課程設(shè)計論文十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

1、河南工程學(xué)院課程設(shè)計十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化1422 專業(yè)課程： 自動控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 2016 年 1 月 8 日課程設(shè)計成績評定標(biāo)準(zhǔn)及成績序號評審項(xiàng)目指 標(biāo)滿分評分1工作態(tài)度遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干。 5分2工作量按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合要求。 20分3出勤情況全勤： 得10分10分有遲到、早退、請假現(xiàn)象： 得8分曠課1天： 得5分曠課2天： 得2分曠課超過2天： 得0分4設(shè)計、實(shí)驗(yàn)方案能靈活運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識，有獨(dú)特見解，設(shè)計有一定應(yīng)用價值。30分5實(shí)

2、驗(yàn)技能動手能力強(qiáng)，能獨(dú)立完成安裝、調(diào)試等實(shí)際操作，能解決設(shè)計及實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。10分6小組表現(xiàn)注重團(tuán)隊合作，在小組中表現(xiàn)突出，對設(shè)計方案的制定及選取起主要作用，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，承擔(dān)主要執(zhí)行者。5分7設(shè)計報告質(zhì)量報告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理；文理通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準(zhǔn)確、符合國家標(biāo)準(zhǔn)；。20分合 計評語：等 級： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評閱人： 職稱： 講師 日 期： 2015 年 1 月 8 日摘 要早期直流電動機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ),采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成,控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜,功能單一,而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)?/p>

3、難,阻礙了直流電動機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨者單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成,為直流電動機(jī)的控制提供了更大的靈活性,并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng),可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本, 從而有效的提高工作效率。電力電子器件的發(fā)展，使稱為第二代電力電子器件之一的大功率晶體管得到了越來越廣泛的應(yīng)用。晶閘管是既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的全控型器件，其性能優(yōu)良，以大功率晶閘管為基礎(chǔ)組成的晶閘管脈寬調(diào)制（pwm）直流調(diào)速系統(tǒng)在直流傳動中使用呈現(xiàn)越來越普遍的趨勢。該設(shè)計主電路采用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案，控制電路由集成電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中有速度

4、調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器等。運(yùn)用«電力拖動控制系統(tǒng)»的理論知識設(shè)計出可行的直流調(diào)速系統(tǒng),并詳細(xì)分析系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能, 且利用 simulink 對系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的給定下的仿真。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管、直流電動機(jī)、simulink目錄1調(diào)速方案11.1 調(diào)速方案的選擇11.2 電動機(jī)供電方案的選擇12系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇12.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖23主電路的計算43.1整流變壓器的計算4 3.1.1整流變壓器二次側(cè)電壓計算4 3.1.2 一次、二次側(cè)電流計算4 3.1.3變壓器容量的計算44晶閘管元件的選擇45晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算5 5.1交流側(cè)過

5、電壓保護(hù)措施5 5.2三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)76平波電抗器的計算87觸發(fā)電路的選擇98控制電路的計算108.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計108.2 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計119雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計119.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計119.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計1310 matlab仿真1510.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置1510.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析15結(jié)束語17參考文獻(xiàn) 18 1調(diào)速方案1.1 調(diào)速方案的選擇機(jī)架序號電機(jī)型號pn(kw)un(v)in(a)nn(r/minra()gda² (n·m²)if

6、n(a)9z2-52623026.114501.13.921 根據(jù)設(shè)計要求，本次課程設(shè)計采用z2-52型直流電動機(jī)，電動機(jī)參數(shù)見表1。表1 十機(jī)架連軋機(jī)電動機(jī)參數(shù)1.2 電動機(jī)供電方案的選擇實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，首先要有一個平滑可調(diào)的直流電源。常用的可調(diào)直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組：用直流電動機(jī)和交流電動機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止可控整流器：用靜止的可控整流器，如晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器：用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的直流平均電壓。本課題中采用第二種方法，晶閘管直流調(diào)速，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器的移相電壓，便

