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1、武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书1目录目录摘要 .21 主电路的设计.21.1 变压器参数的设计与计算 .21.2 平波电抗器参数的设计与计算 .31.3 晶闸管元件参数的计算 .31.4 保护电路的设计 .42 反馈调速及控制系统.42.1 闭环调速控制系统 .42.2 带电流截止负反馈闭环控制系统 .52.3 调节器设定 .82.4 控制及驱动电路设计 .93 参数计算.103.1 基本参数计算 .103.2 电流截止负反馈环节参数计算与设计 .123.3 调节器的参数设计与计算 .123.4 调节器串联校正设计 .154 总电气图.165 心得体会.18参考资料 .18武汉理
2、工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书2带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计摘要摘要直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。1 1 主电路的设计主电路的设计1.11.1 变压器参数的设计与计算变压器参数的设计与计算变压器副边电压采用如下公式进行计算： NshTdIICUAnUUU2minmaxcosVUCIIUAnV
3、UVUNshTd110) 105. 05 . 09848. 0(9 . 034. 2122205 . 0105. 0109 . 034. 221,2202 22minmax则取已知因此变压器的变比近似为：45. 311038021UUK一次侧和二次侧电流 I1和 I2的计算I1=1.052870.861/3.45=75AI2=0.861287=247A武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书3变压器容量的计算S1=m1U1I1=338075=85.5kVAS2=m2U2I2=3110247=81.5kVAS=0.5(S1+S2)=0.5(85.5+81.5)=83.5kVA因此整流变压器的
4、参数为：变比 K=3.45，容量 S=83.5kVA1.21.2 平波电抗器参数的设计与计算平波电抗器参数的设计与计算Ud=2.34U2cos Ud=UN=220V, 取=0 U2=VUd0171.9434. 2220 0cos34. 2Idmin=(5%-10%)IN,这里取 10% 则L=0.693mHIUd2308.375 .171 . 00171.94693. 0min20067. 0150010* Nnm nU1.31.3 晶闸管元件参数的计算晶闸管元件参数的计算晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压 UDRM和反向重复峰值电压 URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。晶闸管的额
5、定电流一般选取其通态平均电流的 1.5-2倍。在桥式整流电路中晶闸管两端承受的最大正反向电压均为，晶闸管的额定电22U压一般选取其最大正反向电压的 2-3 倍。带反电动势负载时，变压器二次侧电流有效值 I2是其输出直流电流有效值 Id的一半，而对于桥式整流电路，晶闸管的通态平均电流 IVT=I，则在本设计中晶闸管的22额定电流 IVT(AV)=523-698A本设计中晶闸管的额定电压 UN=311-466V武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书41.41.4 保护电路的设计保护电路的设计对于过电压保护本设计采用 RC 过电压抑制电路，该装置置于供电变压器的两侧或者是电力电子电路的直流上，
6、如图 1-1 所示。对于过电流保护本设计采用在电力变压器副边每相母线中串接快速熔断器的方法来保护电路图 1-1 过压保护电路2 2 反馈调速及控制系统反馈调速及控制系统2.12.1 闭环调速控制系统闭环调速控制系统将开环系统改为单闭环转速负反馈调速系统，并采用 PI 调节器，就既保证动态性能，又能作到转速的无静差，较好的解决开环系统的不足，此闭环系统的工作原理是：将直流电动机转速变化信号反馈到触发环节，来自动增大或减小触发角 来自动调节整流输出电压 Uds，即可达到稳定,其系统结构框图如图 2-1 所示触发电路整流电路电动机转速反馈电 源UdsU-图 2-1 单闭环转速负反馈系统框图武汉理工大
7、学电力拖动与控制系统课程设计说明书52.22.2 带电流截止负反馈闭环控制系统带电流截止负反馈闭环控制系统在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流
8、负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。电流截止负反馈环节如图 2-2 中的（a）(b)(c)图：. （a）利用独立直流电源作比较电压 （b） 利用稳压管产生比较电压（c）封锁运算放大器的电流截止负反馈环节图 2-2 电流截止负反馈的环节武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书6图（a）中用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截止电流。图（b）中利用稳压管 VS 的击穿电压 Ubr作比较电压，线路要简单得多，但不能平滑的调节电流值。图（c）是反馈环节与运放的连接电路。由系统稳态结构可写出该系统两段静特性的方程式：当时，引入电流负反馈，静特性变为：
9、ddcrII图 2-3 带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性静特性的几个特点：（1）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs ，因而稳态速大，特性急剧下垂。（2）比较电压 Ucom 与给定电压 Un* 的作用一致， 好像把理想空载转速提高到（3）两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。当挖土机遇到坚硬的石块而过载电动机停下，电流也不过是堵转电流，在式（1）中，令 n = 0，得一般,因此pssK K RR（4）最大截止电流由给定条件知堵转电流 Idbl=2IN =35A, 截止电流 Idcr=1.5IN=26.25A（5）带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图及
10、结构图如图 2-4 及图 2-5)1 ()()1 ()(edsspecom* nsp KCIRKKRKCUUKKn)1 ()1 (ede* nsp KCRI KCUKKn)1 ()(ecom* nsp 0KCUUKKnsspcom* nsp dbl)(RKKRUUKKIscom* n dblRUUI武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书7KpKs1/CeRsRUfnUfiUgn IdRs-UbjnUcUnUdoUbj图 2-4 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图+-+-MTG+-RP2nRP1U*nR0R0 RbalUcVTVSUiTALIdR1C1UnUd-+MTG+-+-
11、 -MMTGTG+-RP2nRP1U*nR0R0 RbalUcVTVSUiTALIdR1C1UnUd- -+MMTGTG图 2-5 含电流截止负反馈的转速负反馈原理图武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书82.32.3 调节器设定调节器设定如图 2-6 微 PI 调节器即比例积分调节器既结构图用于实现系统的无静差调速系统图 2-6 PI 调节器的结构图比例积分调节器的控制传递函数为： =/ 为 PI 调节器的比例放大系数= / 为 PI 调节器超前时间常数。piK1R2RpiK1C0R比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。积分调节器到稳
12、态时Un =0，只要历史上有过Un ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压。如图 2-7 为采用 PI 调节器单闭环调速系统动态校正特性图 2-7 采用 PI 调节器单闭环调速系统sKsKsWKPpi pi P1)(1武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书92.42.4 控制及驱动电路设计控制及驱动电路设计晶闸管触发电路类型很多，有分立式、集成式和数字式，分立式相控同步模拟电路相对来说电路比较复杂；数字式触发器可以在单片机上来实现，需要通过编程来实现，本设计不采用。由于集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，所以本设计采用的是集成触发器，选择目前国内常用的 KJ、KC 系例，本设计采用 KJ004 集成块和 KJ041 集成块。对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60。本设计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差 180的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出 6 路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出 6 路脉冲。本设计课题是三相全桥控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1VT2VT3VT4VT5VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6 个触发脉冲相位依次
