直流電動機無級調速-資料下載頁

【導讀】此調速系統由主電路和控制電路兩部分組成：主電路是采用晶閘管可控。整流裝置進行調速;控制電路是采用雙閉環速度電流調節方法進行反饋。動機的無級調速。達到穩態后，只要轉速負反饋，不讓電流負反饋發揮主要作用很好地滿足了生產需要。對ASR和ACR的設計。

　　

【正文】 不過由于也存在正反組問題，所以也要考慮邏輯控制問題，以免發生環路導通短路事故。 綜上所述，綜合考慮比較兩者的優缺點，可調電源電路采用后者，使用晶閘管可控整流裝置調壓調速。 控制電路方案論證： 對電 動機轉速的控制調節方法有幾種控制策略方法： 1． 采用單環的速度反饋調節加上截止負反饋的方法 2． 采用雙閉環速度電流調節方法 方案論證： （ 1）采用單環的速度反饋調節加上電流截止負反饋方法，實現比較方便，快捷，成本低，而且系統調試等很簡單。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態速降小，它就難以滿足要求。單閉環直流調速系統中，電流截止負反饋環節是專門用來控制電流的，但是它只能在超過臨界電流值 dcrI 以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖 擊，并不能很理想的控制電流的動態波形。帶電流截止負反饋的單閉環直流調速系統起動電流和轉速波形如圖 46a 所示，起動電流突破 dcrI 以后，受電流負反饋的作用，電流只能再高一點，經過某一最大值 Idm 后，就降低下來，電機的電磁轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。 （ 2）采用雙閉環速度電流調節方法，這種方法雖然初次頭次成本相對而言較高，但它保證了系統的性能，保證了對生產工藝要求的滿足，它既兼顧了啟動時的電流的動態過程，又 保證穩態后速度的穩定性，在起動過程的主第 4 章 方案比較論證與選擇 26 要階段，只有電流負反饋，沒有轉速負反饋。達到穩態后，只要轉速負反饋，不讓電流負反饋發揮主要作用很好地滿足了生產需要。 由圖 46 看出系統采用雙環調節的性能優于單環的速度反饋調節加上電流截止負反饋方法，所以我們采用的控制器將選擇為 ACR與 ASR。外環為 ASR，內環為 ACR。 a 帶電流截止負反饋的單閉環調速起動過程 b 理想的快速起動過程 圖 46 直流調速系統起動過程的電流和轉速波形 對于經常正反轉運行的調速系統，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產率的重要因素。為 此，在電機最大電流（轉矩）受限的條件下，希望充分利用電機允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許的最大值，使電力拖動系統盡可能用最大的加速度起動，到達穩態轉速后，又讓電流立即降低下來，使轉矩馬上與負載平衡，從而轉入穩態運行。這樣的理想起動過程波形見圖 46b，這時，起動電流呈方形波，而轉速是呈線性增長的。這是在最大電流（轉矩）受限的條件下調速系統所能得到的最快的起動過程。 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖 42b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全實現。為了實現在允許條 件下最快起動，關鍵要獲得一段使電流保持為最大值 dmI 的恒流過程，按照反饋控制規律，如果采用某個物理量的負反饋，就可以保持該量基本不變，那么采用電流負反饋就應該得到近似的恒流過程。問題是希望在起動過程中只有電流負反饋，而不能讓第 4 章 方案比較論證與選擇 27 它和轉速負反饋同時加到一個調節器的輸入端，到達穩定轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再靠電流負反饋發揮主要的作用。怎樣才能做到這種既存在轉速和電流兩種負反饋作用，又使它們只能分別在不同的階段起作用呢？雙閉環調速系統可以解決這個問題。 為了實現 轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設置了兩個調節器，分別是轉速和電流，二者之間實行串級聯接，如圖所示。這就是說，把轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制 PWM調制器。從閉環結構上看，電流調節環在里面，叫做內環；轉速調節器在外面，叫做外環。這樣就形成了轉速電流雙閉環調速系統。第 5 章 電路設計 28 第 5 章 電路設計 主電路設計 電機參數計算和晶閘管容量參數計算 1． 電機有關參數： kwPNOM 125? VUNOM 220? AINOM 640? m in/750 rN N O M ? ?? ，電樞回路總電阻 ?? ， 22 . MNGD ? ，電流過載倍數 λ=， 2． 