流装置直接供电时.为配合不同的整流电路联站.好改型克流电动机还增设了160Y（配合单相全波整流及MOV（配合三相桥式整流）等新的电压等圾。3.5.2 电动机献定转速的选用一般可分为下列三种情兄：（1）电动机连排工作，很少起动、制动或反矮。对几个不同的额定缱速进行全面比较.最后确定电动机的额定转速。（2）电动机羟常起动、制动及反转.牝时除考忠初期投留外,主要根据过渡过程能量提耗为最小的条件来选择电动机的额定转it.（3）电动机经常松动、制动及反转，主要根据过渡it程括侯时间为最短的条件来选择电动机的额定转速。3.5.3电动机H定功率的选用瞅定功率的选用考虑电动机的发热、过笠能力及起动能力三个力面.电动机额定功率的选择一般可分为三步：<1）计算负教功率P1.这是决定电动机题定功率的依抠。（2）根据负我功率,？S选电动机的断定功率PNP1.,尽量接近P1.1.1.1 预选电动机。1.1.4 电动机的骚定功率决定电动机功率的主要因亲有三个：（1）电动机的发热与温升.这是决定电动机功率的最主要因素。（2）允许想时过我能力.（3）对于笼型交流电动机还要考虑起动能力.在生产实际中，还需要考虑具体生产机械的特殊情况，迸行补充和灵活运用。1.1.5 电动机的选型型号：24-180-42额定转i:3000rmin预定功率：90KI电压：电这220V温碳：220V电枢电流：221A惯量矩：2,2K.B1.inIE量：410KK3.6 晶同管结构型式的确定品同管整流是把交流变直流,整流的过程中.采用三相桥式全控整流电路。可控整流的原理：当星闸管的阳极和阴极之间承正向电压并且门极加触发信号晶网管导通.并且去掉门极的触发信号品用管依然导通.当品网营的阳极和阴极之间承殳反向电压并且门板不管如不加触发信号晶间管关断。根据电动机的额定电压的不同，琏定整流变压器的输出电压和可控整流电路的结构形式.一段情况,当控制角为。时,整流输出电压的有效值UlKI应约等于1.1倍的电动机软定电压U.运算关系参黑下表1.表1运算关系整流电路单相全波三相半波三相全波六相半波Umz,*4ii、矶4iuim2366如。.叫COSa1.17(7,coset2.34Z,cosa1.35%cosC电路结沟稽定后既要进行晶闸管的型号选择：一般取晶同管的嵌定电压为1.5-2倍的U-领定电流大于2倍的电诂机额定电流琮定。3.7 闭环调速系统的组成开环直流调速系琉诩节控制电压u,就可改变电动机的转速.采用Pl调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提实现转速无的差，但是,如果对系统的动您性能要求较务，单环系统就叁以满足需要。这是就要考虑采用转速、电流双环控制的克流通速系统.为了实现转速和电流两种负反情分别起作用，可在系统中设置商个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行该套串联联接。把转速调节器的侑出当作电流调节器的枪入，再用电流调节器的输出去控制电力电子交换器UPE.从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环：转速环在外边，称作外环.这就形成了转速.也流双闭环调速系统.第四章调速系统主电路元部件的确定及其参数计算4.1 要流变压爆容量计算4.1.1 次级电J5U2为了保证负我能正常工作,当主电路的接线形式和负我要求的额定电压瑜定之后,品闸管交流侧的电后U2只能在一个较小的范困内变化,为此必须希瑞计算整流变压器次级电压影响U2值的因素有：(I)U,值的大小苗先要保证湎足负载所需求的最大支流值U,(2)晶间管并非是理甥的可控开关元件,导通时有一定的管压降，用Ur表示<3)平波电抗器有一定的直流电阻,当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降(4)电枢电阻的压降琮合以上因未得和的U2精确表达式为：Cn1-ti,(I41>./I4-1)+nV19CUKAB-1A=W0/U2.表示当控制角=O时，婺流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比.B=Ud/Ud),表示控制角为a时和a0'时整流电压平均值之比.U,%变压器的短路电压百分比.100千伏安以下的变压募取UW5.100'10(W千伏安的受压器取履358e为电网电压波动系数。根据规定，允许波动+5%'T0,即e=1.0509C是与整流主电路形式有关的系数匚,=处二，表示电诂机电疚电谿总电租的标么值，讨容量为15'15OKIl的电Un动机，58*r,=O.08'0.04n3一表示主电珞中电流姓过几个串联品阐管的管压降对于本设计：为了保证电动机负我能在款定转速下运转.