《交直流調(diào)速系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)院、部：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：專(zhuān)業(yè)：班級(jí)：完成時(shí)間：摘要本文實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以準(zhǔn)確直觀的觀察轉(zhuǎn)速—電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程，可方便的設(shè)計(jì)各種不同的調(diào)節(jié)器參數(shù)及控制策略并分析其多系統(tǒng)性能的影響，取得了很好的效果。但怎樣處理好轉(zhuǎn)速控制和電流控制之間的關(guān)系呢？經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和實(shí)踐，終于發(fā)現(xiàn)，如果在系統(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，兩者之間實(shí)行串聯(lián)連接,即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓，那么這兩種調(diào)節(jié)作用就能互相配合,相輔相成了。本文利用MATLAB軟件中的simulink組件對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，應(yīng)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)仿真具有方便，高效及可靠性高等優(yōu)點(diǎn).關(guān)鍵詞:雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，晶閘管，直流電動(dòng)機(jī)，MATLAB，仿真AbstractThispaperpresentsthespeed—currentdoubleclosed-loopDCspeedcontrolsystemdesign，experimentalresultscanbeaccuratevisualobservationofspeed—currentdoubleclosed-loopspeedcontrolsystemstartupprocesscanbedesignedtofacilitatetheregulationofthevariousparametersandcontrolstrategiesandtoanalyzetheirmulti—systemperformanceandachievedgoodresults。Buthowtohandlethespeedcontrolandcurrentcontrolbetweentherelationship？Afterrepeatedstudyandpractice，andfinallyfoundthatifinthesystemsetuptworegulators,respectively，regulatespeedandcurrentinseriesconnectionbetweenthepractice，thatis,theoutputofspeedregulatorastheinputcurrentregulatorACR，andthencurrentregulator'soutputasthecontrolvoltagethyristortriggeringdevice，thentheregulatoryroleofthesetwowillbeabletocomplementoneanotherby.

Inthispaper,MATLABsoftwarecomponentsofthesimulinkpairsofclosed-loopspeedcontrolsystemoftheDCsimulationresultsshowthattheapplicationofMATLABforsystemsimulationisconvenient,efficientandhighreliability.Keywords：Double—LoopDCMotorControlsystems,thyristor,DCmotors,MATLAB,simulation第1篇直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1緒論在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求,需要采用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械，這些生產(chǎn)機(jī)械大多采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)其工藝特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械和拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也不斷提出各種不同的要求,這些不同的工藝要求，都是靠電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)和機(jī)機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的?？梢?jiàn)各種拖動(dòng)系統(tǒng)都是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，調(diào)速控制技術(shù)是最基本的電力拖動(dòng)控制技術(shù)。由于直流調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速等性能，目前在調(diào)速領(lǐng)域中仍占主要地位。按供電方式,它可分交流機(jī)組供電、水銀整流供電和晶閘管供電三類(lèi)。晶閘管供電的直流調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).因此，在國(guó)內(nèi)外已取代了其他兩種供電方式。目前，我國(guó)的直流調(diào)速控制主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行著研究。①提高調(diào)速的單機(jī)容量.我國(guó)現(xiàn)有最大單機(jī)容量為7000kW，國(guó)外單機(jī)容量已達(dá)14500kW。②提高電力電子器件的生產(chǎn)水平,增加品種。