-1-自自動(dòng)動(dòng)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)報(bào)報(bào)告告課程名稱：自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：電氣工程系班級(jí)：設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)：同組人：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2011.10.312011.11.11-2-課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)生指導(dǎo)教師題目自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)子題錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間2011年10月31日至2011年11月11日共2周設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)目的：1.了解并熟悉錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。2.熟悉錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中各單元環(huán)節(jié)的工作原理，特性和作用。3.了解錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的靜特性和動(dòng)態(tài)特性。4.了解錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.系統(tǒng)方案的選擇。2.系統(tǒng)方案的實(shí)體設(shè)計(jì)，包括各種功能電路或部件的設(shè)計(jì)與選擇參數(shù)計(jì)算。3.系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。4.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工程設(shè)計(jì)，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇。5詳細(xì)分析錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。指導(dǎo)教師簽字：系（教研室）主任簽字：年月日-3-目錄一、錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理.-4-1、可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理.-4-2、環(huán)流的介紹.-4-1、環(huán)流的定義.-4-2、環(huán)流的分類.-5-3、錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng).-5-1、靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理.-5-2、錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).-5-3、錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn).-6-二、系統(tǒng)的設(shè)計(jì).-6-1、主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇.-6-1、變壓器的選擇.-6-2、晶閘管的選擇.-6-3、電抗的選擇.-7-2、同步變壓器及觸發(fā)器的設(shè)計(jì).-7-1、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì).-7-2、同步變壓器的設(shè)計(jì).-8-3、保護(hù)電路的設(shè)計(jì).-8-1、過電流保護(hù).-8-2、過電壓保護(hù).-8-3、緩沖電路.-8-4、檢測環(huán)節(jié).-9-1、轉(zhuǎn)速檢測.-9-2、電流檢測.-9-3、電壓檢測.-10-5、控制電路的設(shè)計(jì).-10-1、AVR電壓內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì).-10-2、ACR電流環(huán)的設(shè)計(jì).-11-3、ASR轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì).-12-4、AVR、ACR和ASR的限幅設(shè)計(jì).-13-5、AR反相器的設(shè)計(jì).-13-三、設(shè)計(jì)小結(jié).-14-四、參考文獻(xiàn).-14-4-一、錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理1、可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理圖1兩組晶閘管裝置發(fā)并聯(lián)線路較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕枰赡孢\(yùn)行時(shí)經(jīng)常需要采用倆組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，如圖1，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管VR供電。兩組晶閘管分別由兩組觸發(fā)裝置進(jìn)行控制，都能靈活的控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和升速、降速。但在一般情況下不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路。在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)可利用反組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，反轉(zhuǎn)時(shí)同樣可利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，總結(jié)起來，可將可逆線路的正反轉(zhuǎn)時(shí)的晶閘管和電機(jī)狀態(tài)總結(jié)為表1。表1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)2、環(huán)流的介紹1、環(huán)流的定義采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。如圖2中的Ih。一般情況，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。-5-圖2反并聯(lián)可逆VM系統(tǒng)中的環(huán)流（Ih環(huán)流Id負(fù)載電流）2、環(huán)流的分類（1）靜態(tài)環(huán)流：兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：直流平均環(huán)流-由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流-兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電壓波形不同，瞬時(shí)電壓差仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流：僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。