转速电流双闭环直流调速系统。
自动化0905班。
刘妮。转速电流双闭环直流调速系统。
已知参数：电机参数为：调速系统的基本数据如下：
晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统，1) 直流电动机：unom = 220v,inom = 136a,nnom = 1460r/min,电枢电阻ra=0.2ω,允许过载倍数λ= 1.
5;2) 电枢回路总电阻：r= 0.5ω;
3) 电枢回路总电感：l= 15mh;
4) 电动机轴上的总飞轮力矩：gd2= 22.5n·m2;
5) 晶闸管装置：放大系数ks=40;
6) 电流反馈系数：β=0.05v/a;
7) 转速反馈系数：α=0.007vmin/r;
8) 滤波时间常数：toi=0.002s ,ton=0.01s
设计要求：1)稳态指标：转速无静差；
2)动态指标：电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%.
目录。一、整体设计错误！未定义书签。
二、分块进行设计 4
1 主电路的设计 4
1.1 晶闸管的选择 4
1.2 二极管的选择 5
2 触发电路的设计 5
三电流环和转速环的设计 7
3.1 电流环的设计 7
3.2 转速环设计 11
3.3 供电电路 14
四保护电路 15
4.1 过电压保护 15
4.2 过电流保护 15
参考文献 15
一整体设计。
三相桥式全控整流电路可分为三部分电路模块：主电路模块，触发电路模块，保护电路模块。 触发电路模块组成为，3个kj004集成块和1个kj041集成块，可形成双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大。
保护电路模块有过电流保护，过电压保护。
基本的框图如图1.1 所示。
图 1.1 总体设计框图。
二、分块进行设计。
1 主电路的设计。
图2.1.1 主电路。
三相桥式全控整流主电路运用的开关器件为晶闸管。晶闸管为半控型器件，其主要控制方式为相控方式，并通过门极控制来使其导通或关断。
1.1 晶闸管的选择。
1.1.1 晶闸管额定电压的选择在整流装置中晶闸管额定参数的选择，注意根据晶闸管整流装置的工作条件，并适当考虑一定的安全余量。
晶闸管的额定电压是指断态重复峰值电压dsru和反向重复峰值电压rrmu中较小的值。因为晶闸管在不同电路中所承受的峰值电压tmu，考虑电源电压的波动及过电压保护等因素，选用时，额定电压。
为事迹所承受的峰值电压utm的2～3倍。即utn= (2-3) utm1-1）
其中utn为晶闸管的额定电压，utm为晶闸管实际所承受的峰值电压，（2-3） 为安全裕量。
1.1.2 晶闸管的额定电流的选择。
晶闸管的额定电流是按电流的平均值标定的，元件的电流有效值定额是其通态平均电流值的1.57倍。
i= 1.57 ita1-2）
ita为通态平均电流值。而ita为。
ita = 1.5-2）ivt/1.571-3)
其中ivt为晶闸管实际通过电流的有效值。
在主电路中使用变压器将交流380v降为24v,经过计算utn为134v，i为20a.所以晶闸管我们选择为kp20-2e.
1.2 二极管的选择。
d1-d6我们选择in5822，图中从电网到d1-d6所组成的整流电路中需要一个电流互感器。
in5822的参数为：vrrm = 40v;
vrms = 28v;
ifms = 80a;
io = 3a.
2 触发电路的设计。
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。
在主电路中采用的是kp20-2e，所以驱动芯片使用kj004.
触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠出发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及主电路的电器隔离。
(1)对三相全桥电路脉冲的要求： 1）按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的顺序，相位依次差60°。 2）共阴极组vt1、vt3、vt5的脉冲依次差120°，共阳极组vt4、vt6、vt2也依次差120°.
3）同一相的上下两个桥臂，即vt1与vt4、vt3与vt6、vt5与vt2，脉冲相差180°。
图3.1三相全桥电路的触发电路。
在整个驱动电路中，我们使用kj004可控硅移相触发对电路进行驱动，并使用kj041六路双脉冲形成器给电路供给脉冲。
kj004 可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。kj004 器件输出两路相差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。kj004 电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。
kj004的参数： 电源 15v,允许波动土5％(±10％时功能正常);
电源电流：正电流≤15ma,负电流≤10ma;
输出脉冲：(1)宽度：400μs—2ms(通过改变脉宽阻容元件达到)
2)幅度：≥13v；
3)最大输出能力100ma(流出脉冲电流).
kj041六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。kj041电路是脉冲逻辑电路。当把移相触发器的触发脉冲输入到kj041电器的1～6端时，由输入二极管完成“或”功能，形成双脉冲，再由t1～t6电流放大分六路输出。
t7是电子开关，当控制7端接逻辑“0’电平时t7截止，各路输出触发脉冲。当控制7端接逻辑“1”电子(+15v)时t7导通，各路无输出触发脉冲。
kj041参数：电源电压直流+15v允许波动±5%(±10%时功能正常)。
电源电流≤20ma。
输出脉冲： (1)最大输出能力：20ma(流出脉冲电流)。
2)幅度：≥13v,(负载电阻50ω)。
使用光耦tlp521-2三片构成同步电路，同时对脉冲信号进行放大，使有足够的驱动能力。触发脉冲与主电路电压必须保持同步关系，这是对相控触发电路的基本要求。
tlp521-2的参数：if = 50ma;
vr = 5v;
vceo = 55v;
三相同步方式利用三相交流同步信号，与主电路电压保持精确的相位关系，为各元件提供自然换相点。
三电流环和转速环的设计。
在本次设计中，采用电流、转速双闭环构成的反馈，使电流环(acr)作为控制系统的内环，转速环(asr)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。二者串级连接，即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换装置upe。从而改变电机的转速。
通过电流和转速反馈电路来实现电动机转速无静差的运行。框图如下图3.1所示。
图3.1 双闭环系统的框图。
3.1 电流环的设计
电流调节器的作用是：对电网电压波动起及时抗扰作用。启动时保证获得允许的最大电流（过大的起动电流、过载电流）。
在转速调节中，使电流跟随其给定电压变化。当电机过载甚至处于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失，系统能过自动恢复正常。
3.1.1确定时间常数。
1）整流装置滞后时间常数ts。
表3-1 晶闸管整流器的失控时间（f=50hz）
由表3-1，三相桥式电路的平均失控时间ts=0.0017 s。由于平均失控时间和元器件本身有关，所以我们必须采用晶闸管。
2) 电流滤波时间常数toi。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（1—2）toi = 3.33ms，因此toi = 2ms=0.002s。
3) 电流环小时间常数按小时间常数近似处理，取。
4) 电磁时间常数。
3.1.2 选择电流调节器结构。
根据设计要求，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。而且。
其传递函数为。
3.1.3 计算电流调节器参数。
acr电流调节器超前时间常数：.1
电流环开环增益：要求时，应取，因此。
于是，acr的比例系数为。
3.1.4 校验近似条件。
电流环截止频率。
1）晶闸管装置传递函数的近似条件：
现在，,满足近似条件。
2）小时间常数近似处理条件：
现在， 满足近似条件。
3）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：
现在，由于，
所以。因此。
满足近似条件。
3.1.5 计算调节器电阻和电容。
所用运算放大器取 ro = 40k,各电阻和电容值计算如下。
取。 取0.75μf
取0.2μf
计控作业期中
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