20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)的無(wú)自關(guān)斷能力的半控型普通晶閘管是第一代電力電子器件.70年代以后，出現(xiàn)了能自關(guān)斷的全控型器件，如電力晶體管（GTR）、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、電力場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH）等稱(chēng)之為第二代電力電子器件,使得變流器結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、緊湊。80年代后，出現(xiàn)了電力集成電路（PIC），屬于第三代電力電子器件，在PIC中，不僅含有主電路的器件,而且把驅(qū)動(dòng)電路以及過(guò)壓、過(guò)電流保護(hù)、電流檢測(cè)甚至溫度自動(dòng)控制等電路都集成在一起,形成一個(gè)整體。當(dāng)今，電力電子器件正在向大功率化、高頻化、模塊化、智能化發(fā)展。③提高控制單元水平。目前國(guó)內(nèi)使用較多的仍是小規(guī)模集成運(yùn)放和組件構(gòu)成的交直流調(diào)速控制系統(tǒng)，觸發(fā)裝置甚至仍是分立元件的，目前，國(guó)外的第四代產(chǎn)品以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，具有控制、監(jiān)視、保護(hù)、診斷及自復(fù)原等多種功能。2直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定2.1系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)及要求技術(shù)數(shù)據(jù)：直流電機(jī)額定功率PN=48KW;額定電壓=230V,額定電流IN=209A，極對(duì)數(shù)2P=2,轉(zhuǎn)速nn=1450r/min;電樞電阻Ra=0.3Ω，勵(lì)磁電壓UL=220V，勵(lì)磁電流IL=1。6A。設(shè)計(jì)要求：系統(tǒng)調(diào)速范圍D=10，靜差率S≤5％；穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量σi≤5%；啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量≤10％。2.2調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器觸發(fā)器MTG+-圖2-1調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流反饋與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG,從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大后，作為電流調(diào)節(jié)器的給定,與電流反饋信號(hào)相減后得到電流偏差，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器放大后，去控制觸發(fā)器的導(dǎo)通角，從而改變輸出電壓，達(dá)到變壓調(diào)速的目的。2。2.1主電路的選擇一般說(shuō)來(lái)，對(duì)晶閘管整流裝置在整流器功率很小時(shí)（4KW以下）,用單相整流電路，功率較大時(shí)用三相整流電路。這樣可以減小負(fù)載電流的脈動(dòng)。由于所提供的電動(dòng)機(jī)為10KW。故主電路采用三相整流電路.在三相整流電路中，主要有三相零式整流電路、三相全控橋式整流電路和三相半控橋式整流電路。三相零式電路突出的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對(duì)需要220V電壓的用電設(shè)計(jì)直接用380V電網(wǎng)供電,而不需要另設(shè)整流變壓器。但缺點(diǎn)是要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動(dòng)大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量,增加了發(fā)熱和損耗.因零線流過(guò)負(fù)載電流，在零線截面小時(shí)壓降大。而三相全控橋式整流電路,在輸出電流和電壓相同時(shí)，電源相電壓可較三相零式整流電路小一半。因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求.變壓器二次繞組電流中沒(méi)有直流分量，種用率高.輸出整流電壓脈動(dòng)小,所以平波電抗器容量就可以小一些。三相全控橋式整流電路的缺點(diǎn)是整流器件用得多，需要六個(gè)觸發(fā)電路，需要220V電壓的設(shè)備也不能用380電網(wǎng)直接供電,而要用整流變壓器.三相半控橋式整流電路，雖然只用三只晶閘管、三個(gè)觸發(fā)電路,但整流輸出電壓脈動(dòng)大,且不能用于需要有源逆變的場(chǎng)合。綜合上述三種三相整流電路,及根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,主電路選用三相全控橋式整流電路。又由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低;為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響,三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。2.2.2觸發(fā)電路的選擇目前觸發(fā)電路主要有阻容移相觸發(fā)電路、單結(jié)晶體觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路、鋸齒波同步觸發(fā)電路，以及集成觸發(fā)電路等。對(duì)常見(jiàn)的幾種觸電發(fā)電路進(jìn)行綜合考慮，集成觸發(fā)電路具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而選用集成觸發(fā)電路。觸發(fā)集成芯片采用目前比較常用的KC系列.3主電路設(shè)計(jì)與計(jì)算3。1主電路的設(shè)計(jì)由于電機(jī)的容量較大,又要求電流的脈動(dòng)小，故選用三相全控橋式整流電路供電。如圖3-1所示。圖3-1晶閘管三相全控整流電路圖3-1晶閘管三相全控整流電路在圖3-1中，SB1為停止按扭，SB2為啟動(dòng)按扭.