计算所得的1.应有一定的裕量，根据运检所知,公式中的控制角a应取30°为宜。e=0.9,A=2.34.B=cosa=cos30'=-.C=0.5.U=522200.7lcr,r,=0.71220Ul*r>(I<te>/1.l)÷nVSA.但.导l1001.22O×.71×(1.5-l)+l+2×l=j,-J-=366V取U.=370V2.34X0.9X-0.5×-X.52I(X)4.1.2次皴电流I,和交压以容量h=Ku1.,%：为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负我电流平均值之比。对于本设计心取0.816,且忽略变压器一二次恻之间的能量损耗.故：Ii=O.816×I36=110.98A5=1/2(5l+SJ=wl(ll=m2U2l2=3×37O×110.98=123.19KEA4.2晶同管的电流、电压定额计算题目中要求品闸管寒流装置(IO.5。,K1=35-40./,=136,Un=22OV品用管参数计算如下：rfn=i=l.1×22O=242VSQ1.51.5x220:33OV/,=211=2×l36=272A从M电气工程师手中资汨满足晶闻管理号选择的IS闸管型号为：KP500表2KP500型号通态平均电流IT<AV>A正向电流有效值IF(AV)A重复峰值电压VRRMV触发电流IGTw椎若散热器KP500500550200'2000>500SZ134.3平波电抗叁电感量计算由于电动机电框和变压器存在漏男.国而计算直流回路附扣电杭叁的电感量时，要从根据等效也略折算后求所需电感量中,扣除上述两种电感量.4.3.1 电枢电感量1.按下式计算1.“二2PnxlP-电动机磁极时数,KD-计算系数.对一般无补毋电机：Kgf12对于本设计.P=2.KD=IO,KdUnxIO'IO×22O×1O,Cr，八1.u=2.77WH)期2PjvA2×2×146O×I364.3.2 要流变压叁漏电感折算到次被统蛆年相的漏电感1.e按下式计算,Ift%Ull1.b-Kn(mH)100IaU1.变压器次级相电压有效值I1.晶闸管袅置直流侧的预定负我电流KK一与整流主电路形式有关的系数对于本设计，KB=3.9,U%=5则1.s=Kb-=3.9-X=0.33(H)1001.12204.3.3 交流鼻在最小*出电流Idmin时仍能维持电流连块时电抗g电感量1.下式计算,KU21.=IdminK是与整流主电路形式有关的系数，三相全控桥K取0.693KUi0.693×3701.fMin22O×5%=23.3l(wH)4.3.4 便输出电流连块的临界电募量1.1.-=1.-1.m-21.)=23.31-2.77-2X0.33=19.22(mH)电抗器电感量应大于15mH4.4保护电路的设计计算4.4.1 过电压保护交流侧过电压的保护如图3TE4-1交流记过电压保护电路采用RC过电压抑制电路3图一所示，在变压器次级井联RC电路，以吸收变压器帙心的磁场锌放的能量,并杷它转换为电容器的电场能而存储运来,串联电阻是为了在能量转换这程中可以消耗一部分能量并且却制1.C回路可能产生的震荡.本设计采用三相全控桥整流电路，变压JS的统组为一Y联结，阻容保护装置采用三角形接法，故可按下式计算阻容保护元件的参数C-×6o%r(F)3U2电容C的耐压：c1.5×3×22(V)2x2.3空悟C)StVo%电阻R的功率：P*(34)/6R(W)c=2<,t×IO(4)式中Sr一变压器每相平均计算容量(VA)3-爻压器次级相电压有效值<V>i。一励猱电流百分比，当STW几百伏安时io%10,当S£1OOO优安时io%3'51代一变压信的短珞电压百分比h-U一当R正常工作时电流电压的有效值<A,V)可于本设计,UA=5,>%=5,Sr=145.41/3=48.47KVA(1)电容器的计算总3U2:37(V=3.5(尸).取4”lcl.53×2Cr2=l.56370=1359(V),X(120OV选择C4F,耐压120OV的金曜化纸介电容(2)电阻值的计算R3×2.3/6.9X370-F=i9.49()取R=20SrV%48.47×10,V5RC支珞电流h近似为=2CUcX106=2X3.14X50X4X370XI(F6=0.46（八）电阻R的功率为/%(3-4)kR=(3-4)X0.46-×20=12.696-16.928(WQ直流侧的过电压保护如图:图4-2直流恻过电压保护整流港支流M开斯时，如直流恻快速开关断开或桥臂快熔爆断等情况，也在A、B之间产生过电压,如图3-2所示本设计用非慢性元气件抑制过电压,在A、B之同接入的是压敏电阻.