毕业设计双闭环直流调速系统设计.docx

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1、毕业设计 双闭环直流调速系统 设计直流调速系统设计第一章主电路设计与参数计算调速系统方案的选择:由于电机上网容量较大，又要求电流的脉动小,故选用三相全控桥式整流电路供电方案。电动机额定电压为220V,为保证供电质 量，应采用三相减压变压器将电源电压降低。 为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波 电流对电源的干扰。主变压器采用A/D联结。因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调 速系统。采用电流截止负反馈进行限流保护。 出现故障电流时过电流继电器切断主电路电 源。为使线路简单，工作可靠，装置体积小，宜 采用KJ004组成的六脉冲集成触发电路。该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒 定，励磁绕组采

2、用三相不控桥式整流电路供电, 电源可从主变压器二次侧引入。为保证先加励磁后加电枢电压，主接触器主触点应在励磁绕 组通电后方可闭合，同时设有弱磁保护环节电动机的额定电压为220V,为保证供电质 量，应采用三相减压变压器将电源电压降低； 为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波 电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y联结。 1.1整流变压器的设计1.1.1变压器二次侧电压u2的计算U2是一个重要的参数，选择过低就会无法 保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角 a加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高, 增加了装置的成本。一般可按下式计算，即： 小(.2)起(1-1)式中A理想情况下，a=0时整流电

3、压小。与二次电压为之比，即A=Ud/u2； B一延迟角 为a时输出电压U与1。之比,即B=Ud/Ud。;e电网波动系数；1-1. 2考虑各种因数的安全系数；根据设计要求，采用公式:2(2.2)得(1-3)由表查得A=2. 34；取=0.9； a角考虑10 裕量，则 B=cos a =0. 985S -(1-1.2)220- 106 127V , 取廿120V。-)2.34x0.9x0.985电压比 K=Ui/U2=380/120=3.2。1. 1.2 一次、二次相电流I1、L的计算由表查得Kii=0.8得,KI2=0. 816考虑变压器励磁电流得：_=1.055 = 0816x55=4a,取

4、14A1K 3.2，Z2 = Krild =0.816x55 = 44.9AL1.3变压器容量的计算Si=miUiIi ； (1-4)SzNnhUzL;(1-5)S=1/2(S1+S2)；(1 -6)式中0、m2次侧与二次侧绕组的相数；由表查得加=3, m2=3SkmJJiL=3X380X14=15. 6KVAS2=m2U2I2=3X110X44. 9=14. 85 KVAS=l/2 (Si+S2)=1/2(15. 6+14. 85) =15. 3KVA考虑励磁功率匕=220 X 1. 6=0. 352kW ,取S=15.6kvAL2晶闸管元件的选择1.2.1晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最

5、大峰值电压心，乘以 (2-3)倍的安全裕量，参照标准电压等级， 即可确定晶闸管的额定电压分，即心=(23)整流电路形式为三相全控桥，查表得=救2 ,则%=(23)U“,=(23)#U2=(23)x#x11O = 5398OW( 3-7 )取 UTN = 700VL2.2晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子 允许通过的额定电流有效值4大于实际流过管子电流最大有效值，即/7或T(AV(1-8)考虑(1.5-2)倍的裕量T(AV)(L 5 2 ) K(1-9)式中K= (1.57/J 一电流计算系数。此外，还需注意以下几点： 当周围环境温度超过+40C时，应降低元件 的额定电流值。当

6、元件的冷却条件低于标准要求时，也应降 低元件的额定电流值。关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。由表查得K=0. 368,考虑L 52倍的裕量 。（.）=（L5 2）K（1-10）= （1.5-2）x0.368x1.2x55 = 36.4 48.4A取人v）=5（m。故选晶闸管的型号为KP50-7晶闸 管元件。（可用3CT107替换）。L3直流调速系统的保护晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计 晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电 压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过 电压、过电流保护措施。正确的保护是晶闸管 装置能否可靠地正常运行的关键。1.3. 1过电压保护以过电压保护的部位来分，有

