十機(jī)架連軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課題：十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在冶金工業(yè)中，軋制過程是金屬壓力加工的一個(gè)主要工藝過程，連軋是一種可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的先進(jìn)方法，連軋機(jī)則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點(diǎn)是被扎金屬同時(shí)處于若干機(jī)架之中，并沿著同一方向進(jìn)行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個(gè)機(jī)架的上下軋輥共用一臺(tái)電機(jī)實(shí)行集中拖動(dòng)，不同機(jī)架采用不同電機(jī)實(shí)行部分傳動(dòng)，各機(jī)架軋輥之間的速度實(shí)現(xiàn)

2、協(xié)調(diào)控制。</p><p>　　本課題的十機(jī)架連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架對應(yīng)一套直流調(diào)速系統(tǒng)，由此形成10個(gè)部分，各部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下表。</p><p><b>　　2技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　?。?）電樞回路總電阻??；總飛輪力矩</p><p>　　(2)其它參數(shù)可參考教材中“雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)舉例”的有

3、關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）要求：調(diào)速范圍D=10,靜差率；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量，</p><p>　　空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)。</p><p>　　要求系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護(hù)。</p><p>　　要求觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。</p><p><b>　　（二）設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b&g

4、t;</p><p><b>　　1調(diào)速的方案選擇</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的選擇（根據(jù)上表按小組順序選擇電動(dòng)機(jī)型號）</p><p>　　電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇（要求通過方案比較后，采用晶閘管三相全控橋變流器供電方案）</p><p>　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇（要求通過方案比較后，采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）&l

5、t;/p><p>　　確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　2主電路的計(jì)算（可參考“電力電子技術(shù)”中有關(guān)主電路計(jì)算的章節(jié)）</p><p>　　整流變壓器計(jì)算。二次側(cè)電壓計(jì)算；一二次電流的計(jì)算；容量的計(jì)算。</p><p>　　晶閘管元件的選擇。晶閘管的額定電壓、電流計(jì)算。</p><p>　　晶閘管保護(hù)環(huán)

6、節(jié)的計(jì)算。①交流側(cè)過電壓保護(hù)；②阻容保護(hù)、壓敏電阻保護(hù)計(jì)算；③直流側(cè)過電壓保護(hù)；④晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù)⑤過電流保護(hù)</p><p>　　交流側(cè)快速熔斷器的選擇；與元件串聯(lián)的快速熔斷的選擇；直流側(cè)快速熔斷器的選擇</p><p><b>　　平波電抗器計(jì)算</b></p><p>　　3觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)（可參考“電力電子技術(shù)”中

7、有關(guān)主電路計(jì)算的章節(jié)）</p><p>　　觸發(fā)電路的種類較多，可直接選用，觸發(fā)電路中元件參數(shù)可參照有關(guān)電路進(jìn)行選用，一般不用重新計(jì)算。最后只需要根據(jù)主電路選用的晶閘管對脈沖輸出級進(jìn)行校驗(yàn)，只要輸出脈沖功率能滿足要求即可。</p><p><b>　　4控制電路設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　主要包括：給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算、轉(zhuǎn)速檢

8、測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)</p><p>　　主要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。</p><p>　?。ㄈ┰O(shè)計(jì)提交的成果材料</p><p>　　（1）設(shè)計(jì)說明書一份，與任務(wù)書一并裝訂成冊。</p><p>　?。?）直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原

9、理總圖一份。</p><p><b>　　⒈電動(dòng)機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　電氣傳動(dòng)又稱電力拖動(dòng)，是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱。它是為了合理地使用電動(dòng)機(jī)，通過對電動(dòng)機(jī)的控制，使被拖動(dòng)的機(jī)械按照某種預(yù)定的要求運(yùn)行。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，用以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)、停止、速度調(diào)節(jié)以及各種生產(chǎn)工藝過程的要求。</p>&l

10、t;p>　　電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、控制裝置以及被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械所組成。其主要特點(diǎn)是功率范圍極大，單個(gè)設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦；調(diào)速范圍極寬，轉(zhuǎn)速從每分鐘幾轉(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，在無變速機(jī)構(gòu)的情況下調(diào)速范圍可達(dá)1：10000；適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負(fù)載。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，而直流調(diào)速系統(tǒng)又分為開環(huán)調(diào)速、單閉環(huán)調(diào)速和雙閉環(huán)調(diào)

