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1、1 设计方案论证1.1电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最抱负调节器，可以平滑迅速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大冲击作用，普通要小心使用。方案二，采用PI调节器，PI调节器可以做到无静差调节，且电路较PID调节器简朴，故采用方案二。1.2转速环调节器 方案一，采用PID调节器，PID调节器是最抱负调节器，可以平滑迅速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大冲击作用，普通要小心使用。方案二，采用PI调节器，PI调节器可以做到无静差调节，且电路较PID调节器简朴，故采用方案二。2双闭环调速控制系统电路设计及其原理2.1综述随着当代工业发展，在
2、调速领域中，双闭环控制理念已经得到了越来越广泛认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩动态过程弱点。双闭环控制则较好弥补了她这一缺陷。双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈分别作用，从而获得良好静，动态性能。其良好动态性能重要体当前其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速众多长处，因此在此有必要对其最优化设计进行进一步探讨和研究。本次课程设计目就是旨在对双闭环进行最优化设计。2.2整流电路本次课程设计整流主电路采用是三相桥式全控整流电路，它可当作是由一组共阴接法和另一组共阳接法三相半波可控整流电路串联而成。共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器电流为
3、正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器电流为反向电流。变压器每相绕组在正负半周均有电流流过，因而，变压器绕组中没有直流磁通势，同步也提高了变压器绕组运用率。三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或规定实既有源逆变负载。为使负载电流持续平滑，有助于直流电动机换向及减小火花，以改进电动机机械特性，普通要串入电感量足够大平波电抗器，这就等同于具有反电动势大电感负载。三相桥式全控整流电路工作原理是当a=0时工作状况。触发电路先后向各自所控制6只晶闸管门极（相应自然换相点）送出触发脉冲，即在三相电源电压正半波1、3、5点（正半波自然换相点）向共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5输
4、出触发脉冲；在三相电源电压负半波2、4、6点（负半波自然换相点）向共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6输出触发脉冲。如下三点是三相桥式全控整流电路所要遵循规律：(1) 三相桥式全控整流电路任一时刻必要有两只晶闸管同步导通，才干形成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。(2) 整流输出电压波形是由电源线电压uUV、uUW、uVW、uVU、uWU和uWV轮流输出所构成，各线电压正半波交点16分别是VT1VT6自然换相点。(3) 六只晶闸管中每管导通120，每间隔60有一只晶闸管换流。综上所述，三相桥式全控整流电路整流输出电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz，因此串入平波电抗器电感
5、量较小。在负载规定相似直流电压下，晶闸管承受最大电压，将比采用三相半波可控整流电路要减小一半，且无需要中线，谐波电流也小。因此，广泛应用于大功率直流电动机调速系统。如果为了省去整流电压器，可以选用额定电压为440V直流电动机。相比其她各类整流电路而言，再依照其长处，因此采用三相桥式全控整流电路。本次本次课程设计变压器联结组别采用是主变压器为Yd11和同步变压器为Yy4。固然不同联结组别选取会产生不同效果和作用。如下为变压器联结组别选取国标：为了制造和使用上以便，国家规定三相双绕组电力变压器原则联结组为Yyn0、YNy0、Yy0、Yd11、YNd11。其中Yyn0用于低压侧电压为400230V配
6、电变压器中，供应动力与照明混合负载。变压器容量可达1800kV.A，高压侧额定电压不超过35kV。YNy0用于高压侧需接地场合。Yy0只供三相动力负载。Yd11用在低压侧电压超过400V线路中，最大容量为31500kV.A，高压侧电压在35kV如下。YNd11用在高压侧需要接地且低压侧电压超过400V线路中。三相变压器绕组联结时应注意运用单相变压器接成三相变压器组时，要注意绕组极性。把三相心式变压器一、二次侧三相绕组接成星形或三角形时，其首端都应为同名端；一、二次绕组相序要一致。2.3触发电路选取和同步晶闸管电流容量越大，规定触发功率越大。对于大中电流容量晶闸管，为了保证其触发脉冲具备足够功率
7、，往往采用由晶体管构成触发电路。本次课程设计触发电路采用是锯齿波同步触发电路，该电路由五个某些构成，分别为同步环节；锯齿波形成及脉冲移相环节；脉冲形成、放大和输出环节；双脉冲形成环节；强触发环节。选取好触发电路后，就要考虑同步问题。所谓同步，就是规定触发脉冲和加于晶闸管电源电压之间必要保持频率一致和相位固定。实现同步重要办法是通过同步变压器TS不同联结组别向各触发单元提供不同相位交流电压，称之为同步信号电压，保证变流装置中各晶闸管能按规定顺序和时刻获得触发脉冲并有序地工作。普通，同步变压器联结组别与主电路整流变压器联结组别、主电路形式、负载性质以及采用何种触发电路均关于系。事实上所谓三相触发电
8、路同步定相，就是在主电路整流变压器联结组别、主电路形式、负载提出所需移相范畴以及触发电路均已拟定条件下，如何通过简便办法来拟定同步变压器联结组别并给各触发单元选用相应同步电压。由于同步变压器二次电压要分别接到各单元触发电路，而各单元触发电路又均有公共“接地”端点，因此同步变压器二次侧选取星形联结。由于整流变压器与同步变压器一次绕组总是接在同一三相电源上，因此对同步变压器联结组别拟定可以采用简化电压相量图解办法。2.4双闭环控制电路工作原理图2.1 双闭环直流调速系统电路原理图双闭环直流调速系统电路原理图如图2.1所示，一方面是对双闭环控制电路稳态工作原理分析，可以依照系统稳态构造框图来分析，分