7、交流侧过压 保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压 保护三种。1）森匾过电压保护阻容保护CS/U22=6 X 10X 5200/1102=25gF耐压2L 5山二1. 5X 110X V2=233V由公式计算出电容量一般偏大，实际选用时还可参过去已使用装置情况来确定保护电压的容量，这 里选CZJD-2型金属化纸介电容器，电容量20uF,耐压 250V。取5=5,R 2 2. 3 U22/S 柱=2. 3 X 11075200 X=2.2Q,取2.2QIc=2 JifCUcX10_6=2 Ji X50X20X10-6X 110=0.69APR(3-4)Ic2R=(3-4) X (0.69) 2

8、X2. 2=3. 1 4. 2W选取2. 2。，5W的金属氧化膜电阻。压敏电阻的计算U1ma=L 3V2U2=1. 3 X & X110=202V流通量取5KAo选MY31-220/5型压敏电阻。允 许偏差+10% (242V)o 2)直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护 相同的方法,可采用阻容保护和压敏电阻保护o 但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会 造成切力加大。因此，一般不采用阻容保护，而 只用压敏电阻作过电压保护。U1MA= (1. 8-2. 2) UDC=(1. 82. 2)X220=396440V选MY31-430/5型压敏电阻。允许偏差+10%(484V)o3

9、)闸管及整流二极管两端的过电压保护查下表:表1T阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管 额定电 流/ u A1020501002005001000电容/pF0. 10. 150.20. 250. 512电阻/Q1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管 两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加 在晶闸管两端工作电压峰值的1.1L15 倍。由上表得 O0.5PF, R=10Q ,电容耐压，1. 5 um =1. 5 X 屈 u? =1. 5 X V6 X 110=566V选C为0.5阳的CZJD-2型金属化纸介质电容 器，电容量0. 22NF,耐压为400Vop. =fCUm2

10、 X 10-6=50 X 0. 5 X 10-6 X ( 110)2=0. 8W选R为10 Q普通金属膜电阻器，RJ-O. 5o 1.3.2过电流保护快速熔断器的断流时间短，保护性能较好,是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可 以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。(1)晶闸管串连的快速熔断器的选择接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管的有效值日7=31. 75A选取RLS-35快速熔断器，熔体额定电流35Ao(2)过电流继电器的选择因为负载电流为55A,所以可选用吸引线圈电流为100A的JL14-11ZS型手动复位直流 过电流继电器，整定电流取1.25X55=68. 75A 100AL

11、 3. 3平波电抗器的计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗 器小 称平波电抗器。其主要参数有流过电抗 器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算 主要是电感量的计算。1)算出电流连续的临界电感量右可用下式计 算，单位mH。u.d min(3-11)式中 勺一与整流电路形式有关的系数，可由 表查得；。一羸小负载电流，常取电动机额定电流的5%10%计算。根据本电路形式查得(=0.695所以 j3x号=30 3mH2)限制输出电流脉动的临界电感量G由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动 的，因此输出电流波形也是脉动的。该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流

12、分量 组成。通常负载需要的只是直流分量，对电动 机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向 恶化和铁耗增加，引起过热。因此，应在直流 侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动 量。平波电抗器的临界电感量4 （单位为mH） 可用下式计算SJd(3-12)式中给一系数，与整流电路形式有关，S1 一电流最大允许脉动系数，通常三相电路sW （5-10） %。根据本电路形式查得KL1. 045,所以jKf-=22.8mH133）电动机电感量/和变压器漏电感量电动机电感量g （单位为mH）可按下式计xlO3(3-13)式中分、小n一直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入;P电动机的磁极对数;觞一计算系数

