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开环闭环双闭环直流电机调速.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.28M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计 1.方案选择 由于电机的容量较大，又要求电流的脉动较小，故选用三相全控桥式整流电 路供电方案。电动机额定电压为 220V，为保证供电质量，应采用三相降压变压 器将电源电压降低。为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的 干扰，主变压器采用Δ/Y 接法。因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速 系统。采用电流截止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主 电路电源。为了使线路简单，工作可靠，装置体积小，宜选用 KJ004 组成的六脉 冲集成触发电路。调速系统框图如图 1.1 TA V L dI M + - TG n  nU + nU - nU iU iU I GT ctU ACR  iU ASR n 1.1 双环调速系统原理图 2.主电路的计算 2. 1 整流变压器的计算与选择 在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致； 此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置间的相互干扰，要求它们互相隔离，故通 常隔离，故通常均要配用整流变压器。 ①整流变压器的电压：整流变压器的依次侧直接与电网相连，当一次侧绕组 Y 接时，一次侧相电压 U1 等于电网相电压；当一次侧绕组△接时，一次侧相电 压 U1 等于电网线电压。整流变压器的二次侧相电压 U2 与整流电路形式、电动机 额定电压 Un、晶闸管装置压降、最小控制角αmin 及电网电压波动系数ε有关，
    可按下式近似计算： UK n Z U2= AB  = )10.1~05.1( 34.29.0   230  866.0 =(132.4~138.7),取 U2=135V 式中，Kz —为安全系数，一般取为 1.05~1.10 左右；电网电压波动系数ε 取为 0.9。 ②整流变压器的电流：整流变压器的二次侧相电流 I2 和一次侧相电流 I1 与整流电路的形式、负载性质和电动机额定电流 In 有关，可分别计算如下: I2=K2In =0.816 26.1 = 21.30 A IUK 2 n 1 U I1= 1 = 0.816 135 26.1   220 =13.07 A ③整流变压器的容量：整流变压器的二次侧容量 S2、一次侧容量 S1 和平均 计算容量 S 可分别计算如下: S2=m2U2I2=3 135 21.30=8626.5 VA S1=m1U1I1=3 220 13.07=8626.2 VA S=1/2 (S1+S2)= 1/2(8626.5+8626.2)= 8626.35 VA 式中 m1、m2 — 分别为一次侧与二次侧绕组的相数。Ud0、Ud 分别为α=0 及α=αmin 的整流电压平均值。 2. 2 整流元件的计算和选择 正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低 成本。选择整流元件主要是合理选择它的额定电压U kn 和额定电流（通常平均电 流）I T ，它们与整流电路形式、负载性质。整流电压及整流电流平均值，控制 角α的大小等因素有关。一般按α=0 计算,且同一装置中的晶闸管和整流管的额 定参数算法相同。 ①整流元件的额定电压U kn 整流元件的额定电压U kn 与元件实际承受的 最大峰值电压U m 有关，即: U kn =(2~3) U m =(2~3) 6  135=661.36-992.043V，取U kn =992V 式中，（2~3）为安全系数，要求可靠性高时取较大值。 ②整流元件的额定电流I T ：整流元件的额定电流I T 与最大负载电流 I d 有 关，即:
    I T =(1.5~2.0) K fb  I d =(1.5~2.0) 0.367 225.6=124.2~165.6A,取 I T =130 A,其中I d =U d /R=2.34cosα*U2/R=2.34*135/1.4=225.6 A. 式中，K fb 为计算系数，（1.5-2.0）为安全系数 2.3 平波电抗器的计算与选择 为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通常需在支流 左侧串联代邮空气隙的铁心电抗器，其重要参数为额定电流I n 和电感量Lk 。 用于限制输出电流脉动的临界电感Lm /mH 0.46 135   US 2 u 2 ISf ni d    300 2  103 = Lm=  5% _ 20% 26.1    3 10 =6.31~25.25 mH, 取 Lm=25.25 mH 式中S i -为电流脉动系数，取 5%~20%；S u -为电压脉动系数； f d -为输出 脉动电流的基波频率，单位为 Hz。S u 与 f d 与电路形式有关。 ②用于保证输出电流连续的临界电感 L1/mH K U 1 I min 2  0.693 135 0.05 26.1    71.69 mH L1= 式中 Imin——要求的最小负载电流平均值，单位为 A；K1——为计算系数 ③直流电动机的漏电感 La/mH   8 _12 2 1 1450 26.1   K U D n 2 n n I p n n 230  10    3 La = 式中， DK 为计算系数，对于一般无补偿绕组电动机， DK =8~12; mH 3  10  24.31_ 30.39 ④折合到整流变压器二次侧的每相漏电感 LB/mH k   2 % 3.9 135 5% 0.01 K U u B 100 I  100 26.1 LB = 式中uk %-为变压器的短路比，一般取为 5%；K B -为计算系数。 mH   n ⑤实际应串入的平波电抗器电感 Lk/mH Lk =max(Lm, L1)- La -2LB=71.69-24.31-2 0.01=47.36 mH
    式中，max 表示取其中的最大值。 ⑥ 电枢回路总电感 L  L  =Lk+ La2+ 2LB=47.36+24.31+2 0.01= 71.69 mH 2.4 电阻的计算 ①电动机电枢电阻 Ra：Ra=1.1Ω ②整流变压器折合到二次侧的每相电阻 RB  R B 2 9 (1   max ) S 2 I 2  2 9 (1 95 )   8626.35 2 21.30  0.211  式中ηmax——为变压器的最大效率，一般取为 95% ③整流变压器漏抗引起的换向重迭压降所对应的电阻 Rhx 对三相桥式电路 Rhx=3XB/=3 2 3.14 50 0.01/3.14=3  式中 XB=2fLB. ④电枢回路总电阻 R  R  =Ra+RK+ Rhx+ 2RB Ra2 =2.2  始终 RK 为平波电抗器的电阻，可从电抗器产品手册中查得或实测。 2.5 时间常数的计算 ①电磁时间常数 T1 L   R  3 71.67 10  2.2 T1= ②机电时间常数 Tm  0.0326 2 R GD    375 C Cm e Tm=   2.5 3.92 2 2.2    375 0.1388 1.326  0.625 2.6 保护元件的计算与选择 ①交流侧阻容过压保护 交流侧过压保护电容（单位为μf）的计算公式是  S 2 i 0 U 0 2 0 2  C0 2 (4 ~ 10) 8626.35   2 135  3.787 ~ 9.467 μf ，取 5μf
    式中 S——整流变压器的平均计算容量，单位为 VA; i0%——变压器励磁电流百分数，对于 10~560KV.A 的三相变压器，一般取 I0%=4~10。 交流侧过压保护电阻的计算公式是 5 ~ 10 4 ~ 10 2 6.9 135 8626.35 6.9 U S 0 0  2 2 ku i 0 0 0  R   10.31~ 23.05  取 15 欧 式中 Uk%——变压器的短路比，对于 10~1000KV.A 的变压器，对应 Uk%=5~10。 电阻功率 P 可在下式范围选取 (2~3)(2f)^2 K1(CR)CU25ms，所选 PR 值接近 于上式之左方； ②交流侧压敏电阻过压保护 三相电路用三只压敏电阻，可接成 Y 形和△形。 压敏电阻的额定电阻 U1mA U 1m A  mU  (0.8 ~ 0.9)   1.1 6 0.8 ~ 0.9  U 2  454.7 ~ 404.2 V 式中 Um-压敏电阻承受的额定电压峰值，单位为 V; ε-电阻电压升高为系数，取为 1.05~1.10；安全系数（0.8~0.9）。 压敏电阻的通流容量 Iy:Iy>=（20~50）I2=(20~50)  21.30=426~1065A 压敏电阻的残压（即限压值） Uy:Uy>=KyU1mA=3 (454.7~404.2)=1364.1~1212.6V 式中 Ky-残压比。当 Iy<=100A 时，Ky=（1.8~2）；当 Iy>=3KA 时，Ky<3.压 敏电阻的残压 Uy 必须小于整流元件的耐压值。 ③直流侧阻容和压敏电阻过压保护 可参照交流侧的计算方法进行计算。 ④晶闸管元件过压保护 限制关断过电压的阻容 RC 的经验公式 C=(2~4)IT10-3=(2~4) 130 10-3=0.26~0.52uf,取 0.3uf
    2 45.0 U m R PR=  4920 ~75. 1640 25. W 式中，C 的单位为 uf;R 的单位为 n;PR 的单位为 W 电容 C 的交流耐压大于或等于 1.5 倍的元件承受的最大电压 Um ⑤晶闸管装置的过流保护 直流侧快速熔断器：溶体额定电流 IkRz<1.5In =1.5 26.1=39.15A 交流侧快速熔断器：溶体额定电流 Ikrj  1.5I2 =1.5 21.30=31.95A 晶闸管元件串联快速熔断器：溶体额定电流 Ik<=Ikr<=1.57IT =1.57 130=204.1A 式中 Ik——晶闸管元件的实际工作电流，单位为 A. 总电源快速熔断器：溶体额定电流 Ikrd<=1.5I1=1.5 13.07=19.605A 所有快速熔断器的额定电流均需大于其溶体额定电流；快速熔断器的额定电 压均应大于线路正常工作电压的有效值。 支流侧过流继电器：动作电流小于或等于 1.2In=1.2 26.1=31.32A 交流侧过流继电器：动作电流小于或等于 （1.1~1.2）I2=（1.1~ 1.2） 21.30=23.43~25.56A 交直流侧的过流继电器额定电流均应大于或等于其动作电流，额定电压大于 或等于正常工作电压。 ⑥ 控制元件的计算与选择 总电源自动开关：动作电流小于或等于 1.2I1=1.2 13.07=15.684A 交流接触器 变压器一次侧用：额定电流大于或等于 1.2I1=1.2 130.7=15.684A 变压器二次侧用：额定电流大于或等于 1.2I2=1.2 21.30=25.56A 2.7 触发电路的选择与校验 选用集成六脉冲触发器实用电路，由产品目录中查得 KP50 晶闸管的触发电 流为 8~150MA,触发电压 Ua〈=3.5I 直流电源电压为 15V 时，脉冲变压器匝数比 为 2：1，Uq 可获得约 6V 左右的电压，脉冲变压器一次侧电流只要大于 75MA，
