轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、 運(yùn) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 大 作 業(yè) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆V-M直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 講師 2015年 12月目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1第一章 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理2 1.1系統(tǒng)的組成2 1.2 系統(tǒng)的原理圖3第二章 主電路元部件及參數(shù)計(jì)算42.1 整流變壓器容量計(jì)算42.1.1 次級(jí)電壓U242.1.2 次級(jí)電流I2和變壓器容量52.2 晶閘管的電流及電壓定額計(jì)算62.2.1 晶閘管額定電壓UTN62.2.2 晶閘管額定電流IN62.3 平波電抗器電感量計(jì)算62.4 保護(hù)電路的計(jì)算72.4

2、.1 過電壓保護(hù)72.4.2 過電流保護(hù)10第三章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速器的設(shè)計(jì)113.1 電流調(diào)節(jié)器113.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定123.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇123.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算133.1.4 近似條件校驗(yàn)133.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)143.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器143.2.1 時(shí)間常數(shù)的確定143.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇143.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算153.2.4 近似條件校驗(yàn)153.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)163.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量16第四章 系統(tǒng)仿真17心得體會(huì)21參考文獻(xiàn)22課程設(shè)計(jì)任務(wù)書晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路

3、，基本數(shù)據(jù)為：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 220V,136A,1460r/min;時(shí)間常數(shù) Toi=0.002s,Ton=0.01s;電樞回路總電阻 R=0.5;電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)觸發(fā)整流環(huán)放大倍數(shù)KS=40;晶閘管裝置TS=0.00167s調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓UNM*=UIM*=UNM=10V; 電流過載倍數(shù)=1.5；第一章 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理1.1系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高的系統(tǒng)，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要了。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲

4、得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。所以，我們希望達(dá)到的控制：啟動(dòng)過程只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。故而采用轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器來組成系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可以在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)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。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接，如圖1-1所示。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，再把電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱

5、作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速換在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 圖1-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.2 系統(tǒng)的原理圖為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-2所示。圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR為電流調(diào)節(jié)器，TG表示測速發(fā)電機(jī)，TA表示電流互感器，UPE是電力電子變換器。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器出入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的了控制電壓UC為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖中還標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值，電流

6、調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。圖1-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖第二章 主電路元部件及參數(shù)計(jì)算2.1 整流變壓器容量計(jì)算2.1.1 次級(jí)電壓U2在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器，這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接。為整流變壓器的總?cè)萘?，為變壓器一次?cè)的容量，為一次側(cè)電壓, 為一次側(cè)電流, 為變壓器二次側(cè)的容量，為二次側(cè)電壓，為二次側(cè)的電流，、為相數(shù)，以下就是各量的推導(dǎo)和計(jì)算過程。為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接

7、線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓U2。影響U2值的因素有：（1）U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值Ud（2）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用UT表示（3）變壓器漏抗的存在會(huì)產(chǎn)生換相壓降（4）平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)就要產(chǎn)生一定的電壓降（5）電樞電阻的壓降綜合以上因素得到的U2精確表達(dá)式為：式中：A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角=0°時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比。B=Uda/Ud0，表示控制角為時(shí)和=00時(shí)整流電壓平均值之

8、比。UK%變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，1001000千伏安的變壓器取UK%=58。為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動(dòng)+5%-10%，即=1.050.9C是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻 的標(biāo)幺值，對(duì)容量為15150KW的電動(dòng)機(jī)，通常ra=0.080.04。 表示電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)幺值，對(duì)容量為的電動(dòng)機(jī)，通常。nUT表示主電路中電流經(jīng)過幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降。- 負(fù)載電流最大值；所以,表示允許過載倍數(shù)。，,，（其中A、B、C可以查表2.1中三相全控橋）。表2.1 變流變壓器的計(jì)算系數(shù)整流電路單相雙半波單相半控橋單相全控橋三相半波三

9、相半控橋三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形0.90.90.91.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289對(duì)于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),計(jì)算所得的U2應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知,公式中的控制角 應(yīng)取300為宜。=0.9,A=2.34,B= 0 ，C=0.5，UK%=5，取U2=270V。2.1.2 次級(jí)電流I2和變壓器容量I2=KI2·Id , KI2為各種接線形式時(shí)變壓器次級(jí)電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。對(duì)于本設(shè)計(jì)KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能

