直流电机双闭环调速系统设计
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摘 要 双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广泛的电气传动装置之一。本文主要是根据三相全波相控整流电路的原理，选择合适的变压器、晶闸管、平波电抗器以及晶闸管保护、触发电路，组成整流电路。
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0026-02
1 双闭环调速系统的组成
双闭环调速系统的结构并不复杂，调速效果却非常的好。这个系统中一共有两个调节器，一个是转速，一个是电流调速器。它的结构原理图如图1所示，图里面的符号分别为：ASR是转速调节器；TG为测速发电机；ACR为电流调节器；TA是电流互感器；UPE为电力电子变换器；U*n-转速给定电压；Un-转速反馈电压；Ui-电流反馈电压；U*i是电流给定电压。
2 系统硬件的保护
2.1 晶闸管的保护
晶闸管元件的优点很多。比如承受电压和电流容量在所有器件中最高，开关速度高，开关损耗小等特点。可是跟其他一些电气元件比较来说，由于晶闸管的击穿电压较为接近运行电压，而且热时间常数比较小，因此过电压、过电流能力很不好，过电压、过电流在短时间内都可能损坏元件。所以如果要使晶闸管元件正常的工作，只通过选择合理的器件还远远不够，对于保护环节也要十分注意。一般在这类装置中，要有相应的保护设计。对于晶闸管的保护设计，往往是通过计算其过电流，过电压的产生的特性，分析其相应的原因，采取有效的措施，避免此类损坏元件的情况出现，进而让装置更加稳定工作。
2.2 晶闸管关断过电压及其保护
晶闸管关断时会有过电压情况，这种过电压是瞬时的。对于这种瞬时过电压，如果能有个元件吸收掉这个瞬时电压，让电压在允许的范围内，这样就能起到保护作用了。我们都知道电容器正好具有这样的特点，因此我们最常用的方法就是在晶闸管两段并联电容。如果在电路中的电容电路加入一个电阻并且是串联接法，那么我们就叫这种电路为过电压阻容吸收电路。
2.3 直流侧过电压及其保护
当把负载断开时，储存在变压器、交流电路的磁场能量会在开关和整流桥间产生过电压。在整流器两端某两桥臂突然断开（快速熔断或晶闸管烧断）的时候，因为大电感中电流具有不可能突变的性质，所以立刻在直流侧感应出很高的反向电压，此时通过负载加在处于关断状态的晶闸管上，可能出现硬开通导致损坏的情况。因为直流侧过电压的能量很大，所以应该采用小晶闸管来保护。用快速熔断器作为晶闸管的保护电路是晶闸管装置采用的几种过电流保护措施中最常用的。因为这种保护电路与普通熔断器相比具有快速熔断性质，是最简单有效的过电流保护器件。
3 平波电抗器的计算
如果想要在电路中让直流负载通过比较平稳的直流电，一般情况下会将铁芯电抗器（带有气隙）串联接入整流电路输出端口，我们称之为平波电抗。其中有两个主要的计算方面：一是输出电流脉动系数必须达到一定要求时电抗器电感值；二是在保证电流连续时电抗的电感值。
3.1 电抗器保持输出电流连续时的计算
为了能否使得全部的工作区域里面输出电流一直连续，必须使得临界电流小于等于负载电流的最小值。
3.2 电抗器限制输出电流脉动时的计算
为了让输出电流连续，在选取平波电感等于60 mH时，能同时满足脉动要求。
3.3 晶闸管触发电路的要求及分析
本文的直流电动机是由三相桥式全控整流电路供电，采用锯齿波同步双脉冲触发电路。
3.3.1 电流环的设计
确定时间常数，选择调节器结构 ，校验近似条件。
3.3.2 转速环的设计
确定时间常数，选择调节器结构，计算转速调节器参数，验近似条件。
4 同步
在三相晶闸管电路中，正确选择触发电路同步电压的相位是十分重要的。在阳极电压接入正电压的一个区间内，触发脉冲此时出现才会使得晶闸管被触发导通。那么在一些常用的电路中，例如正弦波移相电路；锯齿波移相触发电路，脉冲送出的时刻是取决于接入触发电路的不同相位同步电压。想要实现移相就需要改变控制与偏移电压的值。所以这里可以看出，要让触发电路在各个管子需要触发信号时输出脉冲，需要根据被触发的管子的阳极电压的相位，选择合适的同步电压。我们称这样的方法叫做晶闸管电路的同步或定相。
实现同步的具体步骤如下。
1）依照脉冲移相范围和触发的要求，我们可以首先确定一个相位关系即同步信号电压与相对应的晶闸管阳极电压两者间的相位关系。
2）通过将电网的线电压，一般是380 v作为矢量参考，加入整流变压器的接法、钟点数量，可以画出晶闸管阳极电压的矢量坐标位置，然后用步骤1）的结果可以描绘出对应的同步相电压和线电压的矢量图。
3）确定同步变压器的钟点数和接法，这个只需要根据同步变压器一次，二次的线电压位置即可。
5 PI控制器设计
参考文献
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