11、速等調(diào)速方式。其中開環(huán)調(diào)速的靜差率不高，且只能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無極調(diào)速；而在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)時(shí)專門用來控制電流的，它不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形，但雙閉環(huán)控制可解決以上的所有問了題，故本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　一、雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及工作原理：</p><p>　　1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)組成：</p><p>

12、;　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如下所示：</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)

13、構(gòu)圖如下所示：</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2、工作原理：</b></p><p>　　在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差，其輸出限幅值決定允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用是電流跟隨，過流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓擾動(dòng)。電力電子變換器把交流供電電壓整流為供電動(dòng)

14、機(jī)使用的直流電壓，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。</p><p>　　為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)把主要被調(diào)量轉(zhuǎn)速和輔助被調(diào)量電流分開加以控制，并以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓作為電流調(diào)節(jié)器ACR的電流給定信號，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc作為可控硅觸發(fā)裝置的移向控制電壓。這樣就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。<

15、/p><p><b>　　元件參數(shù)選擇：</b></p><p>　　1晶閘管的選擇、過電流以及過電壓的保護(hù):</p><p>　　<1>、晶閘管的計(jì)算及選擇：</p><p>　　為了使晶閘管整流橋路所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)一致，且為了使晶閘管主電路與電網(wǎng)隔離,從而減少電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾，限制高次諧波流

16、入電網(wǎng)，故應(yīng)配置整流變壓器。整流變壓器的基本技術(shù)參數(shù)為二次電壓值與變壓器容量。</p><p>　　已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為 ；；；</p><p><b>　　；；；；</b></p><p>　　主回路總電阻R=0.028Ω；</p><p><b>　　電樞回路總電感；</b></p>

17、<p><b>　　電機(jī)飛輪慣量；</b></p><p><b>　　系統(tǒng)最大給定電壓；</b></p><p>　　ACR、ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為。</p><p>　　取=由6.924，， </p><p><b>　　則， ；</b></p>

18、<p>　　由以上兩式可以推導(dǎo)出整流電壓：，將相應(yīng)數(shù)值代入可得：</p><p>　　，由公式，可得變壓器二次電壓：</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　變壓器二次側(cè)電流：</b></p><p>　　選擇晶閘管元件主要根據(jù)是晶閘管整流裝置的工作條件，計(jì)

19、算管子電壓、電流值，正確確定晶閘管型號規(guī)格，以得到滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。</p><p>　　已知的電壓，對于三相橋式全控整流電路，可知晶閘管最大承受電壓：</p><p>　　所以晶閘管的額定電壓應(yīng)為（2~3）倍的，即：</p><p><b>　　,可取2000V；</b></p><p>　　晶閘管的額定電流可由簡化

20、經(jīng)驗(yàn)公式：</p><p><b>　　,取150A。</b></p><p>　　參考下表以及半導(dǎo)體變流技術(shù)和電力電子技術(shù)文獻(xiàn)，</p><p>　　知選擇晶閘管的型號規(guī)格為KK200-8。</p><p>　　<2>、過流、過壓保護(hù)元件參數(shù)。</p><p>　　晶閘管原件有很多優(yōu)

21、點(diǎn)，但與其它電氣設(shè)備相比，由于元件的擊穿電壓較接近運(yùn)行電壓，熱時(shí)間常數(shù)小，因此過電壓，過電流能力差，短時(shí)間的過電流，過電壓都可能造成元件損壞。為使晶閘管裝置能正常工作而不損壞，只靠合理選擇元件還不行，還要十分重視保護(hù)環(huán)節(jié)，因此在晶閘管裝置中，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。</p><p>　?。?）、過壓保護(hù)：晶閘管關(guān)斷過電壓：由于晶閘管關(guān)斷引起的過電壓稱為關(guān)斷過電壓，數(shù)值可達(dá)工作電壓峰值的5~6倍，所以必須采取保護(hù)措

