双闭环直流调速系统的设计.docx

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1、双闭环直流调速系统的设计设计方案的计算：稳态参数计算：额定转速下的给定电压值：=*%=*%加=0.007*1460=10.22V.速度调节器的限幅值：u1=Uj=*/=0.05*136*1.5=10.2V.动态参数计算：电流环的设计：整流装置的滞后时间：查表2-2,三向桥式电路的平均时空时间:75=0.0017(s)电流滤波时间常数：T=0.002sJ1O1电流环小时间常数：Tv=T+T=0.002+0.0017=0.0037sJ11iJ1OiJ1S选择电流调节器结构：-3电枢回路电磁时间常数：7=151=003S11R0.5电力拖动系统机电时间常数:T=-,f=0.18s1n,375CCKx

2、enC=UdO-1R=0.32V*minr根据设计要求：cr5%,且=-=8.1110,所以，可按典I型5TB37系统设计，电流调节器选用P1型。选择电流调节器参数：因为TTx,所以使Ti=T/,用调节器零点去对消控制对象中的大时间常数极点，以使校正成典I型系统。又因为b5%,查表得，KJTZi=U5=135.1ST得，K=W.=-=-八，VVC.TS10.0037T12KR=I.013故，得WAeR(S)=1.013(0.03s+1)0.03S转速环的设计:电流环的等效时间常数：27,=20,00375=0.0074S转速环小时间常数：T,=2TfK,=00074+0.01=0.01745计

3、算调节参数：=h*T%=0087sKN=396.4s-2A+1_5+12小/-2x25x(0.0174)211.7x(0.0875+1)0.087s校验近似条件:转速环截止频率：WE=令=KNT=396.4x0.087sT=34.5s电流环简化条件为：旦=1庐”=63.75W3N%3V0.01136x0.5校验转速超调量：CY=281.2%1.50j320,0174=8.31%10%u,14600.18所以，符合设计条件。（-）转速双闭环直流调速系统的硬件电路的设计：转速，电流双闭环调速系统的原理：为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器转速和电流，两者之间实行串联连接

4、。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去驱动整流电路的触发装置。从闭环结构上看，电流调节器在闭环里，叫内环。转速调节器在外面，叫外环。这样就构成了转速，电流双闭环直流调速系统。如下图所示：图，转速，电流双闭环直流调速系统ASR转速调节器；ACR电流调节器；TA电流互感器；UPE电力电子变换器；U：-转速给定电压；U转速反馈电压;电流给定电压；U广电流反馈电压；双闭环直流调速系统电路图主电路的设计：(1)整流元件晶闸管的选型:选择晶闸管主要是选择它的额定电压UW和额定电流/o。对于本设计采用的是三向桥式全控整流电路，晶闸管按1至6顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压

5、UAw=后U?,而考虑到电网电压波动和操作过电压等因素，还要放宽2-3倍的安全系数，则晶闸管额定电压U7w的计算结果为：Unt=(2-3)URM=(2一3)6220=1078V-1617V,MX2000V0晶闸管的额定电流有效值大于实际流过晶闸管的最大电流的有效值。一般取按此原则所得的1.52倍。已知：乙3=入*n=15*136=204AJxg=U7.78A可得晶闸管的额定电流的计算结果为：/=(1.5-2)X&1=II2.53150.04A/)1.57取200A。故，本设计采用的晶闸管型号为KP200A20.晶闸管的触发电路：晶闸管的触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在必

6、要的时刻由关闭转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行相位控制电路，脉冲触发的放大和输出环节。本次设计采用集成电路TC787来产生触发脉冲、控制晶闸管触发角的大小。TC787和TC788是采用独有的先进IC工艺技术，并参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片集成电路。它可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置。它们是目前国内市场上广泛流行的TCA785及KJ(或Ke)系列移相触发集成电路的换代产品，与TCA785及KJ(或KC)系列集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件

7、少等优点，而且装调简便、使用可匏，只需个这样的集成电路，就可完成3只TCA785与1只KJ0411只KJ042或5只KJ(3只KJoo4、1只KJ0411只KJO42)(或KC)系列器件组合才能具有的三相移相功能。因此，TC787TC788可广泛应用于三相半控、三相全控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785、KJ004.KJ009KJO41、KJO42等同类电路，为提高整机寿命、缩小体积、降低成本提供了一种新的、更加有效的途径。各引脚的名称、功能及用法如下：(1)同步电压输入端：引脚I(VC)、引脚2(Vb)及引脚18(Va)为三相同步输入电压连接端。应用中，

