帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共18頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，并且直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，是研究其它調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在直流電動機(jī)中，帶電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用也最為廣泛，其廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切割機(jī)床等很多領(lǐng)域的自動控制。本次課設(shè)就帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)。1主電路的設(shè)計(jì)1.1變壓器參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算變壓器副邊電壓采用如下公式進(jìn)行計(jì)算： 因此變壓器的變比近似為：一次側(cè)和二次側(cè)電流I1和I2的計(jì)算I1=1.05×287×0.861/3.45=75

2、AI2=0.861×287=247A變壓器容量的計(jì)算S1=m1U1I1=3×380×75=85.5kVAS2=m2U2I2=3×110×247=81.5kVAS=0.5×(S1+S2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA因此整流變壓器的參數(shù)為：變比K=3.45，容量S=83.5kVA1.2平波電抗器參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 Ud=2.34U2cos Ud=UN=220V, 取=0° U2=Idmin=(5%-10%)IN,這里取10% 則L=0.693 1.3晶閘管元件參數(shù)的計(jì)算晶閘管的額定電壓通常選取斷態(tài)重復(fù)

3、峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。晶閘管的額定電流一般選取其通態(tài)平均電流的1.5-2倍。在橋式整流電路中晶閘管兩端承受的最大正反向電壓均為，晶閘管的額定電壓一般選取其最大正反向電壓的2-3倍。帶反電動勢負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流有效值I2是其輸出直流電流有效值Id的一半，而對于橋式整流電路，晶閘管的通態(tài)平均電流IVT=I，則在本設(shè)計(jì)中晶閘管的額定電流IVT(AV)=523-698A本設(shè)計(jì)中晶閘管的額定電壓UN=311-466V1.4保護(hù)電路的設(shè)計(jì)對于過電壓保護(hù)本設(shè)計(jì)采用RC過電壓抑制電路，該裝置置于供電變壓器的兩側(cè)或者是電力電子電路的直流上，如圖1-1所

4、示。對于過電流保護(hù)本設(shè)計(jì)采用在電力變壓器副邊每相母線中串接快速熔斷器的方法來保護(hù)電路圖1-1過壓保護(hù)電路2反饋調(diào)速及控制系統(tǒng)2.1閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)將開環(huán)系統(tǒng)改為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，并采用PI調(diào)節(jié)器，就既保證動態(tài)性能，又能作到轉(zhuǎn)速的無靜差，較好的解決開環(huán)系統(tǒng)的不足，此閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是：將直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化信號反饋到觸發(fā)環(huán)節(jié)，來自動增大或減小觸發(fā)角來自動調(diào)節(jié)整流輸出電壓Uds，即可達(dá)到穩(wěn)定,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示觸發(fā)電路整流電路電動機(jī)轉(zhuǎn)速反饋電 源UdsU-圖2-1 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)框圖2.2帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)中存在一個問題，在啟動、制動過程

5、和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，電樞電流會過大。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。通過對電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的分析?？紤]到，限流作用只需在起動和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減，采用電流截止負(fù)反饋的方法，則當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖2-2中的（a）(b)(c)圖： . （a）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓 （b） 利

6、用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓（c）封鎖運(yùn)算放大器的電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) 圖2-2電流截止負(fù)反饋的環(huán)節(jié) 圖（a）中用獨(dú)立的直流電源作為比較電壓，其大小可用電位器調(diào)節(jié)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)截止電流。圖（b）中利用穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓Ubr作比較電壓，線路要簡單得多，但不能平滑的調(diào)節(jié)電流值。圖（c）是反饋環(huán)節(jié)與運(yùn)放的連接電路。由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可寫出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式： 當(dāng)時(shí)，引入電流負(fù)反饋，靜特性變?yōu)椋?圖2-3帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性靜特性的幾個特點(diǎn)：（1）電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻 Kp Ks Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速大，特性急劇下垂。（2）比較電壓 Ucom 與給定電壓 Un* 的作

7、用一致， 好像把理想空載轉(zhuǎn)速提高到 （3）兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載電動機(jī)停下，電流也不過是堵轉(zhuǎn)電流，在式（1）中，令 n = 0，得一般,因此（4）最大截止電流由給定條件知堵轉(zhuǎn)電流 Idbl=2IN =35A, 截止電流 Idcr=1.5IN=26.25A（5）帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及結(jié)構(gòu)圖如圖2-4及圖2-5KpKs1/CeRsRUfnUfiUgnIdRs-UbjnUcUnUdoUbj圖2-4帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2-5含電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋原理圖2.3調(diào)節(jié)器設(shè)定 如圖2-6微PI調(diào)節(jié)器即比例