压敏电阻的秋定电压UZ的选取可按下式计算J(822)Ui(V)Ua.为品间管控建角=O0时直流输出电区对于本设计：UMA>(1.8-2.2)Um(1.8-2.2)×242=435.6532.4(V)用于中小功率整流法操作it电压保护，区触电用通流容量可选择<3'5)KA晶闸管换相过电压保护如图：图4-3换相过电压保护电路如上图,在晶闸管元件两潴并联RC电路，起到晶间管换相过电压的保护。串踹电阻R的作用一是阻尼1.Tc回珞的震荔.二是泯制品网管开通瞬间的掰耗且可网小电流上升率didt.R.C(It可按经转数抠选取，对于本设计曷闸管被定电流为220A,故C可取0.34r.R可取20C.4.4.2过电流保护如图:.斗图4Y过电流保护电珞笫五章驱动控制电路的选型设计5.1 集成触发电路集成电路可靠性高.技术性能好,体枳小，功足低,调试方便。随着集成电路制作技术的提高.甚同管触发电路的集成化巳逐渐普及.目前国内常用KJ和KC系列.两者生产厂家不同,但很相依.采用KJOO4笑成触发电谿的同步电压应滞后于主电路电压180度的触发触发脓冲。其工作原理可叁照错出濂同步的触发电路进行分析.或查例有关的产品手册.集成电路只警用3个KJO(M集成块和隔离电路俎成，再由六个晶体营进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥触发电路，如囱5-1所示：图5T果用集成化六脉冲触发电塔的三相全控桥婺通电路本设计主电珞整流交压器呆用图5-3同步变压器和整流变压器接法这时，同步电压选取的结果见表3。表3各星间管的同步电压晶闸管VTIVT2VT3VT5VT6主电路电压+Ua-VcWb-Ua+Uc-Ub同步电压-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc+Usb5.2 三相桥式全控整流电路分析三相梆式全控整流电路相当于一组其阴极的三相半波和一组共阳敬的三相半波可控禁流电路串联起来构成的.习惯上杵品间管按照其导通顺序输号，共阴极的一组为VT1.VT3加VT5,其阳级的一级为T2.VT4和VT6。其电路如图5T所示：留5-4三相桥式电阻性负式金控整流电珞要求共阴极的一组晶网管要在自然换相点1.3.5点换相,而共阳极的一组晶闸管则会在自然换相点2.4.6点换相.因此，对于可控整流电路，就要求触发电路在三相电源相电压正半周的1、3.5点的位置给晶同管VThYT3和YT5送出触发朦冲.而在三相电源相电压负半周的2、4.6点的位置蛤IS闸管YT2.VT4和YT6送出触发脉冲,且在任港时刻共阴獗组和共阳汲组的晶同管中都各有一只留用管导通，这样在负钱中才能有电流逋it.负投上得到的电压是某一慢电压.其波形如图5-5所示。蚀发电珞与驱动电路是电力电子装置的重要姐成部分.为了充分发挥电力电子括件的潜力.保证笠5E的正常运行,必须正黄设计与选隹触发电路与驱动电路，如图5-6.品同管的触发信号可以用交流正半周的一部分，也可用真流.还可用电暂的正除冲.为了减少门极损耗，喻保触发时刻的准确性，触发信号常采用脉冲形式。晶闸管对触发电路的基本要求有如下几条：（1）触发信号要右足多的功率(2)触发廉冲必须与主回路电源电压保挣同步(3)就发踪冲要有一定的宽度,前沿要陡(4)触发尿冲的移相范围也使湎足主电玲的要求图5-6三相桥式全控整流电珞触发脉冲第六章双闭环系统调节界的动态设计6.1 电流调节暑的设计6.1.1 时间富数的确定表4各种整流电路的失控时间(f=5(Hlz)整流电路形式最大失控的同Ti三s平均失控时间TvmS单相半波2010单相桥式105三相半波6.673.33三相桥式3.331.67系统电磁时间常效工：由上可知&=35.98H.R=0.5.T1.s17.01X10,八。J上T1=-l=O.I42S按表4:1&0.12整洗装置滞后时间常做3：三相桥式电路的平均失控时间为7；=0.0017so电流出波时间r=0002s,电流环小时间常效文和q；：按小时间常数近似处理，电流环小时间常数之和与：按小时向蒋数近似处理.取4j=(+7>00037s6.1.2 电流调节辱结构的选舞根据设计要求S5%,并保证稳态电流无差，可按典型I型系琉设计电流调节器.电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，井传递函数为fPD,4一电流谶节器的比例系数，乙一电流通节界的超前时间常数。检友对电源电压的抗扰性能：'-l=0.142/0.0037=38.39,对照典型1型系统动态Tv抗扰性能,各项指标梆建可以接受的。电谢谢节器给构图如图61：6.1.3 电流调节界的参数计算电流调节信超前时回常战.=Tt=0.07s.