7、可改變整流電壓ud。由于電機(jī)的容量大，又要求電流的脈動系數(shù)小，三相全控橋式整流器電路采用共陰極接法的三相半波和共陽極接法的三相半波的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；共陽極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流，因此變壓器繞組中沒有直流磁通，且每相繞組正負(fù)半周都有電流流過，提高了變壓器的利用率，且直流側(cè)脈動較小，元件利用率較好，無直流磁化同時波形畸變較小，故選用三相全控橋整流電路供電方案。電機(jī)的額定電壓為230v，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器應(yīng)采用d/y聯(lián)結(jié)。2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇工業(yè)

8、上，為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用晶閘管元件及電動機(jī)的過載能力，要求實(shí)現(xiàn)理想啟動，即要求在啟動過程中，是啟動電流一直保持最大允許值，此時電動機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動時間；啟動結(jié)束后，電流從最大值迅速下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。又因調(diào)速精度要求較高，故采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。啟動時，讓轉(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)啟動電流一直保持最大允許值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定器的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電動機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。2.1 直流調(diào)速系

9、統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器upe。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。圖1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖asr-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 acr電流調(diào)節(jié)器 tg直流測速發(fā)電機(jī) ta電流互感圖 upe電力電子裝置 un*轉(zhuǎn)速給定電壓 un轉(zhuǎn)速反饋電壓 ui*電流給定電壓 ui 電流反饋電壓雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下

10、，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，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，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時表現(xiàn)為

11、轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。3主電路的計算3.1整流變壓器的計算3.1.1整流變壓器二次側(cè)電壓計算整流變壓器二次側(cè)電壓計算公式：= (1)查表知，三相全控橋式整流電壓的計算系數(shù)，電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，查表知角，考慮10°裕量，故,由電機(jī)參數(shù)可知un=230v，代入公式計算出：v取，變比3.1.2 一次、二次側(cè)電流計算一次側(cè)電流：= 考慮變壓器自身的勵磁電流時，應(yīng)乘以1.05左右的

12、系數(shù)，查表知，一次相電流計算系數(shù)kil=0.816，由電機(jī)參數(shù)可知=26.1a,代入公式計算出：=1.05×0.816×26.1/1.83=12.22a二次側(cè)電流：i2=kividn 查表知，二次相電流計算系數(shù)kiv=0.816，一般取整流器額定直流電流id=in，由電機(jī)參數(shù)知in=26.1a，代入公式算出i2：=0.816×26.1=21.30a。3.1.3變壓器容量的計算變壓器一次、二次繞組相數(shù)m1=m2=3一次容量：s1=m1u1i1=3×220×12.22=8.07kva二次容量：s2=m2u2i2=3×120×21

13、.30.54=7.67kva平均電容：s=(8.07+7.67)/2=7.87kva4晶閘管元件的選擇選擇晶閘管元件主要根據(jù)是晶閘管整流裝置的工作條件，計算管子電壓、電流值，正確確定晶閘管型號規(guī)格，以得到滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流器的運(yùn)行條件，計算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號規(guī)格，在工頻整流裝置中一般選擇kp型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流值。(1)額定電壓utn的選擇，應(yīng)考慮下列因素。 1）分析電路運(yùn)行時晶閘管可能承受的最大電壓值。 2）考慮實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的裕量，通?？煽紤]倍的安全裕量，按下列公式計算，即 已知的電壓，對于三相橋式全控整流電路

14、，可知晶閘管最大承受電壓：v所以晶閘管的額定電壓應(yīng)為（）倍的，即：晶閘管的額定電流可由簡化經(jīng)驗(yàn)公式：參考下表以及半導(dǎo)體變流技術(shù)和電力電子技術(shù)文獻(xiàn)，知選擇晶閘管的型號規(guī)格為kp50-9。5晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計算晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。但與其它電氣設(shè)備相比，由于元件的擊穿電壓較接近運(yùn)行電壓，熱時間常數(shù)小，因此過電壓，過電流能力差，短時間的過電流，過電壓都可能造成元件損壞。為使晶閘管裝置能正常工作而不損壞，只靠合理選擇元件還不行，還要十分重視保護(hù)環(huán)節(jié)，因此在晶閘管裝置中，必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。設(shè)計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措