主電路的工作過(guò)程為：先合上開(kāi)關(guān)QS1,接通三相電源,經(jīng)整流變壓器變壓后，一路經(jīng)整流二極管VD1～VD6組成的三相不可控橋式整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，作為直流電機(jī)的勵(lì)磁電源。當(dāng)勵(lì)磁電流達(dá)到最小允許值后，過(guò)電流繼電器吸合，此時(shí)按下啟動(dòng)按扭SB2，接觸器KM得電吸合，其主觸頭閉合，從整流變壓器輸出的三相電壓經(jīng)熱繼電器后加到由晶閘管VT1~VT6組成的三相全控整流電路上，在觸發(fā)電路的控制下得到可調(diào)的電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速.3。2整流變壓器的設(shè)計(jì)3.2.1變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過(guò)低就會(huì)無(wú)法保證輸出額定電壓。選擇過(guò)大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即：（3-1）式中：A—理想情況下,α=0°時(shí)整流電壓Ud0與二次電壓U2之比，即A=Ud0/U2；B—延遲角為α?xí)r輸出電壓Ud與Ud0之比，即B=Ud/Ud0；ε—電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù),通常取ε=0.9；1～1.2-—考慮各種因數(shù)的安全系數(shù);對(duì)于三相全控整流電路A=2.34；取ε=0.9；α角考慮10°裕量，則B=cosα=0。985，由式（3-1）可得,取=120V。電壓比K=U1/U2=380/120=3。17.3。2。2一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算整流變壓器一次、二次相電流與負(fù)載電流之比分別為：KI1=I1/Id（3-2)KI2=I2/Id(3—3）考慮變壓器的勵(lì)磁電流時(shí)，應(yīng)乘以1。05左右的系數(shù)，即：（3-4）對(duì)于三相全控整流電路KI1=0。816，KI2=0。816，由式（3—3）、（3—4）可得：3。2。3變壓器容量的計(jì)算S1=m1U1I；（3-5）S2=m2U2I2；（3-6）S=0。5(S1+S2)；（3—7）式中m1、m2--一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；對(duì)于三相全控?fù)资秸麟娐穖1=3，m2=3,則有：S1=m1U1I1=3×380×56。49=64.398kVAS2=m2U2I2=3×120×170.54=61。394kVAS=0.5(S1+S2）=0。5×(64。398+61。394）=62.896kVA取S=62.9kVA3.3晶閘管元件的選擇3。3。1晶閘管的額定電壓晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，并考慮（2～3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)晶閘管電壓等級(jí),即可確定晶閘管的額定電壓,即=（2~3）在三相全控橋式整流電路，每個(gè)晶閘管所承受的最大峰值電壓為，則（3—8）這里取3。3。2晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過(guò)的額定電流有效值大于實(shí)際流過(guò)管子電流最大有效值，即：=1.57〉或>==K（3-9）考慮到（1。5~2）倍的裕量=(1。5～2)K（3-10)式中K=/（1。57）—-電流計(jì)算系數(shù).對(duì)于三相全控整流電路K=0。368，考慮1.5～2倍的裕量取。故選晶閘管的型號(hào)為KP160晶閘管元件。3.4主電路的保護(hù)設(shè)計(jì)與計(jì)算在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受各種各樣因素的引響，使電壓或電流超出系統(tǒng)允許的范圍，如電網(wǎng)電壓波動(dòng)導(dǎo)致的過(guò)電壓，過(guò)載或堵轉(zhuǎn)引起的過(guò)電流等等，這時(shí)很容易損壞系統(tǒng)，因而需要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)電路。3.4。1過(guò)電壓保護(hù)以過(guò)電壓保護(hù)的部位劃分,可分為交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)和器件兩端過(guò)電壓保護(hù)三種。（1）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)=1\＊GB3\＊MERGEFORMAT①1/t\＊MERGEFORMAT阻容保護(hù)即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)，如圖3-1中的1R1—1R3和1C1-1C3.對(duì)于單相電路電容C的耐壓（3-11）（3—12)電阻功率:（3-13）式中：—-變壓器容量（VA）——變壓器二次相電壓有效值—-通過(guò)電阻的電流（A）——變壓器勵(lì)磁電流百分比，10～100KVA的變壓器,對(duì)應(yīng)的=10~4；——變壓器的短路比，10～1000KVA的變壓器,對(duì)應(yīng)的=5~10;——阻容兩端正常工作時(shí)交流電壓峰值（V）。對(duì)于相電路，R和C的數(shù)值可按表3—1進(jìn)行換算。表3-1變壓器和阻容裝置不同接法時(shí)電阻和電容的數(shù)值變壓器接法單相三相、二次Y聯(lián)結(jié)三相、二次D聯(lián)結(jié)阻容裝置接法與變壓器二次側(cè)并聯(lián)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)電容CC1/3C3CC電阻RR3R1/3RR取=6,=8，由式（3—11）、（3—12）、（3—13）得C≥6S/U22=6×6×62。9×103/1202=157.3μF耐壓≥1。5Um=1。5××120=254。6V由公式計(jì)算出電容量一般偏大,實(shí)際選用時(shí)還可參照過(guò)去已使用裝置情況來(lái)確定保護(hù)電壓的容量，這里選CZ32—2型金屬化紙介電容器,電容量160uF，耐壓300V。取2ΩIC=2πfCUC×10—6=2π×50×160×120×10—6=6.03APR≥（3～4)IC2R=(3～4)×6.032×2=（218。17～290。