采用α=β配合控制的有环流V—M可逆调速系统设计

目录

第1章设计要求 (2)

第2章控制系统整体方案设计 (3)

第3章主回路设计 (7)

3. 1主回路参数计算及元器件选择 (7)

3. 1. 1整流变压器的参数计算 (7)

3. 1. 2晶闸管的选择 (8)

3. 1. 3电抗器的设计 (8)

3 . 2 回路参数计算及元器件选择 (10)

3. 2. 1交流侧过压，过流保护 (10)

3. 2. 2直流侧过压，过流保护 (12)

3. 2. 3晶闸管过压，过流保护 (13)

3. 3触发回路设计 (14)

3. 4励磁回路设计 (16)

第4章控制回路设计 (17)

4. 1电流环设计（ACR） (17)

4. 2转速环设计（ASR） (20)

4. 3反馈回路设计 (26)

4.3. 1 电流反馈 (26)

4.3. 2 转速反馈 (27)

第5章辅助回路设计 (28)

5. 1直流稳压电源 (28)

5. 2接触器操作回路 (29)

5. 3反相器 (29)

5. 4限幅电路 (30)

5. 5给定电路 (31)

第6章设计感想 (32)

参考文献 (33)

第1章设计要求

设计题目：采用α=β配合控制的有环流V—M可逆调速系统设计

设计要求：（1）调速范围D=20，无静差。在调速范围内转速无级、平滑可

δ≤5%

调；（2）动态性能指标：电流环超调量i

δ≤10%

空载起动到额定转速时的转速超调量n

（3）采用第一组电机额定参数

直流电动机直流发电机测速发电机型号Z2-32 Z2-42 ZYS-3A 额定容量(KW) 2.2 3.5 0.022 额定电压(V) 220 230 110

额定电流(A) 12.5 15.3 0.22

最大电流(A) 18.75 22.95

额定转速(rpm) 1500 1450 2000

额定励磁(A) 0.61 0.61 永磁

GD2(kg·m2) 0.105 0.18

电动机电枢电阻Ra(Ω) 1.3

电动机电枢电感La(mH) 10

其他参数

名称数值

整流侧内阻Rn(Ω) 0.92

整流变压器漏感T L(mH) 6

R(Ω) 0.6

电抗器直流电阻H

L(mH) 8.0

电抗器电感H

第2章控制系统整体方案设计

1.由于α=β配合控制的有环流V—M可逆调速系统采用转速、电流双闭环控制，先对此控制简要说明：

（a）(b)

图2-1 调速系统启动过程的电流和转速波形

(a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统 (b) 理想的快速起动过程

带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图 a 所示，理想起动过程波形如图b所示，能获得的最快的起动过程。

为了实现在允许条件下的最快起动，采用电流负反馈能够得到近似的恒流过程，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如图2-2所示。

图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构

图中两个调节器的输出都是带限幅作用的。转速调节器ASR 的输出限

幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U ，

2.接下来介绍α=β配合控制的有环流V —M 可逆调速系统：

较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管-电动机系统。由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，如下图所示。

图2-3 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路

但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接

在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。

在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：

（1）静态环流。两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：

直流平均环流：由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。

瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

（2）动态环流。仅在可逆V-M 系统处于过渡过程中出现的环流。 为了防止产生直流平均环流，应该当正组VF 处于整流状态时，强迫让反组VR 处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压r d U 0把整流电压dof U 顶住，则直流平均环流为零。于是

dof dor U U -=

且

f do f d U U αcos max 0=

r do r d U U αcos max 0=

其中f α和r α分别为VF 和VR 的控制角。

由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 max 0d U 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有

f r ααcos cos -=

或

o r f 180=+αα

如果反组的控制用逆变角r β表示，则

r f βα=

由此可见，按照上式来控制就可以消除直流平均环流，这称作 βα=配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用

r f βα≥