15、施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。5.1交流側(cè)過電壓保護(hù)措施（1）阻容吸收保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻r()和電容c（uf）的串聯(lián)支路進(jìn)行保護(hù)，對于大電容的的晶閘管裝置，采用圖3所示。圖3 交流側(cè)阻容吸收保護(hù)電容值 c>=6iem(uf)=6×0.1×7.87/1202=0.328uf式中s-變壓器容量（kva）；u2-變壓器二次相電壓有效值（v）；iem-變壓器勵磁電流百分?jǐn)?shù)，對于的變壓器，一般為電阻值：=5u21/i21=5×120/21.30=28.169（2）非線性電阻保護(hù)非線性電阻保護(hù)方式主要硒堆和壓敏電阻的過電壓保護(hù)。壓敏電阻

16、采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作時只有很微弱的電流（1ma以下）通過元件，而一旦出現(xiàn)過電壓時電壓，壓敏電阻可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，具有損耗低，體積小，對過電壓反映快等優(yōu)點(diǎn)。因此，是一種較好的過電壓保護(hù)元件。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓=1.3u=1.3××120=220.6v式中 u-壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（v）。u壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值，變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，通流量應(yīng)按照大于實(shí)際可能產(chǎn)生的浪涌電流選擇，一般取5ka以上。殘

17、壓值的選擇是由被保護(hù)器件的耐壓決定，應(yīng)使晶閘管在通過浪涌電流時，殘壓抑制在晶閘管額定電壓以下，并留有一定裕量。（3）直流側(cè)過電壓保護(hù) 直流側(cè)過電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成di/dt加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓>=2=2×2.34u2=2×2.34×120=561.6v（4)晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，阻容保護(hù)元件參數(shù)可以根據(jù)查表2。晶閘管額定電流1000500200100502010電容（f）210.50.2

18、50.20.150.1電阻（）2510204080100表2 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表阻容保護(hù)的原件參數(shù)由晶閘管的額定電流可選：c=0.2f，r=40。（5)過電流保護(hù) 快速熔斷器是最簡單有效的過電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發(fā)生短路后，熔斷時間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過電流損壞晶閘管。5.2三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)在本設(shè)計中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖4如下。圖4 一次側(cè)過電流保護(hù)電路 （1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的線電壓為230v，熔斷器

19、額定電壓可選擇250v。(2) 熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。 熔斷器額定電流 1.6i1=1.6×26.1=41.76a 因此，如圖4在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個熔斷器，按本課題的設(shè)計要求熔斷器的額定電壓可選250v，額定電流選45a。(3) 與元件串聯(lián)的快速熔斷器選擇由于過載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)和反向擊穿，以及在逆變時換流失敗等原因，都會產(chǎn)生過電流。這里采用快速熔斷器來防止晶閘管過電流的損壞。其保護(hù)原理圖5所示。圖5 過流保護(hù)電路圖由上圖5及上文中計算的數(shù)據(jù)可知，通常熔斷器的額定電流由下式選?。?實(shí)際管子最大電流有效值)為保證可靠與選

20、用方便起見，可取（4）直流側(cè)快速熔斷器的選擇電壓和電流上升率的限制 不同規(guī)格的晶閘管對最大的電壓上升率及電流上升率有相應(yīng)的規(guī)定，當(dāng)超過其規(guī)定的值時，會使晶閘管誤導(dǎo)通。限制電壓及電流變化率的方法有 1)交流進(jìn)線電抗器限制措施，交流進(jìn)線電抗器lb的計算值：式中 交流器輸出額定電流，電源頻率f,變壓器二次相電壓。 2)在橋臂上串聯(lián)空心電感，電感值取為宜。 3)在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會使換流時間增長，影響正常工作，而經(jīng)常采用將幾只鐵氧磁環(huán)套在橋臂導(dǎo)線上，使橋臂電感在小電流時磁環(huán)不飽和，電感量大，達(dá)到限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關(guān)斷時間。6平波電抗器的