89）W可選取2Ω,300W的陶瓷繞線電阻.=2\＊GB3②壓敏電阻的選擇壓敏電阻標(biāo)稱(chēng)電壓==1.3××120=220。6V取電流量5KA，選MY31-220/5型壓敏電阻。允許偏差+10％(242V)。（2）直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù).但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。（1。8~2）=（1.8～2。2）×230=414～460V選MY31-660/5型壓敏電阻,允許偏差+10%。閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù)抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法.如圖3—1中的1R4~1R9、1C4~1C9。阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定，見(jiàn)表3-2表3—2阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定晶閘管額定電流/μA1020501002005001000電容/μF0.10。150.20。250。512電阻/Ω1008040201052抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1。1～1。15倍。由于由上表得C=0.5μF，R=10Ω，電容耐壓≥1.5=1。5×=1。5××120=441V選C為0。15μF的CZJD—2型金屬化紙介質(zhì)電容器，耐壓為450V。=50×0.15×=0。324W選R為80Ω，1W的普通金屬膜電阻器。3.4。2過(guò)電流保護(hù)本系統(tǒng)采用電流截止反饋環(huán)節(jié)作限流保護(hù)外，還設(shè)有與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過(guò)載與短路保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞯臄嗔鲿r(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施.快速熔斷器可以安裝在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。如圖3—1中的FU1-FU7。（1）交流側(cè)熔斷器的選擇在交流則設(shè)有熔斷器FU1，對(duì)整流變壓器及后面的電路進(jìn)行短路與過(guò)載保護(hù)，整流變壓器一次側(cè)的電流有效值為=56。49A。故可選取RW06—80低壓熔斷器，熔體的額定電流選為80A（2)晶閘管串連的快速熔斷器的選擇接有電抗器的三相全控橋電路，通過(guò)晶閘管的有效值=120.7A選取RLS-150快速熔斷器，熔體額定電流150A.（3）過(guò)電流繼電器的選擇因?yàn)樨?fù)載電流為209A，所以可選用吸引線圈電流為30A的JL14-11ZS型手動(dòng)復(fù)位直流過(guò)電流繼電器，整定電流取1。25×209=261.25A≈260A.3.4。3缺相與無(wú)勵(lì)磁或弱磁保護(hù)在發(fā)生缺相故障時(shí)，會(huì)使輸出電壓降低，電流和電壓波動(dòng)增大，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)加大，增大了對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖激,有必要設(shè)置缺相保護(hù)電路。對(duì)于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)必須先加勵(lì)磁電源，然后才能加電樞電壓,以及在弱磁時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，因而應(yīng)設(shè)置無(wú)勵(lì)磁或弱磁保護(hù)。（1）缺相保護(hù)缺相保護(hù)采用帶缺相保護(hù)功能的熱繼電器實(shí)現(xiàn)，如圖3-1中的FR。熱繼電器FR既作缺相保護(hù),也可作過(guò)載保護(hù).當(dāng)發(fā)生缺相故障或負(fù)載過(guò)載時(shí)，熱繼電器FR動(dòng)作,其常閉觸頭斷開(kāi)，KM線圈失電,KM的主觸頭斷開(kāi)整流電路的電源，從而實(shí)現(xiàn)缺相和過(guò)載保護(hù)。整流變壓器二次側(cè)的電流有效值為=170A。，可選用JR60，熱元件選用4U,整定電流為180A.（2）無(wú)勵(lì)磁或弱磁保護(hù)無(wú)勵(lì)磁或弱磁保護(hù)采用欠電流繼電器實(shí)現(xiàn)，如圖3-1中的KA2。當(dāng)發(fā)生無(wú)勵(lì)磁或弱磁（勵(lì)磁電流沒(méi)達(dá)到最小允許值）時(shí),KA2的常開(kāi)觸頭斷開(kāi),接觸器KM失電,其主觸頭切斷全控整流器的電源，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)勵(lì)磁或弱磁保護(hù)。勵(lì)磁電流為1.6A，可選用JT18型欠電流繼電器，額定電流取4.6A，吸合電流整定為1。2A。3。5平波電抗器的計(jì)算為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱(chēng)平波電抗器。其主要參數(shù)有流過(guò)電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。（1）算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計(jì)算，單位mH。(3-14）式中－與整流電路形式有關(guān)的系數(shù),可由表查得；－最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5％～10％計(jì)算.根據(jù)本電路形式查得=0.695所以==7。98mH（2)限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成.通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量.平波電抗器的臨界電感量（單位為mH）可用下式計(jì)算（3-15)式中－系數(shù),與整流電路形式有關(guān)，－電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路≤(5~10)％。根據(jù)本電路形式查得=1。