變壓器的付邊電壓確定： 因為 VU NOM 220? ， ? 整定的范圍在 。 150~30 之間，所以由三相全橋整流公式： ? 2D ? 當 ? 在 。30 時有最大值，算出 VU ? 所以可以選擇 VU 1202 ? 3． 變壓器的容量大小計算： 由于電動機電流大小為 640A，電流過載是大小為 960A，變壓器在電動機過載運行時的電流大小為 783A，利用功率守恒定理， ,125 KWPNOM ? 阻抗消耗 KWPR 12? ，考慮晶閘管的損耗和自身的損耗以及變壓器也有一定的過載能力，選擇的變壓器容量： kvaSN 150? 。 4． 晶閘管參數計算： 由電機的過載倍數，我們可以電動機的過載電流，即最大電流： 9 6 0 ???? II M A X ? AIIAIIIIVTAVVTMAXMAXVT)(2???????? 又由 整流輸出電壓 VUU N O Md 220?? ，進線的線電壓是 120V。 第 5 章 電路設計 29 由電路分析可知，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器的二次線電壓的電壓峰值。即 VUU RM 3001203232 2 ?????? 晶閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，即 VUU FM 15012032213221 2 ???????? 考慮安全性裕量，選擇電壓裕量為 2 倍關系，電流裕量為 倍關系 所以工作的晶閘管的額定容量參數選擇為： AAI VVUV T NV T N 6003002 ??? ??? 5． 電樞回路的平波電抗器計算： 電動機在運行時保證電流連續，取此時的電流為額定電流的5 %~10%。 AII N OMd 646 4 %10m in ???? mhI UL d m in2 ???? 則電樞需要串入的電樞電抗器大小可以算： aLLL ??電抗 （其中 aL 為電樞的固有電抗值） 第 5 章 電路設計 30 整流電路的選擇 圖 51 三相橋式全控整流電路原理圖 整流電路是將交流變為直流電，電路形式多種多樣，各具特色。為了減小直流脈動，選用三相橋式全控整流電路。其原理圖如圖 51 所示，習慣將其中陰極連接在一起的 3 個晶閘管（ VT1 VT3 VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的 3 個晶閘管（ VT4 VT6 VT2）稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按從 1 到 6 的順序導通，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與 abc三相電源接的 3個晶閘管分別為 VT4 VT6 VT2。其特點為： 1． 2 個管子同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各 1 個，且不能為同一相器件。 2． 對觸發脈沖的要求： （ 1）按 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 的順序，相位依次差 60。 （ 2）共陰極組 VT1VT3VT5 的脈沖依次差 120，共陽極組 VT4VT6VT2也依次差 120。 （ 3）同一相的上下兩個橋臂，即 VT1 與 VT4， VT3 與 VY6， VT5與 VT2，脈沖相差 180。 3． 整流電路輸出電壓 dU 一周期脈動 6 次，每次脈動的波形都一樣，故該電第 5 章 電路設計 31 路為 6 脈波整流電路。 4． 需保證同時導通的 2 個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發，另一種是雙脈沖觸發（常用）。 整流器件的選擇 絕緣柵雙極晶體管（ InsulatedGate Bipolar Transistor——IGBT）綜合了GTR 和 MOSFET 的優點， GTR 是雙極型電流驅動器，由于具有電導調制效應，所以其同流能 力很強，但開關速度較低， 所需驅動功率大，驅動電路復雜。而電力 MOSFET 是單極型電壓驅動器件，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩定性好，所需驅動功率小且驅動電路簡單。所以在此設計中選用 IGBT 作為整流器件。 IGBT 的工作原理： 溝道，為晶體管提供基極電流， IGBT 導通。 導通壓降：電導調制效應使電阻 NR 減小，使導通壓降減小。 關 斷：柵極間施加反壓或不加信號時， MOSFET 內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷 ， IGBT 關斷。 