VT1VT3VT5U2V2W2UdRdVT4VT6VT2
图3.1 三相桥式全控整流电路原理图
3.2主电路主要器件参数选择 3.2.1 可控整流变压器选择及计算
作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。一般的变压器有整流跟变压两项功能，其中整流是把交流变直流。
选择一台主变压器计算如下：
一次绕组为0.22kV 二次绕组为0.22kV 由直流发电机额定数据得：PN=0.185kW P30=PN=0.185kW
查附录表1得实验室小型电热设备的cosφ=1.0tanφ=0 Q30=P30×tanφ=0.185×0=0kVA
S30=P30×cosφ=0.185×1.0=0.185kVA
只装一台主变压器应全部满足用电设备总计算负荷S30的需要： 即ST≈SNT≥S30 选择SNT=0.2kV·A
所以所选变压器的型号为：S9-0.2/0.38型。
3.2.2 晶闸管的选择
一、晶闸管的选择及参数计算
Ud=Cen+IdR=0.12×1600+1.2×41.7=242.04V U2=Ud/2.34=242.04/2.34=103.44V
URM=6U2=319.83V
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Id0=Ud0/R=242.04/41.7=5.80A Ivt=Id0/3=3.35A Ivt(AV)=Ivt/1.57=2.13A
∴可选用的晶闸管为：KP5-3型。
表3.2.2 晶闸管参数
型号Type 通态平均电流IT(AV) A 正向电流有效值IF(AV) A 通态峰值电压VTM 正反向重复峰值电压VRRM V 正反向重复峰值电流IRRM mA
触发电流IGT mA 触发电压VGT V 维持电流IHM A 断态电压临界上升率dv/dt V/μs 通态电流临界上升率di/dt A/μs 工作结温Tj ℃ 结壳热阻Pjc ℃/W 外型Outline 推荐散热器 KP5A 5 8 ≤2.2 200～2000 ≤8.0 5～45 ≤2.5 5~45 ≥500 / -40～+250 ≤3.0 B1 SZ13
二、晶闸管的保护
晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。 (1) 晶闸管的过流保护
晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类：一类是由于整流电路内部原因；另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，另外，如整流变压器中心点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。
对于第一类过流，即整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用第一种保护措施，最常见的就是接入快速熔短器的方式。
对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。
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(2) 晶闸管的过压保护
晶闸管设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。
过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。
过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。
3.3反馈和保护电路 3.3.1 转速检测电路
转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速成正比的电压信号，滤波交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波之后即可作为转速反馈信号反馈回系统[9]。其原理图如图3.3.1所示。
+M1+U-T1TGUd-MTGR15Un图3.3.1 转速检测电路原理图
3.3.2 电流反馈环节及过流保护环节
交流互感器测得晶闸管交流进线的电流，以获得过电流信号。图3.3.2是过流保护电路的电路图。
7SBKA1D1UuUvUwD3D5RP1CRP2R4KA2VD7R5V1R6VD9V2D4D6D2HLKAVD8R7VD10D11G2C1V2C2+15 15
图3.3.2 过流保护电路的电路图
4.工程设计法设计双闭环系统的调节器
4.1调节器的设计原则
为了保证转速发生器的高精度和高可靠性，系统采用转速变化率反馈和电流反馈的双闭环电路主要考虑以下问题：
1． 保证转速在设定后尽快达到稳速状态； 2． 保证最优的稳定时间； 3． 减小转速超调量。
为了解决上述问题，就必须对转速、电流两个调节器的进行优化设计，以满足系统的需要。
建立调节器工程设计方法所遵循的原则是： 1. 概念清楚、易懂； 2. 计算公式简明、好记；
3. 不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；
4. 能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简明的计算公式； 5. 适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。
直流调速系统调节器参数的工程设计包括确定典型系统、选择调节器类型、计算调节器参数、计算调节器电路参数、校验等内容。在选择调节器结构时，只采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，具体选择参数时只须按现成的公式和表格中的数据计算一下就可以了，这样就使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。
4.2调节器的设计要求
电流、转速双闭环调速系统的动态结构图如图4.2所示：
Un(s)1Tons?1+ASRUi(s)1+Tois?1_UfiUc(s)ACR_Ufn+ksTss?1Ud0(s)E(s)_1/RTls?1Id+_Idl(s)RTms1n(s)Ce电流环?Tons?1?Tois?1图4.2 直流双闭环调速系统动态结构图
系统设计的一般原则是：先内环后外环。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
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设计要求：
**系统给定：Unm=Uim=6V ?=1.5 Idm=?Id Id=1.3A
*转速反馈系数：?=Unm/nmax=0.004V·min/r
*电流反馈系数：?=Uim/Idm=4.615V/A 超调量?≤5％，尽量实现无静差调速。
4.3 电流调节器设计
一、选择电流调节器结构
根据设计要求?≤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W(s)=Ki(?is+1)/?is，电路图如图4.3所示。
检查对电源电压的抗干扰性能：
T1/TΣi=0.019/0.0037=5.14，参照典型Ⅰ型系统动态抗扰性能，各项指标都 是可以接受的。
图4.3 电流调节器电路图
二、确定时间常数
(1) 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。 (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，因此取Toi=2ms=0.002s。 (3) 电流环小时间常数之TΣi近似处理，取TΣi=Ts+Toi=0.0037s。 (4) 电枢回路电磁时间常数T1
T1＝L/R＝0.803/41.7＝0.019s
(5) 电力拖动系统时间常数Tm由实验测得 Tm=0.123s
三、计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：?i=T1=0.019s。
电流环开环增益：要求?i≤5％时，查表得KITΣi=0.5，因此
KI=0.5/0.0037s=135.1s?1
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