10、量損耗，因此可以得到：I2=0.816×220=179.52AS=1/2（S1+S2）=m1U1I1=m2U2I2=3×270×179.52=145.41KVA2.2 晶閘管的電流及電壓定額計(jì)算2.2.1 晶閘管額定電壓UTN晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓Um，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，即按下式選取UTN=（23）UM，式中系數(shù)23的取值應(yīng)視運(yùn)行條件，元件質(zhì)量和對(duì)可靠性的要求程度而定。對(duì)于本設(shè)計(jì)，UM= U2，故計(jì)算的晶閘管額定電壓為：UTN=（23）U2=（23）×270=13231984V

11、,取1800V2.2.2 晶閘管額定電流IN 為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來計(jì)算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值?？砂聪率接?jì)算： IN=(1.52)KfbIMAX式中計(jì)算系數(shù)Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當(dāng)=0時(shí)，三相全控橋電路Kfb=0.368，故計(jì)算的晶閘管額定電流為：IT（AV）=(1.52)KfbIMAX =(1.52) ×0.368×(220×1.5)=182.16242.88A，本設(shè)計(jì)中取200A。2.3 平波電抗器電感量計(jì)算

12、 由于電動(dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量時(shí)，要從根據(jù)等效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種電感量。(1) 電樞電感量LM按下式計(jì)算：P電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)KD計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無補(bǔ)償電機(jī)： D=812對(duì)于本設(shè)計(jì)，P=2，KD=10。(2)整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感LB按下式計(jì)算：U2變壓器次級(jí)相電壓有效值Id晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流 KB與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)對(duì)于本設(shè)計(jì)，KB=3.9(3) 變流器在最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L按下式計(jì)算： K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693用于限制輸出電流的

13、脈動(dòng)的臨界電感（單位為mH)式中-電流脈動(dòng)系數(shù)，??；-電壓脈動(dòng)系數(shù)，三相全控橋； -輸出電流的基波頻率，單位為，對(duì)于三相全控橋。本設(shè)計(jì)中電抗器電感量應(yīng)大于15 mH2.4 保護(hù)電路的計(jì)算2.4.1 過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)，前常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護(hù)。1交流側(cè)過電壓保護(hù)壓敏電阻采用由金屬氧化物（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(shí)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(shí)電壓，壓敏電阻

14、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)，并具有損耗低，體積小，對(duì)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。 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為Y聯(lián)結(jié)，在變壓器交流側(cè)，采用壓敏電阻的保護(hù)回路，如下圖2.1所示。圖2.1 二次側(cè)過電壓壓敏電阻保護(hù)（1）壓敏電阻的額定電壓選擇可按下式： 式中，-壓敏電阻的額定電壓， VYJ型壓敏電阻的額定電壓有：100V、200V、440、760V、1000V等。-變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，對(duì)于星形接法的線電壓等于相電壓，。（2） 計(jì)算壓敏電阻泄放電流初值，即三相變壓器時(shí)： 式中，-能量轉(zhuǎn)換系數(shù)， -三相變壓器空載線電流有效值（

15、3） 計(jì)算壓敏電阻的最大電壓的公式為 式中，-壓敏元件特性系數(shù)； -壓敏元件非線性系數(shù)。一般 在2025之間，在取時(shí)，。2直流側(cè)過電壓保護(hù)整流器直流側(cè)在快速開關(guān)斷開或橋臂快速熔斷等情況，也會(huì)在A、B之間產(chǎn)生過電壓，可以用非線性元?dú)饧种七^電壓，本設(shè)計(jì)壓敏電阻設(shè)計(jì)來解決過電壓時(shí)(擊穿后)，正常工作時(shí)漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，除此之外，它對(duì)沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。其電路圖如右圖2.2所示。壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計(jì)算：壓敏電阻承受的額定電壓峰值 圖2.2 壓敏電阻保護(hù)電路式中為壓敏電阻的額定電壓；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1.051.10。

