转速电流双闭环系统设计
说明:
(1)脉冲形成及放大环节
在上图中,晶闸管V4、V5形成脉冲,V7、V8起放大作用。uk为直流控制信号,当uk=0时,V4截止,V5导通,使V7、V8截止,无脉冲输出。此时,电容C3充电(+E→R9→C3→V5→V6→VD10→-E),uc3≈2E。
当uk升高,使V4导通,V5截止,V7、V8导通,经变压器TP输出脉冲电压。此期间C3先放电后反向充电,使B点电位升高,直到uB>-E,V5又导通,V7、V8变为截止,脉冲消失。脉冲宽度由C3反向充电时间常数R11×C3决定。 (2)锯齿波形成和脉冲移相环节
锯齿波的形成有自举式电路、恒流源电路等。在上图中由V1、RP2和R3、R4等组成恒流源电路。电容C2的冲放电形成锯齿波,锯齿波通过V3组成的设计跟随器输出。锯齿波电压ue3、直流控制电压uk、直流便宜电压up经电阻R6、R7、R8与V4基极b4连接,着三个电压叠加决定V4的基极电位ub4的大小,即控制V4的工作状态。
Up的作用是为了确定uk=0时脉冲的初始相位。如感性伏在电流连续,三相全控桥(可逆系统)的脉冲初始相位应定在?=90°,可通过调节up与ue3叠加来实现,锯齿波过零变正点,即为脉冲产生的时刻,对应于?=90°,此时变流器输出Ud=0。
Uk与ue3叠加控制脉冲相位移动(up固定在某值),当uk>0时,过零点N点向左移动,??90°,电路工作整流状态:当uk<0时,N点向右移动, ??90°电路工作于逆变状态。该电路要求锯齿波宽度大于180°,如选240°。(3) 同步环节
触发脉冲uG必须与主电路的电源同步。上图电路中,同步环节又由同步变压器TS和晶体管V2等组成。同步电压us经TS降压产生二次电压uTS来控制V2的导通与关断,从而控制C2的冲放电过程,V2截止时C2充电,V2导通是C2放电,这样就形成了锯齿波。
正弦波uTS的一个周期内V2截止与导通各一次,对应锯齿波是一个周期,与主回路电源频率一样,达到同步的目的。锯齿波的宽度由C1的充电时间常数R1C1决定。 (4)强触发环节
晶闸管采用强触发可缩短开通时间,有利于改善串并联器件的动态均压和均
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流,增加触发的可靠性,强触发电路如图所示。
强触发的电源,由单相桥式整流电路获得50V电压。在V8截止时,C6充电,D点电位上升到50V。当V8导通时,C6迅速放电,D点电位迅速下降,uD<15V时,VD15导通,由15V电源供电,V8截止后,C6由充电到uD=50V,为下一次触发做准备。
(5)双窄脉冲形成环节
第一个脉冲由本相触发电路的V4由截止变为导通时使V5截止而V7、V8导通所产生;第二个脉冲由滞后60°相位的后一个相触发电路产生其一个脉冲时将信号引至本想触发电路V6的基极,使其截止,V7、V8又导通而产生。这样每一个触发电路一个周期能输出两个相隔60°的窄脉冲。为防止脉冲互相干扰,加入VD4和R17。
三相桥式全控整流电路,晶闸管的导通顺序为:VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1,彼此相隔60°。为能准确产生双窄脉冲,图中的X和Y断应按图 所示的顺序连接,即前相的触发电路的Y端接后相的X端。
图 触发器的控制端的连接图
3 电流环电路
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说明:由设计过程中的计算可以知道:电流环中相关的电阻,电容的取值
为:R6?Ri?2K?
R1?R2?R3?R4?C3?Ci?R0?10K? 2?iRi?0.012?106?2?F 36?104Toi4?0.0025??0.5?F R020?103C1?C2?Coi?4.转速环电路:
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说明:由设计过程中的计算可以知道:转速调节器电阻和电容
取输入电阻R0?20k?,则
R7?R8?R9?R10?0.5R0?10K? R11?Rn?KnR0?11?20?220k? C5?Cn??nRn?0.112?106?0.51?F 3220?104Ton4?0.0146??10?2.8?F 3R020?10 C6?C4?Con?4.控制电路总体电路图
说明:转速调节器ASR调节转速,用电流调节器ACR调节电流。ASR与ACR之间实现串级连接,即以ASR的输出电压Ui作为电流调节器的电流给定信号,再用ACR的输出电压Uc作为晶闸管触发电路的移相控制电压。从闭环反馈的结构上看,转速环在外面为外环,电流环在里面为内环。为了获得良好的静。动态性能,转速和电流两个调节器都采用具有输入、输出限幅电路的PI调节器,且转速与电流都采用负反馈闭环。
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六.心得体会:
这次的课程设计难度不是很大,所用到的知识基本上都是在《电力电子技术》和《电力拖动与运动控制系统》这两门课程中所学过的基本知识点。而且在这次的设计中没有要求用MATLAB进行系统的仿真,这样也大大地减少了我们的工作量。
这次的设计,其中最重要的一部分是参数的计算。由于课本中有相类似的例题作为参考,因此计算部分不难,只是算时,感觉有点繁琐而已,只要自己有耐心,就可以设计出合理的系统。做事情要有耐心,这是我在这次设计中所学习到的重要的一点。在进行硬件电路图的设计时,电流调节器和转速调节器都可以在课本上找到,而触发电路,主电路在电力电子课程中学习过,也不难画出他们的硬件连接图。总的来说这次的设计不难。
这次设计难度虽然不难,但是在其中我也收获了不少。通过这次设计,加深了我对电流,转速双闭环系统这个典型的系统的认识。复习了以前学习过的基本知识,加深了印象。这对我们以后工作中会很有帮助的。
七 参考资料
1、《电力拖动与运动控制系统(第二版)》,罗飞 郗晓田 文小铃 许玉格编 ――北京:化学工业出版社,2007.2
2《电力电子技术基础》 苏开才等编 华南理工大学出版社
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