13、。一般无补偿电动机取812,快速无补偿电动机取6 8,有补偿电动机取56。本设计中取金=8、s产220V、/d=55A n=1000r/niin、p=l=Kd-xl()3 = 8xxlO3 = 16mHlpnID2x1x1000x55变压器漏电感量4 (单位为mH)可按下式计算j = K/巴也1 100(3-14)式中k,一计算系数，查表可得力一变正露的短路比，一般取本设计中取k产3. 2、u3h=0. 05所以匕=3.2X0. 05X120/ (100X55) =3. 5mH4)实际串入平波电抗器的电感量(3-15)考虑输出电流连续时的实际电感量：Ldx = max(L2,LX) (LD +

14、 2Lr) = 4.56mH5)电枢回路总电感：56+6. 91+2X6. 9=19. 51mH1.4励磁电路元件的选择整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取 800Vo额定电流可查得K=0.367,Id(av)=(1.52)K h =(1.5 2)X 0.367 X3. 77A=2. 082. 77A可选用ZP型3A、800V的二极管。RPl为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节 励磁电流。为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电 流继电器KA ，动作电流通过RPx调整。根据额定励磁电流I“=1.2A,可选用吸引线圈电流 为2.5A的JL14T1ZQ直流欠电流继电器。1.5继电器-接触器控制电路

15、设计为使电路工作更可靠，总电路由自动开关引入， 由于变压器一次侧124,故选DZ5 -50型三极自动 断路器，脱扣器的额定电流为30A的三极自动断路 器即可满足要求。用交流接触器来控制主电路通断，由于39A,故可选故选CJ10 60、线电压为220V的交流接触器。在励磁回路中，串联吸引线圈电流为2.5A的JL14T1ZQ直流欠电流继器，吸引电流可在3/10-65/100范围内调节，释放电流在1/10 2/10范围内调节。选用AL18-22Y型按扭，启动按扭用绿色, 并带有工作指示灯，停止按扭色。选用XDX2 型红色指示灯。电路第2章 双闭环的动态设计和校验2.1电流调节器的设计和校验1）确定时

16、间常数已知r =0.00f7s , 7；,=0.0025,所以电流环小时间常数40017+0. 002=0. 0037S。2）选择电流调节器的结构因为电流超调量5%,并保证稳态电流无静差，可按典型系统设计电流调节器电流环控 制对象是双惯性型的，故可用PI型电流调节 器3)电流调节器参数计算：电流调节器超前时间常数T,r=o. 0133s,又 因为设计要求电流超调量中5%,查得有 K/ G=0.5,所以 K,二产 ( =135.15- f 所以 ACR 的1 VjU.UO J /比例系数= 135.1x0.0133xQ.6L078o40x0.054)校验近似条件电流环截止频率%=马=135.15

17、-o晶闸管整流装置传递函数的近似条件:1 = 1 37- 3x0.0017= 196.1S-iWq满足条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响条件:而焉T犷匕，满足条件。电流环小时间常数近似处理条件:- ；- = -J1= 180.8S-i 匕，满足条件。33 V0,0017 x0,002川5）计算调节器的电阻和电容取运算放大器的凡=40心，有/?, = k, - /?（）=1 078、40=43. 12 心，45m,2=0.0133、0 2% F 取 0. 3 , % =%=叱002 = 0.2/zF 9 1R, 45 kCR0 40m取0.2。故小山必襦，其结构rts0.013%图如下所示:

18、Ri CiAtR0/2R0/2|R0/2jCoiR0/24-RbL图2-1 电流调节器2. 2转速调节器的设计和校验 1) 确定时间常数:有 K, =0.5,则 J=27；, =2 x 0.0037 s = 0.0074 s 9 已知转K1速环滤波时间常数&=0.01s,故转速环小时间常数 = 4- + & = 0 0074 + 0.01 = 0.0174 s。K12）选择转速调节器结构:按设计要求，选用PI调节器股向=吊了3）计算转速调节器参数:按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=4,则ASR 的超前时间常数为：rn = h% =4x0.0174 =0.0696 5 ,转速环开环增益心lh2T