9、析稳态工作原理核心是要理解PI调节器稳态特性，普通都会存在着两种状况：饱和输出达到限幅值，不饱和输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量变化不再影响输出，除非有反向输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和调节器暂时隔断了输入和输出间联系，相称于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总为零。在实际正常运营时，电流调节器是不会达到饱和状态。因而，只有转速调节器饱和和不饱和两种状况。当转速调节器不饱和时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们输入偏差电压都是零。而当转速调节器饱和时，ASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一
10、种电流无静差单电流闭环调节系统。在稳态工作点上，转速是由给定电压决定，ASR输出量是由负载电流决定，而控制电压大小则同步取决于转速和负载电流。PI调节器输出量在动态过程中决定于输入量积分，到达稳态时，输入为零，输出稳态值与输入无关，而是由它背面环节需要决定。双闭环调速系统静特性在负载电流不大于Idm时体现为转速无静差，这时，转速负反馈起重要调节作用。当负载电流达到Idm时，相应于转速调节器饱和输出，这时，电流调节器起重要调节作用，系统体现为电流无静差，得到过电流自动保护。这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环效果。这样静特性比带电流截止负反馈单闭环系统静特性好。双闭环直流调速系统稳态
11、构造图如图2.2所示。对其起动过程分析，由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种状况，整个动态过程就提成、三个阶段。第阶段（电流上升阶段）。突加给定电压后，通过两个调节器跟随作用，Uc、Ud0、Id都跟着上升，但是在Id没有达到负载电流IdL此前，电动机还不能转动。当IdIdL后，电动机开始起动。由于机电惯性作用，转速不会不久增长，因而转速调节器ASR输入偏差电压仍较大，其输出电压保持限幅值，逼迫电枢电流迅速上升。直到电流调节器不久就压制了Id增长，标志着这一阶段结束。第阶段（恒流升速阶段）。这是起动过程中重要阶段。在这个阶段中，ASR始终是饱和，转速环相称于开环，系统成
12、为在恒值电流给定下电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统加速度恒定，转速呈线性增长，对电流调节系统来说，E是一种线性渐增扰动量，为了克服它，Ud0和Uc也必要基本上按线性增长，才干保持Id恒定。第阶段（转速调节阶段）。当转速上升到给定值时，转速调节器ASR输入偏差减小到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，因此电动机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，Ui*和Id不久下降。但是，只要Id仍不不大于负载电流IdL，转速就继续上升。直到Id=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n才到达峰值。此后，电动机开始在负载阻力下减速，当Id
13、IdL时，直到稳定。综上所述，双闭环直流调速系统起动过程有如下三个特点：（1）饱和非线性控制（2）转速超调（3）准时间最优控制。最后是对其动态抗扰性能分析，对于调速系统，最重要动态性能是抗扰性能。重要是抗负载扰动和抗电网电压扰动性能。负载扰动作用在电流环之后，因而只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动作用。就静特性而言，系统对它们抗扰效果是同样。但从动态性能上看，由于扰动作用点不同，存在着能否及时调节差别。负载扰动可以比较快地反映到被调量n上，从而得到调节，而电网电压扰动作用电力被调量稍远，调节作用受到延滞，因而单闭环调速系统抑制电压扰动性能要差一点。 综上所述，由于增设了电流内环，电压波动可
14、以通过电流反馈得到比较及时调节，不必等它影响到转速后来才干反馈回来，抗绕性能大有改进。因而，在双闭环系统中，由电网电压波动引起转速动态变化会比单闭环系统小得多。图2.2 双闭环直流调速系统稳态构造图3整流装置设计及其计算3.1变压器副方电压为了减小电网与整流装置互相干扰,使整流主电路与电网隔离,为此需要配备整流装置。但由于电网电压波动、管子自身压降以及整流变压器等效内阻导致压降等。因此设计时应按下式计算: 式中：为负载额定电压，取220V 为整流元件正向导通压降，取1V n为电流回路所通过整流元件个数，桥式电路取2 A为抱负状况下时，取2.34 B为实际电压与抱负空载电压比，取0.93为最小移
15、相角，取 C为线路接线方式系数，取0.5 为变压器阻抗电压比，取0.05 为二次侧容许浮现最大电流与额定电流之比，取0.816因此将数据代入 3. 2变压器和晶闸管容量(1)变压器容量 抱负条件下变压器二次容量为(2)晶闸管容量 晶闸管额定电压应选等于元件实际承受最大峰值电压(23)倍 考虑3倍过压容量,取 晶闸管额定电流:有效值 平均值 考虑(1.52)过流裕量,取3. 3平波电抗器电感量 为了使负载电流得到平滑直流,普通在整流输出端串入带有气隙铁心电抗器。电流持续时: 式中: 因此 电流断续时: 式中: 其中给定容许电流脉动系数,三相整流电路中,取。 因此 平波电抗器电感 平波电抗器电阻为=3.4晶闸管保护电路(1)晶闸管关断过电压保护为了避免晶闸管两端在关断过程中浮现瞬时反向过电压尖峰波形,最惯用保护方式是在晶闸管两端并接RC吸取元件。选取依照查表得：电阻，电容电阻功率(2)交流侧过电压保护为了避免接通、断开交流侧电源时浮现暂态过程而引起过电压，故采用阻容吸取电路