22、施，最常用的方法是在晶閘管兩端并接電容C，利用電容兩端電壓瞬時(shí)不能突變的特性，吸收尖峰過電壓，把它限制在允許的范圍內(nèi)，實(shí)用時(shí)，在電容電路中串接電阻R，這種電路稱為過電壓阻容吸收電路。電容耐壓一般選晶閘管的1.1~1.5倍如圖22即： </p><p>　　晶閘管關(guān)斷保護(hù)RC回路</p><p>　　可取2500V。由下表可根據(jù)晶閘管的額定電流選擇電阻和電容值：</p>

23、<p>　　由晶閘管的額定電流可選：C=0.5μF，R=10Ω.</p><p>　　（2）、過電流保護(hù)：</p><p>　　由于過載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)和反向擊穿，以及在逆變時(shí)換流失敗等原因，都會(huì)產(chǎn)生過電流。晶閘管過電流保護(hù)方式有脈沖移相限流保護(hù)、直流快速斷路器保護(hù)、快速熔斷器保護(hù)等。其中快速熔斷器過電流保護(hù)在晶閘管電路中使用較為普遍?？焖偃蹟嗥髯鳛榫чl管過電流保護(hù)可以串

24、聯(lián)在交流側(cè)、支流惻或與晶閘管串聯(lián)，其中一快速熔斷器與晶閘管直接串聯(lián)讀晶閘管保護(hù)效果最好。</p><p>　　故我們這里采用快速熔斷器來防止晶閘管過電流的損壞。</p><p>　　其保護(hù)原理圖如下圖所示：</p><p>　　晶閘管過電流保護(hù)回路</p><p>　　通常熔斷器的額定電流由下式選取：</p><p>

25、　　1.57(實(shí)際管子最大電流有效值)為保證可靠與選用方便起見，可取。</p><p>　　由下表可知快速熔斷器應(yīng)選用RS3型。</p><p>　　2平波電抗器的選擇及計(jì)算</p><p>　　平波電抗器：平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。</p&g

26、t;<p>　　平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來選擇。</p><p>　　對于三相橋式整流電路： L=0.693U2/Idmin</p><p>　　又因?yàn)橐话銥殡妱?dòng)機(jī)額定電流的5%~10%，這里取10%。又因?yàn)?3600A</p><p>　　經(jīng)計(jì)算知L取780mh</p><p><b>　

27、　3 變壓器的選擇</b></p><p>　　整流變壓器的二次側(cè)的電壓值、電流值已經(jīng)計(jì)算出，由此可以求出整流變壓器的容量，由經(jīng)驗(yàn)公式：得：</p><p>　　=89.25KVA。</p><p>　　經(jīng)查表知應(yīng)選擇容量為100KVA的變壓器。</p><p>　　三、分析觸發(fā)電路及同步相位選擇：</p><

28、p>　　1、為保證晶閘管裝置能正?？煽康毓ぷ?，觸發(fā)電路必須滿足以下要求：</p><p>　　觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率，觸發(fā)電路送出的觸發(fā)信號時(shí)作用于晶閘管門極與陰極的。</p><p>　　觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。</p><p>　　觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相

29、范圍必須滿足電路要求，為使晶閘管在每個(gè)周期都在相同的控制角α觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步且脈沖與電源保持固定的相位關(guān)系。</p><p>　　2、根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，正確供給各觸發(fā)電路特定相位的同步型號電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時(shí)刻輸出脈沖，這種正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步信號電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步，同步相位選擇的步驟如下：</p>&

30、lt;p>　　根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號電壓US與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。</p><p>　　根據(jù)整流變壓器TS的揭發(fā)與鐘點(diǎn)數(shù)，以電網(wǎng)某綫電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽極電壓的矢量，再根據(jù)第一點(diǎn)確定的同步信號US與晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系，畫出對應(yīng)的同步相電壓矢量和同步線電壓的矢量。</p><p>　　根據(jù)同步變壓器二次線電壓

31、矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點(diǎn)數(shù)和接法。按照上述步驟確定的同步變壓器接法之后，只需把同步變壓器二次電壓USU、USV、USW分別接到VT1,TT3,VT5管的觸發(fā)電路；US(-U)、US(-V)、US(-W)分別接到VT4、VT、VT2的觸發(fā)電路，與主電路的符號完全對應(yīng)，即能保證觸發(fā)面沖與主電路同步。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)ACR和ASR環(huán)節(jié)并使其滿足給定性能指標(biāo)：</p><p&g