19、n 2x 4? x 0.0174 2=516.15-1ASR 的 比例 系数为：(/z + l)/7C, Tni 5x0.05x0.115x1.84K” = 90.4IhaRT 2x4x0.007 x0.6x0.01744）检验近似条件转速环截止频率为叱 =S = K，v =516.1x0.0696 = 35.92。电流环传递函数简化条件为135.13 V 0.0037=63.7s-1，满足条件。转速环小时间常数近似处理条件为：1 扃 _1 1135.1=38.7吃，满足近似条件。5）计算调节器电阻和电容：取 时二40 g,贝！| R“ =K凡=90.483 x 40 = 3619.324。，

20、 取3700 Anoc=b=0,0188/F,取 024Rn 3700 kCl4x0.01 ,1 厂“碗瓜,取1”。故叼小）二”士其结构图如下:1) 90.483x(0.06965 + 1)O0.069650图2-2转速调节器|TR0/2工Cod6）校核转速超调量:由h4,查得b” =43.6% 10% ,不满足设计要求,应使ASR退饱和重计算,。设理想空载z=0, h=4时，查得空a =77. 5% ,（巴丝）（一）209x0.6= 2x77.5%xl.5x 0 115 -0.0239-2.39%10% , 满足设计要求.第3章触发电路选择与校验3. 1触发电路的选择与校验选用集成六脉冲触发

21、器电路模块，其电路如电 气原理总图所示。从产品目录中查得晶闸管的触发电流为陷V 250mA，触发电压 3v。由已知条件可以计算出%=0 007x1000 = 71/ , 4；”=小加=0 05x209 =10.451/ ,Cj1 + R段0.115x1000 + 209x0.6 r40=7.304V因为VG7. Kg= =g 2.43 ,V3v(sTJ取3：lo设触发电路的触发电流为250mA,则脉冲变压器的一次侧电流只 需大于250/3=83. 3mA即可。这里选用3DG12B 作为脉冲功率放大管，其极限参数BV w = 45 V,/ = 300 zA 触发电路需要三个互差120 ,且与主电

22、路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一 个三相同步变压器。这里用三个单相变压器接 成三相变压器组来代替，并联成DY型。同步 电压二次侧取30V, 一次侧直接与电网连接, 电压为380V,变压比为380/30=12. 7。触发器的电路图如下图3-1所示：T 工 T Th T T m .T T 2 T 工 T t 工 T第四章 系统MATLAB仿真MATLAB,MATLAB 对好漆普舞仿真采用目前比较流行的控制系 貌盘野*算机仿真的主要方法有两种，以控制系统的础，使用MATLABSimulink 工另外一种是面向控制着级、 用Power System工具箱j 新方法。本次系统仿真桌用后一4

23、.1 系统的建模与参数设置皿普淳二里连双团环直速调醇谶Jain2图4-1转速、电流双闭环直流调真流毒 仿电Asmwm 的、统舞系蒙器设，数的 速蠢系 各23t 环CR、nde 闭Acttwod 双前为li口.乡o:Start timelit:裔蓼设统仿真横型如图7-1o0, Stop time 设为 2.5o4.2 系统仿真结果的输出及结果分析近果矍，下 ，爵一 强以分 完直 置臣下设闭结。和-2=s 模4-。析律线分 当。轼矗理271- 21.41- 61- 822010-000. 20.4 0. 6 0. 811. 2 1.41. 61. 821740145011608705802900-2904030Time offset 0图4-2双闭环直流调速系的篦二统，速。差电启定幅阶表矍转为流现流过程的第瓦H, ASR 的，电流也很终上揖洒喀史?;直。以，雷 H，成 入入结单件完t R ,仿中0 Asmww结后和调饱定在大是仿于绝曾速舞转展调本。使maw 调，转一蟹好 震现电，HHWmft直流调速系统电气原理总图25