黄石理工学院毕业设计（论文）
*Uim稳态时Id???Idm，从而得到下图2.8静特性的AB段。
这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点漂移而采用“准PI调节器”时，静特性的两段实际上都略有很小的静差，见图2.8的虚线。
nn0CAB0IdNIdmId
图2.8 双闭环直流调速系统的静特性
Id?Idm ASR主导，表现为转速无静差
Id?Idm ACR主导，表现为电流无静差（过电流保护）
2.3.2 动态数学模型
如下图2.9表示双闭环直流调速系统的动态框图，图中WASR(s)和分别WACR(s)表示转速调节器和电流调节器的传递函数。在分析双闭环直流调速系统的动态性能时，着重分析电机的起动过程及抗扰动性能。在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，抗扰动性能包括抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。
在起动过程有三个特点：①随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态。当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环则表现为电流随动系统。这就是饱和非线性控制的特征。②准时间最优控制即
12
黄石理工学院毕业设计（论文）
恒流升速阶段，电流保持恒定，一般选择为允许的最大值，以便充分发挥电机的过载能力，是起动过程尽可能的最快。③转速超调： 由于采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速调节器退出饱和状态。按照PI调节器的特性，只有使转速超调，ASR的输入偏差电压为负值，才能使ASR退出饱和。即采用PI调节器的双闭环调速系统的转速动态响应必然有超调。
IdL1/RTlS+1RTmS1CeUn*1TonS+1ASR-Un1ToiS+1ACR-UiβToiS+1αTonS+1Ks+1TsS+1-Ud0n
图2.9 双闭环调速系统的动态结构框图
Toi—电流反馈滤波时间常数 Ton—转速反馈滤波时间常数
在实际动态系统中，常增加滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数按需Toi要选定，以滤平电流检测信号为准然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是，让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用表Ton示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上加入时间常数为的
Ton给定滤波环节。
13
黄石理工学院毕业设计（论文）
3 主电路各器件的选择和计算
3.1 交流变压器容量的计算和选择
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的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y联接。
S为整流变压器的总容量，S为变压器一次侧的容量，U1为一次侧电压, I1为一次侧电流,S2为变压器二次侧的容量，U2为二次侧电压，I2为二次侧的电流，m1、m2为相数，以下就是各量的推导和计算过程。
为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压U2。
影响值U2的因素有：
(1) U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的Idmax。
(2)晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用VT表示。 (3)变压器漏抗的存在会产生换相压降。
(4)平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。 (5)电枢电阻的压降。
综合以上因素得到的U2精确表达式为：
UN[1?ra(U2?Idmax?1)]?nUTId （3-1）
CUK%IdmaxA[?B??]100Id式中
A?Ud0表示当控制角??0?时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之U2比；
B?
Ud?表示控制角为?时和??0?时整流电压平均值之比； Ud014
黄石理工学院毕业设计（论文）
C是与整流主电路形式有关的系数；
UK%为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取UK%=5，100～1000千伏安的变压器取UK%=5~10；
通常取0.9~1.05，供电质量较差，电压波动较大的情况?应?为电网电压波动系数。取较小值；
ra?INR? 表示电动机电枢电路总电阻R?的标么值，对容量为15~150KW的电动UN机，通常ra=0.04~0.08。
nUT表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降。 Idmax-- 负载电流最大值；Idmax??IdN所以??Idmax,?表示允许过载倍数。 IdN对于本设计：为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得U2应有一定的裕量,根据经验所知,公式中的控制角α应取300为宜。 ε＝0.9，A=2.34，B?cos??cos300?以查表3.1中三相全控桥）
表3.1 变流变压器的计算系数 3，C=0.5，Uk%=0.5，（其中A、B、C可2带平衡电单相双单相半控单相全三相半三相全控整流电路 三相半控桥 抗器的双半 波 桥 控 桥 波 桥 反星形 A?Ud0/U20.9 B?Ud?/Ud0cos? 0.9 0.9 1.17 2.34 1?cos?2 0.5 2.34 1.17 C 0.707 1?cos?cos? cos? 2 0.707 0.707 0.866 cos? 0.5 0.816 cos? 0.5 0.289 KI2?I2/Id0.707 1 1 0.578 0.816
INR?53.5?0.58??0.141 （3-2） UN220 ra?以下为计算过程和结果：
15
黄石理工学院毕业设计（论文）
UN[1?ra(U2?Idmax?1)]?nUTId220?[1?0.141?(1.5?1)]?2?1 ??136.8V （3-3）
CUK%Idmax30.5?5A[?B??]2.34?(0.9???1.5)100Id2100这里可以取U2?140V。实际选取为标准变压器时可以通过改变线圈匝数来实现。根据主电路的不同的接线方式，由表3.1查得KI2=I2/Id=0.816即得出二次侧电流的有效值I2??KI2Id，从而求的、出变压器二次侧容量S2?m2U2I2。而一次相电流有效值I1?I2/(U1/U2)，所以一次侧容量S2?m2U2I2。一次相电压有效值U1
1(S1?S2)。KI2为各种接线形2式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之比。
取决于电网电压。所以变流变压器的平均容量为S?对于本设计KI2取0.816,且忽略变压器一二次侧之间的能量损耗，故
I2??KI2?IN?1.5?0.816?53.5?65.484A （3-4）
根据整流变压器的特性，即
m1U1I1=m2U2I2 , m取3，所以U1I1=U2I2，所以整流变压器的容量为：
11S?(S1?S2)?(mUI)2?2mUI2221I1?1mU222 （3-5） S?m1U1I1?3?140?65.484?27.50KVA （3-6） 设计时留取一定的裕量，可以取容量为30KVA整流变压器。
3.2 整流元件晶闸管的选型
正确选择晶闸管能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低成本。选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压UTM和额定电流IT(AV)。
首先确定晶闸管额定电压UTM，晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压URM，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽2～3倍的安全系数，则计算公式：
UTM?(2~3)URM （3-7）
对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压URM?6U2?2.45U2，故计算的晶闸管额定电压为
16