    即可满足晶闸管要求。这里选用 3DG12B 作为脉冲功率放大管，其极限参数 BVCEO=45V，Icm =300MA，完全能满足要求 2.8 控制电路参数设置 转速、电流双闭环的控制电路包括：给定环节、速度调节器 ASR、电流调节 器 ACR、限幅器、偏值电路、反向器、电流反馈环节等。 1.电流环的设计 ①确定时间常数。a 整流装置滞后时间常数 Ts 三相桥式电路的平均失控时 间 Ts=0.0017s;b 电流滤波时间常数 Toi 三相桥式电路每个波头的时间是 3.33s， 为了基本滤平波头，应有（1-2）Toi=3.33s,因此取 Toi=2ms=0.002s;c 电流环 小时间常数 T∑I,按小时间常数近似处理，取 T∑I=Ts+Toi=0.0037。 ②确定将电流环设计成何种典型系统 根据设计要求：δi℅≤5℅,而且 T 1 T  i 0 .0 3 2 6 0 .0 0 3 7 =8.81<10 = 因此，电流环可按典Ι型系统设计。 ③电流调节器的结构选择。电流调节器选用 PI 型，其传递函数为 WACR(s)=Ki( i s+1)/ i s ④选择电流调节器参数。 ACR 超前时间常数：て i=T1=0.0326s 电流环开环增益：因要求δi≤5%,故应取 KiT∑i=0.5,因此 5.0 iT   5.0 0037 .0 KI=  135 1. s -1 电流反馈系数  U I * im dm ≈10V/1.5In=10/(1.5*26.1) ≈0.255(V/A) 于是，ACR 的比例系数为 ki= KI ⑤计算电流调节器的电路参数。   iR K s  1 3 5 .1 * 0 .0 3 2 6 * 2 .2 0 .2 5 5 1 5   2 .8 1 3 电流调节器按所用运算放大器。取 R0=40KΩ,各电阻和电容值计算如下 Ri=KiR0=2.813*40=112.52KΩ Ci=て i/Ri=0.0326*10 6 μF/(22KΩ)=1.48μF μF/40KΩ=0.2μF Coi=4Toi/R0=4*0.002*106 ⑥校验近似条件。电流环截止频率 Wci=KI=135.1s 1 校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：Wci≤1/3Ti
    因为 1/3Ti=1/3*0.0017=196.1S-1>Wci,所以满足近似条件。 校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：Wci≥  3 1 TmT 1 ,现 1 T m T 1  3 在 3 1 0 .6 2 5 * 0 .0 3 2 6  2 1 s -1，满足近似条件。 校验小时间常数的近似处理是否满足条件:Wci 1 3 Ts Toi ,现在 1 3 Ts Toi = .0 0017 1 .0* 002 3/ =180.8s-1> Wci 满足近似条件。 按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。 2 转速环的设计 1）确定时间常数。 ①电流环等效时间常数为 2T∑i=0.0074s;②转速滤波时间常数 Ton 根据所 用测发电机纹波情况，取 Ton=0.01s；③转速环小时间常数 T∑n 按小时间常数 近似处理，取 T∑n=2T∑i+Ton=0.0174s 2）确定将转速环设计成何种典型系统。由于设计要求转速环无静差，转速 调节器含有积分环节；又根据动态设计要求：应按典型Ⅱ型系统设计转速环。 3）转速环调节器的结构选择。转速调节器选用 PI 型，其传递函数为 4）选择转速调节器参数。按跟随和抗扰性能都比较好的原则取 h=5,则 ASR 超前时间常数为て n=hT∑n=5*0.0174=0.087s 转速环开环增益为k N =(h+1)/2h 2 T 2 n =6/2*25*0.0174 2 =396.4s 2 ASR 的比例系数为K n = ( h 1)   h RT 2  C eT m  n 0 .0 8  6  5    2 0 .1 3 8 8 2 .2    1 .3 2 6 0 .0 1 7 4  3 2 .9 7 0 .0 0 7 5）校验近似条件。转速环截止频率 Wcn=Kn/W1=Kn て n=396.4*0.087=34.5s-1 1 校验电流环传递函数简化条件是否满足，Wcn≤ i T 5 , 现在 1 T 5 i = 1 0037 .0*5 =54.1s-1>Wcn,满足简化条件。 1 校验小时间常数近似处理是否满足 Wcn≤ 3 1 2 Tont  i 1 , 现 3 1 2 Tont  i = 1 3 * 1 .0*01.0*2 0037 =38.75 s-1 > Wcn,满足近似条件。 校核转速超调量。当 h=5 时，  C max Ckb =81.2% 而ΔnN=InR/Ce=26.1*2.2/0.1388=413.689r/min 因此
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