8、分别接经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰值应不超过TC787/TC788的工作电源电压VDD。(2)脉冲输出端：在半控单脉冲工作模式下，引脚8(C)、引脚Io(B)、引脚12(A)分别为与三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端，而引脚7(-B)引脚9(-A)引脚11(-C)分别为与三相同步电压负半周对应的反相触发脉冲输出端。当TC787或TC788被设置为全控双窄脉冲工作方式时，引脚8为与三相同步电压中C相正半周及B相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚12为与三相同步电压中A相正半周及C相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚11为与三相同步电压中C相负半周及B相正半周对应的两个脉冲输出端；引脚

9、9为与三相同步电压中A相同步电压负半周及C相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚7为与三相同步电压中B相电压负半周及A相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚10为与三相同步电压中B相正半周及A相负半周对应的两个脉冲输出端。应用中，均接脉冲功率放大环节的输入或脉冲变压器所驱动开关管的控制极。(3)控制端引脚4(Vr)：移相控制电压输入端。该端输入电压的高低，直接决定着TC787/TC788输出脉冲的移相范围，应用中接给定环节输出，其电压幅值最大为TC787/TC788的工作电源电压VDD。引脚5(Pi)：输出脉冲禁止端。该端用来进行故障状态下封锁TC787/TC788的输出，高电平有效，应用中，

10、接保护电路的输出。引脚6(Pc)：TC787/TC788工作方式设置端。当该端接高电平时TC787/TC788输出双脉冲列；而当该端接低电平时，输出单脉冲列。引脚13(Cx):该端连接的电容CX的容量决定着TC787或TC788输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽。引脚14(Cb)、引脚15(Cc)、引脚16(Ca):对应三相同步电压的锯齿波电容连接端。该端连接的电容值大小决定了移相锯齿波的斜率和幅值，应用中分别通过一个相同容量的电容接地。(4)电源端TC787/TC788可单电源工作，亦可双电源工作。单电源工作时引脚3(VSS)接地,而引脚17(VDD)允许施加的电压为818V。双

11、电源工作时，引脚3(VSS)接负电源，其允许施加的电压幅值为-4-9V,引脚17（VDD）接正电源，允许施加的电压为+4+9V二、内部结构及工作原理简介：TC787/TC788的内部结构及工作原理框图如图2所示。由图可知，在它们内部集成有三个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定电路、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及驱动电路。它们的工作原理可简述为：经滤波后的三相同步电压通过过零和极性检测单元检测出零点和极性后，作为内部三个恒流源的控制信号。三个恒流源输出的恒值电流给三个等值电容Ca、Cb、CC恒流充电，形成良好的等斜率锯齿波。锯齿波形成单元输出的锯

12、齿波与移相控制电压Vr比较后取得交相点，该交相点经集成电路内部的抗干扰锁定电路锁定，保证交相唯一而稳定，使交相点以后的锯齿波或移相电压的波动不影响输出。该交相信号与脉冲发生器输出的脉冲（对TC787为调制脉冲，对TC788为方波）信号经脉冲形成电路处理后变为与三相输入同步信号相位对应且与移相电压大小适应的脉冲信号送到脉冲分配及驱动电路。假设系统未发生过电流、过电压或其它非正常情况，则引脚5禁止端的信号无效，此时脉冲分配电路根据用户在引脚6设定的状态完成双脉冲（引脚6为高电平）或单脉冲（引脚6为低电平）的分配功能，并经输出驱动电路功率放大后输出，一旦系统发生过电流、过电压或其它非正常情况，则引脚

13、5禁止信号有效，脉冲分配和驱动电路内部的逻辑电路动作，封锁脉冲输出，确保集成电路的6个引脚12、11、10、9、8、7输出全为低电平。（3）电流调节器:在设计电流调节器时，首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性。其次从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，即应选典型I型系统，其传递函数为：WAa(S)=含给定滤波和反馈滤波的模拟式P1型电流调节器原理图如图所示:1.013(0.03s+1)0.03S(4)转速调节器：为了实现转速无静差，在负载扰动作用前必须有一个积分环节，它包含在转速调节器ASR中。因为扰动作用点后会有一个积分环节，故转速环开环传递函数共有两个积分环节，所以设计成典II型系统，这样系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此，ASR采用P1调节器，其传递函数为：11.7x(0.0875+1)ASRQ0876含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器原理图如图所示：参考资料：阮毅，陈伯时运动控制系统【M】.机械工业出版社孙树仆，王旭光等.电力电子技术M.中国矿业大学出版社阎石模拟电子技术基础【M.高等教育出版社