3、錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)1、靜態(tài)環(huán)流的錯(cuò)位消除原理采用配合控制的原理，當(dāng)一組晶閘管裝置整流時(shí)，讓另一組處于待逆變狀態(tài)，而且兩組觸發(fā)脈沖的零位錯(cuò)開的比較遠(yuǎn)，避免了瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的可能性，這就是錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)。具體地說，在=配合控制的有換流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，兩組觸發(fā)脈沖的配合關(guān)系是180rf，0cU時(shí)的初始相位整定在9000rf，從而消除了直流平均環(huán)流，但仍存在瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。在錯(cuò)位控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是300rf，甚至是360rf，也就是說初始相位整定在18015000或rf。這樣，當(dāng)待逆變組的觸發(fā)脈沖到來時(shí)，它的晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導(dǎo)通，當(dāng)然就不會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)環(huán)流了。2、錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路，控制電路采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動(dòng)電流；電流調(diào)節(jié)器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角min與最小逆變角min。根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映正和負(fù)極性，電流反饋應(yīng)能否反映極性，因此電流互感器需采用直流電流互感器或霍爾變換器。在錯(cuò)位無環(huán)流系統(tǒng)中增設(shè)了電壓內(nèi)環(huán)。電壓內(nèi)環(huán)的作用：1）縮小反向時(shí)的電壓死區(qū)，加快系統(tǒng)的切換過程。2）抑制電流斷續(xù)等非線性因素的影響，提高系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。3）防止動(dòng)態(tài)環(huán)流，保證電流安全換向。-6-)(sUctASRACRAVR-1GTFGTRTAnnin*UnUi*UTATGiUvUTVDv*UMVRVF-15V+15V圖3錯(cuò)位控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR電流調(diào)節(jié)器，AVR電壓調(diào)節(jié)器，TG測速發(fā)電機(jī)，TA電流互感器，AR反相器，GTF正組晶閘管脈沖移相觸發(fā)裝置，GTR反組晶閘管脈沖移相觸發(fā)裝置，VF正組晶閘管，VR反組晶閘管，tfL平波電抗器，Un*轉(zhuǎn)速給定電壓，Un轉(zhuǎn)速反饋電壓，Ui*電流給定電壓，Ui電流反饋電壓，Uu端電壓給定電壓，Uu端電壓反饋電壓3、錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，但與邏輯無環(huán)流系統(tǒng)相比，切換特性較差，在某些切換條件下的切換死區(qū)較大。而且在切換過程中容易出現(xiàn)電流沖擊。因此錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)通常用于系統(tǒng)容量較小而且對(duì)切換品質(zhì)要求不高的場合。二、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇1、變壓器的選擇三向橋式整流電路變壓器副邊相電壓2E與最大整流直流電壓maxdU的關(guān)系是：2max34.2EUd。在可逆系統(tǒng)中由于有最小逆變角限制的問題，min2maxcos34.2EUd。maxdU應(yīng)該等于電動(dòng)機(jī)額定電壓edU加上過載電流所產(chǎn)生的附加壓降seddRII)(max再加上晶閘管的管壓降E，另外考慮整流電源內(nèi)阻壓降及電網(wǎng)電壓波動(dòng)，通常還需要再增加15%20%，因此)()2.115.1(maxmaxERIIUUseddedd，則可求出E2。考慮到工作負(fù)荷不會(huì)過重，并且變壓器也容許一定過載，所以選取變壓器為Y/連接。則在副邊：副邊線電壓為223EU,副邊線電流dmax2816.0816.0IIId。2、晶閘管的選擇考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過電壓等因素，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該有23倍的電壓設(shè)計(jì)裕-7-量，則晶閘管的額定電壓值為VEUUmN97565045.2)32()32(2。晶閘管的額定電流的選取設(shè)計(jì)過程中也應(yīng)該考慮裕量的問題，則其額定電流為AIIdTAV1007557.1/3/)25.1(。3、電抗的選擇在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動(dòng)的措施，主要是：設(shè)置平波電抗器；增加整流電路相數(shù)；采用多重化技術(shù)。在此處增加平波電抗器。三相橋式整流電路中，總電感量為min2693.0dIEL，平波電抗器，mLLLdNdminI%10%5）（I,mL為電機(jī)的電樞電感。2、同步變壓器及觸發(fā)器的設(shè)計(jì)1、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路類型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對(duì)來說電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來實(shí)現(xiàn)，需要通過編程來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)不采用。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，所以本設(shè)計(jì)采用的是集成觸發(fā)器，選擇目前國內(nèi)常用的KJ、KC系例，本設(shè)計(jì)采用3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。電路原理圖如圖4，0CU處為觸發(fā)系統(tǒng)的輸入端，可將變阻器去掉，直接接控制電壓0CU；Up為初始相位控制端，即在Uc初始電壓為0時(shí)調(diào)節(jié)脈沖的初始相位18000rf。360。usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3