武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课程名称运动控制系统课程设计总评成绩学生专业班级自动化1113学生姓名、学号***********指导教师姓名李文彦课程设计起止日期2014.9.9--2012.9.17同现象。

三、主电路及其保护电路设计1、选择主回路的电路形式转速、电流反馈控制直流调速系统原理图2、整流变压器的计算:2.1、整流电路的选择整流电路选用三相桥式全控整流电路，它的输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，是目前应用最为广泛的整流电路。

三相半波整流电路晶闸管使用数量为三相桥式可控整流电路的一半，但是性能不如三相桥式全控整流电路要好，故选择三相桥式整流电路三相桥式全控整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极组和共阳极组串联电路，如图所示：共阴极组的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组的三个晶闸管分别为VT4,、VT6、VT2。

从分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，另外一个在共阴极组，且不能为同一相的晶闸管。

2.2、变压器的选择与计算: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，为此必须精须精确计算整流变压器次级电压U2。

影响U2值的因素有：（1）U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流值Ud。

（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UT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。

（6）电网的波动（7）整流主电路形式所以，综上所述，可得U2表达式：变流变压器的计算系数V V I I CU B A nU I I r U U d d K Td d a N 33567.332100%11max max 2≈=⎥⎦⎤⎢⎣⎡•-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ξ A I I d936.414816.03395.1322=⨯⨯==λ 21S S = 111I mU S = 222I mU S = （m 为相数）kVA A V I mU S S S 417936.4143353)(212221≈⨯⨯==+=所以选取容量S 为417kV A 的变压器。

2.3、SCR 的选择：查课本表格可得，UDN≥440V 时，UDRM（额定断态重复峰值电压）与UPRM（额定反向重复峰值电压）≥1600V 。

晶闸管额定电压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Um，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，即按下式选取UTN=（2~3）UM ，查表可得三相半控桥的电压计算系数KUT=2.45，即约为6，电流计算系数为KIT=0.367。

故晶闸管额定电压为UTN=（2~3）6U2=（2~3）6×335=1641～2461.7(V)。

取U VT =2200(V)。

晶闸管的额定电流IAV T )(晶闸管额定电流指的是在指定管壳温度和散热条件下所允许的最大工频正弦半波电流的平均值，一般取计算结果的1.5~2倍，这里取：IAV T )(=(1.5~2)K ITImax=(1.5~2)×0.367×339×1.5=278~373.239(A)，取ITN=350(A)。

2.4、SCR 的保护：晶闸管换相过电压保护和晶闸管过电流保护：在晶闸管元件两端并联RC 电路，起到晶闸管换相过电压的保护。

串联电阻R 的作用一是阻尼LTC 回路的震荡，二是限制晶闸管开通瞬间的损耗且可减小电流上升率di/dt 。

R 、C 值可按经验数据选取，对于本设计晶闸管额定电流为220A ，故C 可取0.3F ,R 可取20Ω。

采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。

熔断器的额定电压、电流可按下式计算:额定电压U RN ：不小于线路正常工作电压的方均根值 额定电流：()RN i a R I K K I A ≥i K 为电流裕度系数，取i K =1.1~1.5，a K 为环境温度系数，取a K =1~1.2，RI为实际流过快熔的电流有效值。

对于本次课程设计：因U 2=339V ，取U RN =680V ；A I I d R 72.1953393131=⨯==A I K K I R a i RN 296.35272.1952.15.1=⨯⨯=≥取=RN I 355A 因而二次侧可选取RS3系列680V/355A 的快熔。

2.5、平波电抗器的计算与选择2.6整流变压器的保护：2.6.1、交流侧的过电流与过电压保护：在变压器的一次侧串联熔断器，当过电流时熔断器熔断，其额定电压应大于线路的工作电压本设计中一次侧电压最大值为2202V=380V ，熔断器的额定电压可先择400V 其额定电流应大于或等于电路的工作电流A 365380414335U I U I 1221=⨯==A 5.5475.1365I 6.1I 1FN =⨯=≤因此额定电流选545A所以熔断气的规格为400V/545A在变压器的二次侧过电压压敏电阻保护： 压敏电阻的额定电压可按式V U mA 37.10913353233.11=⨯≥20.7A35.27.204.032I 32I 2z =⨯⨯==K I RmV I K U Rm R Rm 17787.2037.10914.120≈⨯⨯==因此压敏电阻取额定电压为1778V 的压敏电阻.2.6.2、直流侧的过电压保护：如图所示，在A 、B 之间接入的是压敏电阻，这是由氧化锌、氧化铋等烧结制成的非线性电阻元件，它具有正反向相同的很陡的伏安特性，击穿前漏电流为微安数量级，损耗很小，过电压时则能通过达数千安的浪涌电流， 所以抑制电流能力很强。

压敏电阻的额定电压U1mA 的选取可按下式计算：Ud0为晶闸管控制角α=0时直流输出电压：对于本次课程设计：UmA1≥=⨯≥33534.2)2.2~8.1()2.2~8.1(0U d 1411~1724.6（V ）通常用于中小功率整流器操作过电压保护时，选额定电压为1700V 的压敏电阻。

典型Ⅰ型系统动态抗扰性能指标和频域指标与参数的关系 3）、计算电流调节器参数：s Tli03.0==τ电流环开环增益： 要求%5i ≤σ时，查下表，可得5.0i =∑T K I参数关系KT 0.25 0.39 0.50 0.69 1.0 阻尼比ξ 1.0 0.8 0.707 0.6 0.5 超调量δ 0% 1.5% 4.3% 9.5% 16.3% 上升时间t r ∞ 6.6T 4.7T 3.3T 2.4T 峰值时间t p ∞ 8.3T 6.2T 4.7T 3.6T 相对稳定裕度γ76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止频率ωc0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/Ts sKI111.13500367.05.0--≈=于是，ACR 的比例系数为：按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标%3.4=σi<5%，满足要求。

2、转速调节器的参数计算（1）确定时间常数1）、电流环等效时间常数1/K I ：由上面可得，5.0i =∑T K I 则：s T Ki I0074.021=∑=2）、转速滤波时间常数T ON 。

根据所用测速发电机纹波情况，取=T on 0.01s 。

3）、转速环小时间常数Tn∑。

按小时间常数近似处理，取S S s T KT on In0174.001.00074.01=+=+=∑（2）、选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为：ss K s W n n n ASR ττ)1()(+=3）计算转速调节器参数脉冲变压器触发电路常通过选用脉冲变压器来输出触发脉冲。

脉冲变压器有以下作用：1.阻抗匹配，降低脉冲电压增大输出电流，更好触发晶闸管；2.可改变脉冲正负极性或同时送出两组独立脉冲；3.将触发电路与主电路在电气上隔离，有利于防干扰，更安全。

六、参考资料[1]、陈伯时，《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》第三版，机械工业出版社，2013[2]、王兆安，刘进军《电力电子技术》第五版,机械工业出版社，2011[3]、李发海，王岩《电机与拖动基础》第五版，清华大学出版社，2011[4]、邹伯敏《自动控制理论》第三版，机械工业出版社，2012。