32、t;　　1、電路環(huán)(ACR)的設(shè)計(jì):</p><p>　　電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　1》、時(shí)間常數(shù)的確定:</p><p>　　(1)主電路電磁時(shí)間常數(shù)為：=0.0707s</p><p>　　(2)主電路的機(jī)電時(shí)間常數(shù)為：</p><p>　　(3)整流裝置的滯后時(shí)間常數(shù)：</p>

33、<p>　　對于三相橋式電路，平均失控時(shí)間為</p><p>　　(4)電流濾波時(shí)間常數(shù)為，三相橋式電路的每個(gè)波頭時(shí)間為3.33ms，為基本濾平波頭，應(yīng)有（1~這里?。﹦t電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)</p><p>　　(5)電流反饋系數(shù)：</p><p>　　(6)晶閘管裝置放大系數(shù)：</p><p>　　2》、.選擇電路調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu):<

34、/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求%并且穩(wěn)態(tài)無靜差，則可按典型Ι系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：，參照典型Ⅰ系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能，可見各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　3》、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算:</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：，

35、電流環(huán)開環(huán)增益，要求%時(shí)，應(yīng)取 </p><p>　　所以ACR的比例系數(shù)：</p><p><b>　　4》、校驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截至頻率為：</b></p><p>　　(1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件： 滿足近似條件。</p><p

36、>　　(2)忽略反電動(dòng)勢變化對電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：滿足近似條件。</p><p>　　(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　6》、.調(diào)節(jié)器中的電阻及電容的計(jì)算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器電氣原理圖中運(yùn)算放大器的電阻取,各電阻和電容值計(jì)算

37、如下：</p><p><b>　　取580</b></p><p>　　以上是ACR參數(shù)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　1》、時(shí)間常數(shù)的確定：</p><p

38、>　　(1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù),在上節(jié)關(guān)于電流環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，已取,則</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù),根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波可取</p><p>　　(3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，則</p><p>　　2》、選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：</p><p>　　由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)

39、態(tài)要求，應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　3》、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算：</p><p>　　按跟隨和抗擾性能較好原則，取h=5，則</p><p>　　ASR超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；</b></p><p>&

40、lt;b>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：</b></p><p>　　因此ASR的比例系數(shù)為：</p><p>　　4》、校驗(yàn)近似條件：</p><p><b>　　由得</b></p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為</p><p><b>　　，滿足近似條件；<

41、/b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　　5》、調(diào)節(jié)器中的電阻及電容的計(jì)算:</p><p>　　速調(diào)節(jié)器電氣原理圖所示運(yùn)算放大器取，</p><p>　　6》、校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量:</p>

42、<p>　　當(dāng)h=5時(shí)，由典型Ⅱ系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)可知，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，典型Ⅱ系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)可知是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加給定時(shí)ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，因按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量：</p><p>　　由以上可得已知數(shù)據(jù)：</p><p>　　當(dāng)h＝5，，z=0時(shí)，由典型Ⅱ系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系可知，且</p>

43、<p><b>　　由公式：得</b></p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　　以上是ASR參數(shù)設(shè)計(jì)。</p><p>　　五、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)原理圖及分析：</p><p>　　1、電流調(diào)節(jié)器（ACR）:</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的

44、作用是對電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流；在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨起給定電壓變化；當(dāng)電機(jī)過載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)作用，如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好，所以應(yīng)該把電流環(huán)矯正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，應(yīng)用PI調(diào)節(jié)器。

45、</p><p>　　其傳遞函數(shù)為：，式中為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；為電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。該環(huán)節(jié)原理圖如下：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器電氣原理圖</p><p>　　2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR):</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓，穩(wěn)態(tài)無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用；輸出限幅決定允許的最大電流。用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)

46、代替電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)是比較明確的，這首先是基于穩(wěn)態(tài)無靜差的要求。由圖可看出，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)以后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此需要Ⅱ型系統(tǒng)。再從動(dòng)態(tài)性能上看，調(diào)速系統(tǒng)首先需要有較好的抗擾性能，典型Ⅱ型系統(tǒng)恰好能滿足整個(gè)要求。由圖也可看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器。</p>&l