21、計算晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動的，為了限制整流電流的脈動、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。 (1) 電動機(jī)電樞電感為：×1000=8×230×1000/(2×2×1450×26.1)=12.15mh式中：電動機(jī)額定電壓  電動機(jī)額定電流        p電動機(jī)極對數(shù)  計算系數(shù)，對于一般無補(bǔ)償電機(jī)=8-12對于快速無補(bǔ)償電動機(jī)取8，磁極對數(shù)p=2。(2) 變壓器電感為：式中(3) 平波電抗器的選擇。

22、維持電流連續(xù)時的為:式中，限制電流的脈動系數(shù)=5%時，值為:式中取兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為81.68mh時，電流連續(xù)和脈動要求能同時滿足。7觸發(fā)電路的選擇觸發(fā)電路可選擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇kc系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是移相范圍小于180°，為保證觸發(fā)脈沖對稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。 選用集成電路mc787組成的三相觸發(fā)電路，如圖6所示。該集成塊由同步過零、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動電

23、路組成。 圖6 mc787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng)rc組成的t形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30°相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對稱。輸出端由大功率管驅(qū)動，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管。8控制電路的計算8.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、晶閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計采用集成穩(wěn)壓管的可調(diào)輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓vc又為正電壓，故給定電壓ug就為負(fù)電壓，而一切反饋均取

24、正值，為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個15v的電源，用一個2.2k,1w電位器引出給定電壓。8.2 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計 （1）測速發(fā)電機(jī)的選擇 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有:額定電壓，負(fù)載電阻的電位器。由于主電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450r/min ，因此，測速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29v，給定電源15v，只要適當(dāng)取反饋系數(shù)，即可滿足系統(tǒng)要求。 （2）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)：ton=0.01s，則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù): （3）電流負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)電流反饋濾波時間常數(shù)：，則電流反饋系數(shù):(4)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) 電動機(jī)電動勢常數(shù) ： =按要求

25、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降：=7.63r/min9雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計9.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計（1） 確定時間常數(shù) 在三相橋式全控電路有：已知,所以電流環(huán)小時間常數(shù):主電路電磁時間常數(shù)為：主電路的機(jī)電時間常數(shù)為：式中：= 1.326（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，可用pi型電流調(diào)節(jié)器： （1） 電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器的超前時間系數(shù) （3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算： 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)，又因?yàn)樵O(shè)計要求電流超調(diào)量，查得有，所以，電樞回路總電阻r=2，所以acr的比例系數(shù)： = （4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截

26、止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ，滿足條件。忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件：，滿足條件。電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： ，滿足條件。 （5） 計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的，有，取,取，取，取。故，其結(jié)構(gòu)圖7如下所示。圖7 電流調(diào)節(jié)器9.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 （1） 確定時間常數(shù)：有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計要求，選用pi調(diào)節(jié)器： （2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)（3）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則asr的超前時間常數(shù)為： 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： asr的比例系

27、數(shù)為：（4）檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：，滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容： 取=40，則，取80。，取1，取1。 故： 其結(jié)構(gòu)圖如8所示。圖8 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=5，查得，不滿足設(shè)計要求，應(yīng)使asr 退飽和，重計算。設(shè)理想空載z=0，h=4時，=2，查得=81.2%，所以 =0.00236 =0.236% < 10%滿足設(shè)計要求。10 matlab仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件matlab，使用matlab對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

28、基礎(chǔ)，使用matlab中的 simulink工具箱對其進(jìn)行計算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用power system工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。10.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖9所示。圖9 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、asr、acr、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真start time設(shè)為0，stop time設(shè)為1.5。10.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖10是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近