沈阳理工大学课程设计
目录
1 绪论...................................................................................................................... 1
1.1电力拖动简介................................................................................................. 1 1.2直流调速系统................................................................................................. 1 1.3无环流调速系统简介..................................................................................... 2 2.调节器设计................................................................................................................. 3 2.1 电流调节器..................................................................................................... 3 2.1.1确定电流调节器的时间常数............................................................... 4
2.2设计电流调节器结构...................................................................................... 4
2.2.1校验近似条件....................................................................................... 5 2.2.2计算调节器电阻和电容....................................................................... 5 2.3速度调节器...................................................................................................... 5
2.3.1确定转速调节器的时间常数............................................................... 6
2.3.2转速调节器结构设计........................................................................... 7 2.3.3校验近似条件....................................................................................... 7 2.3.4计算调节器的电阻和电容值............................................................... 8
3. 触发电路设计........................................................................................................... 9
3.1 KJ004原理介绍 .............................................................................................. 9 3.2 触发电路设计............................................................................................... 11
3.2.1 系统对触发器的要求........................................................................ 11 3.2.2 触发电路及其特点............................................ 错误！未定义书签。 3.3 逻辑控制器的设计....................................................................................... 13 4.系统参数计算及测定............................................................................................... 15
4.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定........................................... 15
4.1.1 电枢回路电阻R的测定 ................................................................... 15 4.1.2 主电路电磁时间常数的测定............................................................ 17 4.1.3 电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 ................................. 19 4.1.4 系统机电时间常数TM的测定........................................................ 19 4.1.5 测速发电机特性UTG=f(n)的测定 .................................................... 20 4.2 逻辑无环流双闭环调速系统特性测试....................................................... 21
4.2.1 机械特性n=f (Id)的测定 .................................................................. 22 4.2.2系统动态波形的观察......................................................................... 23
5.系统主电路设计....................................................................................................... 24
5.1主电路原理及说明........................................................................................ 24 5.2主电路参数设计............................................................................................ 25 总 结............................................................................................................................ 26 参考文献...................................................................................................................... 26
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1 绪论
1.1电力拖动简介
随着科学技术的发展，人力劳动被大多数生产机械所代替。电力拖动及其自动化得到不断的发展。随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统的要求越来越高，尤其在其准确性、快速性、经济性、先进性等方面的要求，与日俱增。因此，需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化可以跟得上技术要求。
电力拖动系统由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构、电气控制装置等四部分组成。电动机及其供电电源是把电能转换成机械能；传动机构的作用是把机械能进行传递与分配；执行机构是使机械能完成所需的转变；电气控制装置是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用。
随着生产的要求不断提高，技术不断更新，拖动系统也随之更新。同时，新型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展的发展使电力拖动自动化发生了巨大的变革。
1.2直流调速系统
直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快，但是交流电动机传动控制的基础仍是直流电动机的传动技术。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。
直流电机容易实现各种控制系统，也容易实现对控制目标的“最佳化”，直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，掌握直流拖动控制系统可以更好的研究交流拖动系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。
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1.3无环流调速系统简介
无环流控制的可逆调速系统主电路由两组反并联的晶闸管组成，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路或逻辑算法去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。
有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的可能。至于选择哪一组工作，就看电动机组需要的转矩方向。若需正向电动，应触发正组桥；若需反向电动，就应触发反组桥，可见，触发的选择应决定于电动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于Ui?信号。同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题，这要看工作桥又没有电流存在，有电流时不应封锁，否则，开放另一组桥时容易造成二桥短路。可见，只要用Ui?信号极性和电流“有”、“无”信号可以判定应封锁哪一组桥，开放哪一组桥。基于这种逻辑判断电路的“指挥”下工作的可逆系统称逻辑无环流可逆系统。
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2.调节器设计
2.1 电流调节器
电流调节器适用于可控制传动系统中，对其输入信号（给定量和反馈量）时进行加法、减法、比例、积分、微分，延时等运算或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种予定规律变化。其原理图如图2.1所示。它是由下述几部分组成：运算放大器，两极管限幅，互补输出的电流放大级、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。
图2.1电流调节器原理图
电流调节器与速度调节器相比，增加了4个输入端，其中2端接过流推?信号，来自电流变换器的过流信号U?，当该点电位高于某值时，VST1击穿，正信号输入，ACR输出负电压使触发电路脉冲后移。UZ、UF端接逻辑控制器的相应输出端，当这二端为高电平时，三极管V1、V2导通将Ugt和Ugi信号对地短接，用于逻辑无环流可逆系统。
晶体管V3和V4构成互补输出的电流放大级，当V3、V4基极电位为正时，V4管（PNP型晶体管）截止，V3管和负截构成射极跟随器。如V3，V4基极电位为负时，V3管（NPN型晶体管）截止，V4管和负截构成射极跟随器。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。元件RP1、RP2、RP3装在面板上，C1、C2的数值可根据需要，由外接电容来改变。
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2.1.1确定电流调节器的时间常数
（1）、整流装置滞后时间常数Ts： 三相桥式电路平均失控时间Ts = 0.0017s。 （2）、电流滤波时间常数Toi：
三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头应有（1~2）Toi = 3.33s。则Toi=0.002s
（3）、电流小时间常数T?i：
按小时间常数近似处理：T?i?Ts?Toi?0.0037s
2.2设计电流调节器结构
采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器，其原理图如图1所示。图中Ui?为电流给定电压，??Id为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压Uc。
根据设计要求?i?5%，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为：
WACR(s)?Ki(?is?1)
?is
电流调节器超前时间常数：?i?Tl?0.0062s
U5?3.0VA 取电流反馈系数：??im?Idbl1.5?1.1?电流环开环增益：取KIT?i?0.5，因此
KI?0.50.5??135.14s?1 T?i0.0037s于是，ACR的比例系数为：
Ki?KI?iR135.14?0.0062?52.5??0.3666 Ks?40?3.0 4