47、t;p><b>　　取傳遞函數(shù)為：</b></p><p>　　，式中為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。該環(huán)節(jié)原理圖如下：</p><p>　　3、電力電子變化器:</p><p>　　要控制晶閘管整流裝置總離不開觸發(fā)電路，因此在分析系統(tǒng)時(shí)往往把它們當(dāng)成一個(gè)環(huán)節(jié)來看待，這一環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓，輸出量是理想空

48、載整流電壓，如果把它們之間的放大系數(shù)看成常數(shù)，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置可以看成是一個(gè)具有純滯后的放大環(huán)節(jié)，其滯后作用是有晶閘管裝置的失控時(shí)間引起的，失控時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，若用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入－輸出關(guān)系為，利用拉氏變換的位移定理，則晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為,考慮到很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)可近似為一階慣性環(huán)節(jié)：</p><p>　　電力電子變化器電氣原理

49、圖</p><p>　　4、限流保護(hù)FBC+FA:</p><p>　　當(dāng)主電流過流時(shí)，電阻上取得過流信號電壓，超過運(yùn)算放大器A，反向輸入端電壓，使D觸發(fā)器輸出高電平，晶閘管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，繼電器得電，它的常閉觸電接在主回路接觸線圖中，使接觸器釋放，斷開主回路，并使發(fā)光三極管發(fā)光，SA為復(fù)位按鈕。該環(huán)節(jié)原理圖如下：</p><p><b>　　限流保護(hù)電氣

50、原理圖</b></p><p><b>　　5、測速發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)對其元件的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等。據(jù)此，直流測速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面應(yīng)滿足：輸出電壓和轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線（即為輸出特性）應(yīng)為線性；溫度變化對輸出特性的影響要??；輸出特性的斜率要大；輸出電壓的紋波要小，即要求在一定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓要穩(wěn)定，波動(dòng)要

51、?。徽?，反轉(zhuǎn)兩個(gè)方向的輸出特性要一致，實(shí)際應(yīng)用中一般都是不一致的，稍有差別。</p><p>　　為了使旋轉(zhuǎn)機(jī)械保持恒速，可以在電動(dòng)機(jī)的輸出軸上耦合一測速發(fā)電機(jī)，并將其輸出電壓和給定電壓相減后加入放大器，經(jīng)放大后供給直流伺服電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓增大，給定電壓和輸出電壓的差值變小，經(jīng)放大后加到直流電動(dòng)機(jī)的電壓減小，電動(dòng)機(jī)減速；反之，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，測速點(diǎn)擊的輸出電壓較小，給定電壓和輸出電

52、壓的差值變大，經(jīng)發(fā)達(dá)后加給電動(dòng)機(jī)的電壓變大，電動(dòng)機(jī)加速。保證了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化很小，近似于恒速。</p><p>　　該環(huán)節(jié)的電氣原理圖如下：</p><p>　　圖11 測速發(fā)電機(jī)電氣原理圖</p><p><b>　　6、零速封鎖器</b></p><p>　　零速封鎖器的作用是當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)處于靜止系統(tǒng)，即速度給定電壓為

53、零，同時(shí)轉(zhuǎn)速也確為零時(shí)，封鎖調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的所有調(diào)節(jié)器，以避免靜車時(shí)各放大器零漂移引起可控硅整流電流有輸出使電機(jī)爬行的不正常現(xiàn)象。</p><p>　　它的總輸入輸出關(guān)系是：</p><p>　　當(dāng)1端和2端的輸入電壓的絕對值都小于0.07V左右時(shí)，則3端的輸出電壓應(yīng)為0V；</p><p>　　當(dāng)1端和2端的輸入電壓的絕對值或者其中之一或者二者都大于0.2V時(shí)，其3端

54、的輸出電壓為-15V;</p><p>　　當(dāng)3端的輸出電壓已為-15V，后因1端和2端的電壓絕對值都小于0.07V，使3端電壓由-15V變?yōu)?V時(shí)，需要有100毫秒的延時(shí)。</p><p>　　該環(huán)節(jié)的電氣原理圖如下：</p><p>　　圖12 零速封鎖器電氣原理圖</p><p><b>　　六、 結(jié)束語</b>&