16、壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角=300時(shí)輸出電壓 。3晶閘管的過電壓保護(hù)晶閘管對(duì)過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時(shí)，就會(huì)誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓一定值時(shí)，晶閘管將會(huì)立即損壞。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的。本設(shè)計(jì)采用如右圖2.3阻容吸收回路來抑制過電壓。通過經(jīng)驗(yàn)公式： 注釋： 圖2.3 阻容吸收回路2.4.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù)措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)

17、種。（1）在交流進(jìn)線中串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，這些措施可以限制短路短路電流。（2）在交流側(cè)設(shè)置電流檢測裝置，利用過電壓信號(hào)去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進(jìn)行封鎖。（3）交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在發(fā)生過電流時(shí)動(dòng)作，斷開主電路。（4）對(duì)于大容量和中等容量的設(shè)備以及經(jīng)常逆變的情況，可以用直流快速開關(guān)進(jìn)行過載或短路保護(hù)。直流開關(guān)的應(yīng)根據(jù)下列條件選擇： 快速開關(guān)的額定電流額定整流電流。 快速開關(guān)的額定電壓額定整流電壓。 快速開關(guān)的分?jǐn)嗄芰χ绷鱾?cè)外部短路時(shí)穩(wěn)態(tài)短路電流平均電流平均值?？焖匍_關(guān)的動(dòng)作電流按電動(dòng)機(jī)最大過載電流整定 式中，K為電動(dòng)機(jī)最大過載

18、倍數(shù)，一般不大于2.7；為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。（5） 快速熔斷器它可以安裝在交流側(cè)或直流側(cè)，在直流側(cè)與元件直接串聯(lián)。在選擇時(shí)應(yīng)注意以下問題： 快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值。 熔斷器的額定電流應(yīng)大于溶體的額定電流。 溶體的額定電流可按下式計(jì)算 ：1三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)在本設(shè)計(jì)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2.4如下：圖2.4 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。（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。一次側(cè)電流計(jì)算式：2 晶閘管過電流保護(hù)圖2.5晶

19、閘管過電流保護(hù)晶閘管不僅有過電壓保護(hù)，還需要過電流保護(hù)。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中流過的大于額定值的電流時(shí)，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。晶閘管過電流保護(hù)方法中最常用的是快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔摄y質(zhì)熔絲埋于石英砂內(nèi)，熔斷時(shí)間極短，可以用來保護(hù)晶閘管。第三章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速器的設(shè)計(jì)3.1 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用：電流環(huán)由ACR和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)。其主要作用是穩(wěn)定電流。由于ACR為PI調(diào)節(jié)器。所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，它的輸入電壓Ui必須為0。即Ui

20、=Usi - §Id = 0 所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候Id =Usi/§此式的含義:當(dāng)Usi一定的情況下，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用，整流裝置將保持在Usi/§的數(shù)值上。假設(shè)Id> Usi/§ 它的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程如下：它可以保持電流特性不便使得:自動(dòng)限制最大電流 , 能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。1.由于ASR有輸出限幅,限幅值為Usim,這樣電流的最大值為Im> Usim/§.當(dāng)IdIm 時(shí).電流環(huán)將使電流下降.調(diào)節(jié)電位器RP3的電流反饋系數(shù)§或整定ASR限幅值Usim可以整定Im的數(shù)值.Im = 2.02.5IN .2.能夠

21、有效的抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的電流波動(dòng)，通過電流調(diào)節(jié)器 ACR的調(diào)節(jié)作用，使得電流很快的恢復(fù)原值。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小，可以忽略。3.1.1 時(shí)間常數(shù)的確定 表3.1 各種整流電路的失控時(shí)間（f=50Hz）整流電路形式最大失控時(shí)間Tsmax/ms平均失控時(shí)間Ts/ms單相半波20 10單相橋式10 5三相半波6.67 3.33三相橋式3.33 1.67系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù)Tl：由上可知L=35.98mH，R=0.5，整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts：按表二，三相橋式電路的平均失控時(shí)間為Ts=0.0017s。電流濾波時(shí)間Toi：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.