045,所以==6mH（3）變壓器漏電感量變壓器漏電感量（單位為mH)可按下式計(jì)算（3-16）式中－計(jì)算系數(shù)，查表可得－變壓器的短路比,一般取5～10。本設(shè)計(jì)中取=3。9、=8所以=3.9×8×120/（100×209）=0.179mH(4）實(shí)際串入平波電抗器的電感量（3-15）已知電動(dòng)機(jī)電感量=7mH，則:Ld=max(L2,L1）-(LD+2LT)=7。98-（7+2×0。179）=0。622mH3.6勵(lì)磁電路元件的選擇整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取700V。對(duì)于三相不可控橋式整流電路K=0。367，=（1。5～2)K=(1。5～2）×0。367×1.2A=0。6～0.88A圖3—2主電路圖電路可選用ZP型3A、700V的二極管。在圖中，RW1和RW2是用來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的,可選擇50Ω，10W的可調(diào)電阻。4觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)4。1觸發(fā)電路的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用集成觸發(fā)電路。觸發(fā)集成芯片采用目前比較常用的KC系列。典型應(yīng)用電路如圖4-1所示.中圖3-1中，由KC04及其周?chē)脑M成6路依次相差60°的觸發(fā)脈沖，并從其第8引腳引入三相電網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)6路脈沖與電網(wǎng)電壓的同步。KC42主要是用于電網(wǎng)電壓波形的補(bǔ)償，從而使同步脈沖更加準(zhǔn)確，減小了電網(wǎng)電壓波形對(duì)觸發(fā)脈沖的影響。KC41是將由KC04產(chǎn)生的6路單脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成6路雙脈沖信號(hào)，使觸更加可靠。圖4-1由KC04、KC41、KC42組成的集成觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路在觸發(fā)器選用15V供電電源的時(shí)候，移相輸入電壓應(yīng)小于15V,選則晶閘管裝置的放大倍數(shù)：Ks=Ud/Uc=220/10=22圖4-1由KC04、KC41、KC42組成的集成觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路由產(chǎn)品目錄中查得KP100晶閘管的觸發(fā)電流為為10～250mA,觸發(fā)電壓。在觸發(fā)電路直流電源電壓為15V時(shí)，脈沖變壓器匝數(shù)比為2﹕1，可獲得6V左右的電壓，脈沖變壓器一次電流只要大于75mA，即可滿足晶閘管要求,這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管,其極限參數(shù)，，完全能滿足要求。4。2同步變壓器設(shè)計(jì)如圖4-1所示的六路雙脈沖觸發(fā)電路需要三個(gè)互差120°,且與主電路三個(gè)相電壓、、同相的三個(gè)同步電壓,因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)三相同步變壓器，但考慮到同步變壓器功率很小,一般每相不超過(guò)1W，這樣小的三相變壓器很難買(mǎi)到,故可用三個(gè)單相變壓器組來(lái)代替,并聯(lián)成DY0，即可獲得與主電路二次側(cè)相電壓同相的三個(gè)電壓、、.按電路要求，同步電壓取30V,因一次側(cè)直接與電網(wǎng)相接，每相繞組電壓為380V，考慮制造方便，功率的裕量留大一些，最后確定單相變壓器參數(shù)為：容量為3VA，電壓為380V/30V，數(shù)量為3只，同步變壓器的聯(lián)結(jié)如圖4-2所示.圖4-2同步變壓器的聯(lián)接4.3控制電路的直流電源圖4-2同步變壓器的聯(lián)接這里選用集成穩(wěn)壓電路CM7815和CM7915，如圖4—3所示。圖4-3圖4-3±15V直流穩(wěn)壓電源原理圖5雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)5。1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)①整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)對(duì)于三相全控橋式整流電路，可取。②電流濾波時(shí)間常數(shù)對(duì)于三相全控橋式整流電路，可取。③電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。④電流調(diào)節(jié)器的選擇圖5-1電流調(diào)節(jié)器因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器。其模擬電路圖如圖5-1所示。二極管3VD1和3VD2起運(yùn)放輸入限幅，保護(hù)運(yùn)放的作用。二極管3VD3、4VD4和電位器3RW1、3RW2用于正負(fù)限幅，調(diào)節(jié)3RW1或3RW2就可以改變下輸出幅值或負(fù)限幅值。3R1是為了避0免運(yùn)算放大器長(zhǎng)期工作產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，其阻值較大，可取4.7M。圖5-1電流調(diào)節(jié)器⑤電流反饋系數(shù)⑥電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電樞回路電磁時(shí)間常數(shù):.電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí),就取，因此于是，電流環(huán)的比類(lèi)系數(shù)為⑦校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：==135。1。晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：〉滿足條件.忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件：，滿足條件.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足條件。