电流开环增拉：要求<,S5%时,按表5应取Klq,=0.5.因比Kl=O.5/Tvl=0.5/0.0037=135.ls,eHiK110.而电流反馈系数6=10Y1.5IN=10/(1.5×136>=0.05VA.于是ACR的比例系数为K尸铐=吗噜萼=3.36Kt40×0.05表5典里I里系统动杰能的性能指标和领域指标与参数的关系卷数关系KT0.250.390.500.691.0阻尼比41.00.80.7070.60.5超调量60%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间t,86.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间%OO8.3T6.2T4.7T3.6T相对稳定裕度Y76.3°69.9065.5°59.2*51.8°我止用率3,I0.243/TIO.367/T0.455/T0.596/T0.786/T6.1.4 近似条件校Ifc电流环收止频率：¾i=K1=135.1s-1.IS闸管整流装置传魂函数的近秋条件：I(3)=l(3.l7)=l96,ls-1><¾1,满足近似条件.忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：3J=3./1=72.68V叫,，满足近似条件。丫也YO.O12sX0.142s电流环小时间常数近似处理羡件：-J-=-J-i-=I8O.8S,><i,满足近似条件。3丫(几3Y0.00I7sx0.00236.1.5电流调节爨的实现按所押运算放大界取4=o.各电阻加电容值为R1=K1R1=1.642×40=65.68kO.取65kQ;C1=1Rt=0.07/(65×10,)1.08×10'F=l.08F,取1.lF:C,1=1T,R=4×0.002/40000=0.2X10'F.¾0.2F.按照上逑参数，电流环可以达到的动态跟陵性能指标为G=4.3%<5%(见表5)，满足设计要求，6.2转速调节器的设计6.2.1 时间常效的确定电流环等效时间*数I/凡：巴取KlTB=O.5.Wl1K=2T11=2×0.0037=0.0074s.Jftit潴波时同常数J:相招所用潸速发电布纹波惰瓦,UIO.Uls转速环小时间常数Tr“：按小时间近似处理.T.=lt*-T.=,0074+0.01=0.0174s6.2.2 转速调节器结构的选鼻按照设计要求.选国典型H型系统的Pl调节器.其传递由数为%(三)=d3.''转退调节器结构图为将6-2:6.2.3 转速调节嶷的介数计算按跟鹿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=hTtn=5×0,0174=0,087s,可求得转速环开环箝会Kn=-43=、,、6=396.45-2,2h2Tza2X5*X0.0174*因为G=<U,-ImR.)m=(44Q-220×0.088)/1000=0.234Vminr,=10Vn、=1018000.006Vrmin.于是可得ASR的比例系如M=踪鹭=3.366x0.03x0.234x0.012x5xO.OO6xO.12xO.OI746.2.4 近似条件校验由式K=M3.得转速环截止频率为:=396.4x0.0871.=34.5s".电流环传通函数简化条件：'、叵=!二9J-5“=63.7s">叫"，满足强化条件.3忆3V0.(K)37蒋速环小时问常数近似处理条件：畿=3离J=38.7条件.6.2.5 转速调节舞的实现取Ro=IOkQ,则RFKR=336×40=134.18kQ.取MOOkQ；C.=./R=O.087/(IlOX10,)知0.621×10F=0.621uF,Jft0.7uF；CC=4T.JREX0.01/(40×10,>=IXlOn=IF.取1口几6.2.6 校核转速超调量当h=5时，由表6变得，i1=37.6%,不能满足设计要求.实际上，由于表囚是按娱性系统计算的，而突加阶新给定时，ASR忸和，不符合线性系琉的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调I1.表6史型Il型系统阶跣输入跟随性能指标（按MMin准则确定与数关系）h34567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%t2.402.652.853.003.103.203.303.35t12.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k322IlIlIlIl1设理想空威起动时,负系效z=0,巳知A=1.5.lx=220A.