55、lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、參數(shù)選擇和兩個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，通過這次的課程設(shè)計(jì)，使我對不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有了更深的了解。課本只是固然重要，但一個(gè)完整的方案設(shè)計(jì)，僅僅課本知識是不夠的，同時(shí)也要參考課本知識，本次課設(shè)就使我認(rèn)識到這一點(diǎn)。另一方面，同學(xué)之間的合作和老師的指導(dǎo)也是很重要的，自己一人想的不夠全面、仔細(xì)，同時(shí)工作量也大，和同學(xué)一起討論會(huì)發(fā)現(xiàn)老多錯(cuò)誤，使自己受益

56、匪淺。但是總體上說，通過這次的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多，也收獲了許多，我設(shè)計(jì)的可能還有很多的不足，懇請來是批評改正。</p><p>　　以十個(gè)機(jī)架為準(zhǔn)，每個(gè)機(jī)架對應(yīng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，由此形成十個(gè)部分，各部分電動(dòng)機(jī)參數(shù)集中列于表中，其中P/kW為額定功率﹑Un/V為額定電壓﹑In/A為額</p><p>　　定電流﹑n/(r/min)為額定轉(zhuǎn)速﹑Ra/ 為電機(jī)內(nèi)阻，GDa2 / N.m2為電動(dòng)機(jī)飛輪力

57、矩﹑P為極對數(shù)﹑I/A為額定勵(lì)磁電流。</p><p>　　整流變壓器的計(jì)算與選擇</p><p>　　在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置間的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常均要配用整流變壓器。</p><p>　?、?整流變壓器的電壓 整流變壓器的一次側(cè)直接與電網(wǎng)相連，當(dāng)一次側(cè)繞組Y接時(shí)，

58、一次側(cè)相電壓U1等于電網(wǎng)相電壓；當(dāng)一次繞組△接時(shí)，一次側(cè)相電壓U1等于電網(wǎng)線電壓。</p><p>　　整流變壓器的二次側(cè)相電壓U2與整流電路形式、電動(dòng)機(jī)額定電壓Un、晶閘管裝置壓降、最小控制角min 及電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù) 有關(guān)，可按下式近似計(jì)算</p><p>　　U2 = （1）</p>

59、<p>　　式中K為安全系數(shù)，一般取為1.05～1.10左右。</p><p>　?、普髯儔浩鞯碾娏?整流變壓器的二次側(cè)相電流I2和一次側(cè)相電流I1與整流電路的形式、負(fù)載性質(zhì)和電動(dòng)機(jī)額定電流In有關(guān)，可分別計(jì)算如下</p><p>　　I2 = K2 In （2）</p>

60、;<p>　　I1 = （3）</p><p>　　⑶整流變壓器的容量 整流變壓器的二次側(cè)容量S2 、一次側(cè)容量S1 和平均計(jì)算容量S可分別計(jì)算如下</p><p>　　S2 = m2U2I2

61、 （4）</p><p>　　S1 = m1U1I1 （5）</p><p>　　S = （6）</p><p>　　其中m1 、 m2分別為一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)。&

62、lt;/p><p>　　2．整流元件的計(jì)算與選擇</p><p>　　正確選擇晶閘管和整流管，能夠使晶閘管裝置在保證可靠運(yùn)行的前提下降低成本。選擇整流元件主要是合理選擇它的額定電壓U和額定電流（通態(tài)平均電流）IT ，它們與整流電路形式、負(fù)載性質(zhì)、整流電壓及整流電流平均值、控制角的大小等因素有關(guān)。一般按=0計(jì)算，且同一裝置中的晶閘管和整流管的額定參數(shù)算法相同。</p><p&

63、gt;　　⑴整流元件的額定電壓U 整流元件的額定電壓U與元件實(shí)際承受的最大峰值電壓有關(guān)，即</p><p>　　U=（2～3）Um （7）</p><p>　　式中（2～3）為安全系數(shù)，要求可靠性高時(shí)取較大值。</p><p>　　⑵整流元件的額定電流IT 整流元件的額定電流IT最大負(fù)載