22、33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1-2）Toi=3.33s，因此取Toi=2ms=0.002s。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和Ti：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，為了方便起見本設(shè)計(jì)中我們就取Ti=Ts+Toi=0.0037s。3.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)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： 式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)i電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：TL/Ti =0.07S/0.0037=8.11，對(duì)照典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。圖3.1 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖3

23、.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)i=Tl=0.07s。電流開環(huán)增益：要求i5%時(shí)，按表三應(yīng)取KITi=0.5，因此KI=0.5/Ti=0.5/0.0037=135.1s-1。取Ks=48，而電流反饋系數(shù)=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A，于是，ACR的比例系數(shù)為:= =135.1*0.07*0.25/48*0.03=1.642表32 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間tr6.6T4.

24、7T3.3T2.4T峰值時(shí)間tp8.3T6.2T4.7T3.6T相對(duì)穩(wěn)定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率c0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T3.1.4 近似條件校驗(yàn)電流環(huán)截止頻率：ci=KI=135.1s-1。（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：=196.1>滿足近似條件。（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：=3*1/0.1*0.07=11.34s-1滿足近似條件。（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：=1/31/0.0017*0.002=180.78s-1ci

25、滿足近似條件。3.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為:Ri=KiR0=1.642×40=65.68k，取65 k；Ci=i/Ri=0.07/（65×103）=1.08F，取1.1F；Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6f=0.2F，取0.2F。按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i=4.3%5%（見表三），滿足設(shè)計(jì)要求。3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器ASR的調(diào)節(jié)作用：S速度環(huán)是由ASR和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的閉環(huán)。它的主要作用是駁 斥轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并最后消除轉(zhuǎn)速靜差。由于ASR屬于PI

26、調(diào)節(jié)器，因此在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候Un = Usn - n = 0所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，n =Usn/它表示當(dāng)Usn一定時(shí)，ASR的作用，轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在Usn/，假設(shè)nUsn/。從上面的分析可以卡出，當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)要求電流迅速響應(yīng)轉(zhuǎn)速n 的變化而變化的時(shí)候，而電流環(huán)則要維持電流不變，這種性能會(huì)不利于電流對(duì)轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)，有使靜特性邊軟的趨勢(shì)。但由于轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)的作用只相當(dāng) 于轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)部一種擾動(dòng)。不起主導(dǎo)作用。只是轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)足夠大，最后還是只靠ASR的積分作用，消除轉(zhuǎn)速偏差。3.2.1 時(shí)間常數(shù)的確定電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)已取KITi=0.5，則1/KI=2Ti=2×0.0037=0.0074

27、s。轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn：按小時(shí)間近似處理, Tn=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s3.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，選用典型型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為式中Kn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。圖3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖3.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n=hTn=5×0.0174=0.087s，可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益:KN=(h+1)/2*h2 Tn=396.4s-2其中：Ce=（UN

28、-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1000=0.234V.min/r=10V/ nN =10/1800=0.006 V.min/r于是可得ASR的比例系數(shù)為： =3.363.2.4 近似條件校驗(yàn) 由式K=1c得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為cn=kNn=396.4*0.087=34.5s-1。電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件1/3KI/Ti=63.7S-1>cn，滿足簡化條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1/3KI/TON=38.7s-1 >cn，滿足近似條件。3.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 取R0=40k，則Rn=KnR0=3.36×40=134.48k，取1400k

29、； Cn=n/Rn=0.087/（140×103）=0.621F，取0.7F；Con=4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1F，取1F。3.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，由表四查得，n=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。表3.3 典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）h34567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%tr/T2.402.652.853.00

30、3.103.203.303.35ts/T12.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)z=0，已知=1.5，IN=220A，nN=1800r/min，Ce=0.234V.r/min，Tm=0.1s，Tn=0.0174s。當(dāng)h=5時(shí)，由表五查得，Cmax/Cb=81.2%，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降nN=INR/ Ce=220×0.12/0.234=94.01 r/min，當(dāng)h=5時(shí)，由表四查得，n=37.6%能滿足設(shè)計(jì)要求。表3.4 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系h345678910Cmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.7