系統(tǒng)設(shè)計(jì)_怎樣使雙閉環(huán)調(diào)速晶閘管的功率
　　前言：
　　此設(shè)計(jì)利用晶閘管、二極管等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，前者通過(guò)電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，后者通過(guò)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)起動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值;穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。并通過(guò)Simulink進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。
　　直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能很好，具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器, 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR), 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。本文對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理進(jìn)行了一些說(shuō)明，介紹了其主電路、檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)以及一些參數(shù)的選擇和計(jì)算，使其滿足工程設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)。
　　自70年代以來(lái)，國(guó)外在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速”技術(shù)(簡(jiǎn)稱KZ—D調(diào)速系統(tǒng))，盡管當(dāng)今功率半導(dǎo)體變流技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但在工業(yè)生產(chǎn)中KZ—D系統(tǒng)的應(yīng)用還是占有相當(dāng)?shù)谋戎?。在工程設(shè)計(jì)與理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)接觸到大量關(guān)于調(diào)速控制系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計(jì)問(wèn)題。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實(shí)驗(yàn)法與仿真實(shí)驗(yàn)，其中前兩種方法在具有各自優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在著不同的局限性。雙閉環(huán)(電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán))調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門(mén)用來(lái)控制電流的。但它只是在超過(guò)臨界電流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流限制的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò)度過(guò)程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過(guò)程。
　　2總體方案設(shè)計(jì)
　　整流電路如圖3.4所示，在整流電路中主要是晶閘管的保護(hù)問(wèn)題。晶閘管具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它屬于半導(dǎo)體器件，因此具有半導(dǎo)體器件共有的弱點(diǎn)，承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外，還須針對(duì)元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。晶閘管主要需要四種保護(hù)：過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制，過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制。
　　3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制
　　凡是超過(guò)晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過(guò)壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過(guò)阻容吸收電路，連線如圖4.4所示。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量存儲(chǔ)起來(lái)為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過(guò)電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。
　　3.4.2 過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制
　　由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。晶閘管發(fā)生過(guò)電流的原因主要有：負(fù)載端過(guò)載或短路;某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過(guò)電流;觸發(fā)電路工作不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過(guò)電流。晶閘管允許在短時(shí)間內(nèi)承受一定的過(guò)電流，所以過(guò)電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過(guò)電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過(guò)電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過(guò)電流的保護(hù)措施有下列幾種：
　　1.快速熔斷器 普通熔斷絲由于熔斷時(shí)間長(zhǎng)，用來(lái)保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒(méi)有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器。快速熔斷器用的是銀質(zhì)熔絲，在同樣的過(guò)電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過(guò)電流保護(hù)的主要措施。
　　2.硒堆保護(hù) 硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特性。當(dāng)硒堆上電壓超過(guò)某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過(guò)較大的電流，把過(guò)電壓的能量消耗在非線性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨(dú)使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。
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