64、電流I有關(guān)，即 </p><p>　　IT=（1.5～2.0）KI （8）</p><p>　　式中K為計(jì)算參數(shù)，（1.5～2.0）為安全系數(shù)。</p><p>　　3．電抗器的計(jì)算與選擇</p><p>　　為了提高晶閘管裝置對負(fù)載供電的性能及運(yùn)行的安全可

65、靠性，通常需在直流側(cè)串聯(lián)帶有空氣隙的鐵心電抗器，其主要參數(shù)為額定電流In和電感量L</p><p>　　用于限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感Lm/</p><p>　　Lm= （9）</p><p>　　式中 S—為電流脈動(dòng)系數(shù)，取5%～20%；</p><p>　　Su—為電壓

66、脈動(dòng)系數(shù)；</p><p>　　f—為輸出脈動(dòng)電流的基波頻率，單位為HZ.</p><p>　　Su與f與電路形式有關(guān)。</p><p>　?、朴糜诒ＷC輸出電流連續(xù)的臨界電感L1/</p><p>　　L1= （10）</p><p>　　式中

67、 I—要求的最小負(fù)載電流平均值，A;</p><p><b>　　K1—為計(jì)算系數(shù)。</b></p><p>　　⑶直流電動(dòng)機(jī)的漏電感La/</p><p>　　La= （11）</p><p>　　式中 KD為計(jì)算系數(shù)，對于一般無補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī)，KD=8～

68、12；對于快速無補(bǔ)償繞組電動(dòng)機(jī)，KD=5～6。其余參數(shù)均為電機(jī)額定值。</p><p>　?、日酆系秸髯儔浩鞫蝹?cè)的每相漏電感LB/</p><p>　　LB= （12）</p><p>　　式中U%—為變壓器的短路比，一般取為5%；</p><p><b>　

69、　KB—為計(jì)算系數(shù)。</b></p><p>　?、蓪?shí)際應(yīng)串入的平波電抗器L/ </p><p>　　L=max(Lm,L1)-La-2LB （13）</p><p>　　式中max表示取其中的最大值。</p><p>　?、孰姌谢芈房傠姼蠰∑= L+ La+2 LB<

70、;/p><p><b>　　4.電阻的計(jì)算</b></p><p>　　⑴電動(dòng)機(jī)電樞電阻 Ra</p><p>　?、普髯儔浩髡酆系蕉蝹?cè)的每相電阻RB</p><p>　　RB= （14）</p><p>　　式中為變壓器的最大效

71、率，一般取為95%。</p><p>　?、钦髯儔浩髀┛挂鸬膿Q向重疊壓降所對應(yīng)的電阻R</p><p>　　對三相零式電路 R=3XB/2 （15）</p><p>　　對三相橋式電路 R=3XB/ （16）</p><p&

72、gt;<b>　　式中XB=2L。</b></p><p>　?、入姌谢芈房傠娮鑂∑= Ra+ RK+ Rhx+2RB （17）</p><p>　　式中, RK為平波電抗器的電阻，可從電抗器產(chǎn)品手冊中查得或?qū)崪y。</p><p><b>　　5．時(shí)間常數(shù)的計(jì)算</b><

73、;/p><p>　?、烹姶艜r(shí)間常數(shù) T1=L∑/ R∑ （18）</p><p>　?、茩C(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm= （19）</p><p>　　6. 保護(hù)元件的計(jì)算與選擇</p><p>　　⑴交流側(cè)阻容過壓保護(hù)<

74、/p><p>　　交流側(cè)過壓保護(hù)電容（單位為）的計(jì)算公式是</p><p>　　C≥ （20）</p><p>　　式中 S—整流變壓器的平均計(jì)算容量，V·A;i0%—變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，對于10～560kV·A的三相變壓一般取i0%=4～10。</p><

75、p>　　電容C(單位為)的交流耐壓應(yīng)大于或等于1.5Uc，U是阻容兩端正常工作時(shí)的交流電壓有效值。</p><p>　?、?交流側(cè)過壓保護(hù)電阻的計(jì)算公式是</p><p>　　R≥ （21）</p><p>　　式中,u%為變壓器的短路比，對于10～1000kV·A的變壓器，對應(yīng)u%=5～10。

