江蘇大學(xué)電力傳動課程設(shè)計-雙閉環(huán)晶閘管不可逆調(diào)速系統(tǒng)

1、 電力傳動課程設(shè)計 -雙閉環(huán)晶閘管不可逆調(diào)速系統(tǒng)姓 名：班 級：電氣學(xué) 號：日 期：一、設(shè)計目的·了解閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理·掌握雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法和參數(shù)的整定·研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、設(shè)計任務(wù)和要求1設(shè)計一個雙閉環(huán)晶閘管不可逆調(diào)速系統(tǒng)給定參數(shù)：（1）電機(jī)參數(shù)：額定電壓220V，額定勵磁電壓220V，額定電流1.1A額定轉(zhuǎn)速1600r/min，額定功率185W（2）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.004Vmin/r ，=6V/A2動態(tài)特性：電流超調(diào) ；轉(zhuǎn)速超調(diào)靜態(tài)特性：無靜差圖1 不可逆轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)

2、速系統(tǒng)的原理框圖G:給定器 DZS：零速封鎖器 ASR：速度調(diào)節(jié)器 ACR：電流調(diào)節(jié)器 GT：觸發(fā)裝置 FBS：速度變換器 FA：過流保護(hù)器 FBC：電流變換器 AP1：組脈沖放大器三、測定實驗參數(shù)為研究晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)，須首先了解電樞回路的總電阻R、系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)Td與機(jī)電時間常數(shù)TM，這些參數(shù)均需通過實驗手段來測定，具體方法如下1.測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路總電阻值R 為測出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗電路圖如圖2所示。 圖2伏安比較法實驗線路圖將變阻器R1、R2接入被測系統(tǒng)的主電路，測試時電動機(jī)不加勵磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。合上S1、S2，調(diào)節(jié)給定使輸出直

3、流電壓Ud在30%Ued70%Ued范圍內(nèi)，然后調(diào)整R2使電樞電流在80%Ied90%Ied范圍內(nèi)，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為I1、U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為：Udo=I1R+U1 調(diào)節(jié)R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關(guān)S2，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值I2、U2，則Ud=I2R+U2 求解上面兩式，可得電樞回路總電阻: R=（U2-U1）/（I1-I2） 測量值：U1=101V I1=0.83A ；U2 =116.4V I2=0.31A 則由上式計算得R=29.6 2.主電路電磁時間常數(shù)Td的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，

4、電流id按指數(shù)規(guī)律上升: 其電流變化曲線如圖2所示。當(dāng)t=Td時，有圖3 電流上升曲線 圖4 測定Td的實驗線路圖實驗線路如圖4所示。電機(jī)不加勵磁，調(diào)節(jié)給定使電機(jī)電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內(nèi)。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數(shù)字存儲示波器記錄id=f（t）的波形，在波形圖上測量出當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)Td。由附錄1（示波器出圖）作圖得Td=16ms3.系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)TM的測定系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)可由下式計算 由于TM>>Td，也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即 當(dāng)電樞

5、突加給定電壓時，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的63.2%時,所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)。測試時電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲示波器記錄過 渡過程曲線n=f(t)，即可由此確定機(jī)電時間常數(shù)。由附錄2（示波器出圖）作圖得TM=380ms4.晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(Ug)和測速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖4所示，可不接示波器。電動機(jī)加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對應(yīng)的Ug、UTG、Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線Ud=f(Ug)和UTG =f(n)。 由Ud=f(Ug)曲線可求得晶閘管整流裝置的

6、放大倍數(shù)曲線Ks=f(Ug):Ks =Ud/Ug 測量數(shù)據(jù),得Ks =60 （將下面與作成近似直線求斜率所得）n2.4465.064.51002.7087.594.02003.00110.0109.03003.16124.0124.04003.30133.0137.05003.46143.0145.06003.70158.5161.07003.94175.0173.08004.20186.0190.09004.48198.0205.01000四、器件模塊參數(shù)設(shè)計1、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖5所示。圖中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器

7、的輸出就是電力電子變換器的控制電壓 。 圖5 PI型電流調(diào)速器（1） 確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)。按書本表2-2，三相橋式電路的平均失控時間=0.0017s電流濾波時間常數(shù)。三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取=+=0.0037s（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求 ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，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，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 檢查對電源電壓的抗擾性能： （3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：電流

8、環(huán)開環(huán)增益：取，因此 于是，ACR的比例系數(shù)（4）校驗近似條件：電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ，滿足近似條件，滿足近似條件檢驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：，滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電容：已知調(diào)節(jié)器電阻 =13k，則 ，取1.2 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)更隨性性能指標(biāo)為 , 滿足設(shè)計要求。2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計（1）確定時間常數(shù)已取，則電流環(huán)等效時間常數(shù) 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。取=0.01s轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)按小時常數(shù)近似處理，?。?） 速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖6所示。圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)

9、器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓 。圖6 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器按設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：（3） 校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為: 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:滿足近似條件。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為： ，滿足近似條件。 （4） 調(diào)節(jié)器電容計算已知調(diào)節(jié)器電阻=120 k取0.7 按退飽和超調(diào)量的計算方法計算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：（其中 取空載時Z=0, =1600r/min =1.5）即，所以滿足設(shè)計要求。五、小結(jié)突加負(fù)載時，電機(jī)轉(zhuǎn)速只是在原轉(zhuǎn)速1000r/min下小幅度左右晃了下，

10、說明滿足無靜差調(diào)速。六、心得體會通過這次課程設(shè)計，使我對不可逆轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的理解。其中涉及到多方面的知識，主要包括轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)的設(shè)計、晶閘管的設(shè)計及給定器的設(shè)計，涉及到了電力電子、電力拖動、運(yùn)動控制等多個學(xué)科。雙閉環(huán)系統(tǒng)的核心是電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，在確定兩個調(diào)節(jié)器的類型、結(jié)構(gòu)和參數(shù)時采用常用的工程設(shè)計方法，電流調(diào)節(jié)器采用典型型系統(tǒng)，計算其基本參數(shù)后，校驗近似條件，能夠滿足系統(tǒng)的要求，若不能滿足則要從新設(shè)計調(diào)節(jié)器的類型和結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用典型型系統(tǒng)，和電流調(diào)節(jié)器一樣，計算其基本參數(shù)，校驗近似條件，能滿足系統(tǒng)的要求。通過這個環(huán)節(jié)設(shè)計，不僅是我對調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算掌握的更牢固，更加掌握了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中所起的作用。注：本文是江蘇大學(xué)電氣學(xué)院電氣專業(yè)大四電力傳動課程設(shè)計，