⑧計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的3=40，有=5。11740=204.68，取220，3，取0.47，3，取0.2。故=。5.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)①電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)在前面的計(jì)算中,已取，則。②轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)所用沒(méi)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取.③轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù).④轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇圖5-2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳函為，其模擬電路圖如圖5-2所示.其結(jié)構(gòu)與電流調(diào)節(jié)器一樣。在此不再重述.圖5-2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器⑤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算按跟隨和抗干擾性能較好原則,取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益。ASR的比例系數(shù)為：。檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為. 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為,滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：,滿足近似條件。計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取=40，則，取620.3，取0。153,取1。故.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4，查得,不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASR退飽和重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=5時(shí)，查得=81。2%,所以=2（）(）=，滿足設(shè)計(jì)要求.6系統(tǒng)MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種,一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究.另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用PowerSystem工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法.本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法.6。1系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置6。1。1系統(tǒng)的建模采用Simulink工具箱中的PowerSystem模塊組成的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖6—1所示。模型由晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)組成的主回路和轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器組成的控制回路兩部分組成。其中的主電路部分，交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用PowerSystem模型庫(kù)的模塊?？刂苹芈返闹黧w是轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器。模型中轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋均取自電動(dòng)機(jī)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)速和電流輸出端，減小了測(cè)速和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，這不會(huì)影響仿真的真實(shí)性.電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出端其后面的環(huán)節(jié)運(yùn)算后,得到移相控制電壓，去控制整流橋的輸出電壓。而電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅就決定控制角的最大和最小限制。圖6-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型圖6-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型負(fù)載6.1.2模型參數(shù)設(shè)置（1）交流電路電源的參數(shù)設(shè)置由于整流變壓器的二次電壓為110V，其峰值電壓為，將U相、V相、W相電壓發(fā)生器的峰值設(shè)為155.56V，頻率設(shè)為50Hz，相位依次設(shè)為0°、—120°、120°.（2）晶閘管的參數(shù)設(shè)置,，,,（250×10-9）F（3)同步觸發(fā)脈沖模塊的參數(shù)設(shè)置頻率設(shè)為50Hz，脈沖寬度設(shè)為10°，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。（4）電機(jī)模型的設(shè)置勵(lì)磁電阻為。求電樞繞組和勵(lì)磁繞組的互感因?yàn)?所以電機(jī)的額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩按以上計(jì)算出的參數(shù),設(shè)置好電機(jī)模型.6.2系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后,在開(kāi)始仿真前，需要對(duì)仿真器參數(shù)進(jìn)行設(shè)