76、</p><p>　　電阻功率P可在下式范圍內(nèi)選取</p><p>　?。?～3）（2f）2K1(CR)CU＜PR＜(1～2)[（2f）2K1(CR)+ K2]CU （22）</p><p>　　式中： R和C—為上述阻容計(jì)算值；</p><p>　　f和U—電源頻率（HZ）和變壓器二次側(cè)相電壓（V）; （2

77、～3）和(1～2) —安全系數(shù)；</p><p>　　K1— 計(jì)算系數(shù)，對于單相K1=1；對于三相K1=3；</p><p>　　K2— 計(jì)算系數(shù)，對于單相K2=200；對于三相半波：阻容△接法K2=450；阻容Y接法K2=150; 對于三相橋式：阻容△接法K2=900；阻容Y接法K2=300。</p><p>　　當(dāng)CR＜0.2ms時(shí)，所選PR值接近于上式之右方；

78、</p><p>　　當(dāng)CR＞5 ms時(shí)，所選PR值接近于上式之左方；</p><p>　?、鄄煌臃ㄏ伦枞莸膶?shí)際取值：</p><p>　　⑵交流側(cè)壓敏電阻過壓保護(hù) 單相電路用一只壓敏電阻；三相電路用三只壓敏電阻，可接成Y形或△形。</p><p>　　① 壓敏電阻的額定電阻 U1mA</p><p>　　U1

79、mA≥ （23）</p><p>　　式中 Um—壓敏電阻承受的額定電壓峰值，V;</p><p>　　—電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，取為1.05～1.10；</p><p>　　0.8～0.9—安全系數(shù)。</p><p>　?、?壓敏電阻的通流容量I</p><p

80、>　　I≥(20～50) I2 （24）</p><p>　?、?壓敏電阻的殘壓（即限壓值）U</p><p>　　U≥KU1mA （25）</p><p>　　式中, K為殘壓比。當(dāng)I≤100A時(shí)，K=1.8～2；當(dāng)I≥3kA

81、時(shí)，K<3。壓敏電阻的殘壓U必須小于整流元件的耐壓值。</p><p>　?、侵绷鱾?cè)阻容和壓敏電阻過壓保護(hù) 可參照交流側(cè)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　?、染чl管元件過壓保護(hù)</p><p>　?、傧拗脐P(guān)斷過電壓的阻容RC的經(jīng)驗(yàn)公式</p><p>　　C=(2～4) IT×10

82、 （26）</p><p>　　R=10～30 （27）</p><p>　　P= （28）</p><p>　　式中C的單位為F；R的單位為; P的單位為W.</p><p>

83、<b>　　阻容RC的經(jīng)驗(yàn)根據(jù)</b></p><p>　?、删чl管裝置的過流保護(hù)</p><p><b>　　直流側(cè)快速熔斷器</b></p><p>　　熔體額定電流 I≤1.5I （29）</p><p><b>　　交流側(cè)快速

84、熔斷器</b></p><p>　　熔體額定電流 I≤1.5I （30）</p><p>　　晶閘管元件串聯(lián)快速熔斷器</p><p>　　熔體額定電流 I≤ I ≤1.57I （31）</p><p><b>　　總電

85、流快速熔斷器</b></p><p>　　熔體額定電流 I≤1.5I （32）</p><p>　　所有快速熔斷器的額定電流均需大于其熔體額定電流；快速熔斷器的額定電壓均應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。</p><p>　?、葜绷鱾?cè)過流繼電器 動(dòng)作電流小于或等于1.2I</p>

86、<p>　?、藿涣鱾?cè)過流繼電器 動(dòng)作電流小于或等于（1.1～1.2）I。</p><p>　　交直流側(cè)的過流繼電器額定電流均應(yīng)大于或等于其動(dòng)作電流，額定電壓≥正常工作電壓。</p><p>　?、罚刂圃挠?jì)算與選擇</p><p>　?、趴傠娫醋詣?dòng)開關(guān) 動(dòng)作電流小于或等于1.2I。</p><p><b>