觸發電路的選擇 晶閘管可控整流電路是通過控制觸發角 ? 的大小即控制觸發脈沖起始相位來控制輸出電壓大小，稱為相控電路。為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應保證觸發角 ? 的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發脈沖。對于相控電路 這樣使用晶閘管的場合，也習慣稱為觸發控制，相應的電路習慣稱為觸發電路。觸發電路應保證每個晶閘管觸發脈沖與施加于晶閘 管的交流電壓保持固定、正確的相位關系。現在廣泛應用的是晶體管觸發電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發電路（如圖 52 示）應用最多。 第 5 章 電路設計 32 220 V 36V+BTP+ 15 VAVS+ 15 V 15 V 15 VX Y接封鎖信號RQustVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~ V D14 圖 5 2 同步信號為鋸齒波的觸發電路 同步信號為鋸齒波的觸發電路輸出可為單窄脈沖，也可為雙窄脈沖，以適用于有兩個晶閘管同時導通的電路。電路可分三個基本環節：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環節。 1． 觸發電路的分析 在此設計中采用雙脈沖形成環節與三相整流電路相聯接。雙脈沖形成環節采用性能價格比優越的、每個觸發單元的一周期內輸出兩個間隔 60 的脈沖的電路，稱為內雙脈沖電路。 （ 1） 內雙脈沖電路 V V6 構成 “或 ”門，當 V V6 都導通時， V V8 都截止，沒有脈沖輸出，只要 V V6 有一個截止，都會使 V V8 導通，有脈沖輸出，第一個脈沖由本相觸發單元的 cou 對應的控制角產生隔 60 的第二個脈沖是由滯后60 相位的后一相觸發單元產生（通過 V6） （ 2）三相全控橋整流電路與觸 發電路相連的情況 接感性負載電流連續時，脈沖初始相位應定在 ? =90 ；如果是可逆系統，第 5 章 電路設計 33 需要在整流各逆變狀態下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為 180 （由于考慮 ? min 和 min? ，一般為 120 ），由于鋸齒波波形兩面三刀端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于 180 ，例如 240 ，此時，令 0cou ? ，調節 pU 的大小使產生脈沖的 M 點移至鋸齒波 240 的中央（ 120 處），相應于的位置。如果 cou為正值， M 點就向前移，控制角，晶閘管電路處于整流工作狀態。如果 cou 為負值， M 點就向后移，控制角，晶閘管電路處于逆變狀態。 2． 集成觸發器 KC04 國產集成觸發器 KC04 是 KC 系列觸發器中的一個典型代表，適用單相、三相供電裝置中作晶閘管脈沖移相觸發，其兩路相位間隔 180 的移相脈沖可方便地構成半控、全控橋式觸發線路。該集成電路具有負載能力大、移相性能好、正負半周脈沖相位值均衡性好、移相范圍寬、對同步電 壓要求不嚴、有脈沖列調制輸入及脈沖封鎖控制等優點，在實際線路中有著十分廣泛的應用。 穩壓電源的選擇 為了給觸發電路提供可靠的電源，減少和避免電壓的偏差，使觸發電路能穩定的工作。本設計中采用了 7815 和 7915 穩壓器組成的穩壓電源。 隨著半導體工藝的發展，現在已生產并廣泛應用的單片集成穩壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優點。最簡單的集成穩壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩壓器。三端式穩壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調整電路和保護電路等部分組成 三 端穩壓器件 78/79 系列三端穩壓器件是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉換器， 用 78/79 系列三端穩壓器來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠 、方便，而且價格便宜。該系列集成穩壓器型號中的 78 或 79 后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，由于觸發電路要求的電源是 15V，所以設計中采用了 7815和 7915 穩壓器。 第 5 章 電路設計 34 主電路保護器件選擇 電路中主要的保護器件是快速熔斷器 FU，壓敏電阻過電壓抑制器 RV，閥