8、積分調(diào)節(jié)器既結(jié)構(gòu)圖用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差調(diào)速系統(tǒng) 圖2-6 PI調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖 比例積分調(diào)節(jié)器的控制傳遞函數(shù)為： =/ 為PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)= / 為PI調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時(shí)Un =0，只要?dú)v史上有過Un ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓。如圖2-7為采用PI調(diào)節(jié)器單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)校正特性 圖2-7采用PI調(diào)節(jié)器單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.4控制及驅(qū)動電路設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路類型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對來說電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在

9、單片機(jī)上來實(shí)現(xiàn)，需要通過編程來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)不采用。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，所以本設(shè)計(jì)采用的是集成觸發(fā)器，選擇目前國內(nèi)常用的KJ、KC系例，本設(shè)計(jì)采用KJ004集成塊和KJ041集成塊。對于三相全控整流或調(diào)壓電路，要求順序輸出的觸發(fā)脈沖依次間隔60°。本設(shè)計(jì)采用三相同步絕對式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號的上升沿和下降沿，形成兩個同步點(diǎn)，分別發(fā)出兩個相位互差180°的觸發(fā)脈沖。然后由分屬三相的此種電路組成脈沖形成單元輸出6路脈沖，再經(jīng)補(bǔ)脈沖形成及分配單元形成補(bǔ)脈沖并按順序輸出6路脈沖。本設(shè)計(jì)課題是三相全橋控橋整流電路中有六個晶閘管，觸發(fā)順序依次

10、為：VT1VT2VT3VT4VT5VT6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號輪流導(dǎo)通，6個觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，可以選用3個KJ004集成塊和一個KJ041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖5.3。圖2-8 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)控制電路3參數(shù)計(jì)算3.1基本參數(shù)計(jì)算1）額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為: 2）閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù)：計(jì)算電動機(jī)的電動勢系數(shù)：開環(huán)系統(tǒng)額定速降為：閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為：3）計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù) 設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)態(tài)時(shí)的給定電壓為，則須有 故轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)4) 計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系

11、數(shù)和參數(shù)運(yùn)算放大器放大系數(shù)Kp為:5)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性計(jì)算：由已知平波電抗器：RL=0. 3。電樞回路總電阻 R=2.85 ，總電感 L=200mH所以系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)Tl: 機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm: 晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)Ts:0.00167S計(jì)算出開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件為K98.67，又因?yàn)镵=122.48，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.2電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)如圖3-1.其工作原理是：利用獨(dú)立的直流電源作為比較電壓，其大小可用電位器調(diào)節(jié)，相當(dāng)于可調(diào)截至（保護(hù)）電流值。當(dāng)時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流截止負(fù)反饋信號加到放大器上去，從而使晶閘管系統(tǒng)輸出電壓減小，機(jī)械特性呈下垂特性

12、；當(dāng)時(shí)，二極管截止，消失。由所給的技術(shù)參數(shù)值可。為了減小所產(chǎn)生的功耗，選擇為，可得。M+- UdId RsVDUi Ucom接放大器M圖3-1電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)3.3調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，常常會遇到動態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，這時(shí)，必須設(shè)計(jì)一個合適的動態(tài)校正裝置，用它來改造系統(tǒng)，使它同時(shí)滿足動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩方面要求。動態(tài)校正的方法很多，而且對于一個系統(tǒng)來說，能夠符合要求的校正方案也不是唯一的。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反饋校正。串聯(lián)校正比較簡單，也容易實(shí)現(xiàn)。對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用

13、PID調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務(wù)。PID調(diào)節(jié)器中有PD、PI和PID三種類型。由于PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)定精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)定精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定的。一般調(diào)速系統(tǒng)的要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性要求差一些，所以采用PI調(diào)節(jié)器。如圖3-2所示：圖3-2比例積分（PI）調(diào)節(jié)器線路圖現(xiàn)在我們利用PI調(diào)節(jié)器來校正，原系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下其中， ，由于因此分母中的二次項(xiàng)可以分解成兩個一次項(xiàng)之積， 編寫Matlab程序如下 k=122.47/(0.00167*0.161*0.

14、07);z= ; p=-1/0.0067 -1/0.07 -1/0.161; num,den=zp2tf(z,p,k);bode(num,den);margin(num,den);grid 其所得伯德圖如圖3-3所示 3-3系統(tǒng)校正前bode圖由于原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為放大系數(shù)K過大，截止頻率過高，應(yīng)該設(shè)法把他們壓下來。因此，把校正環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率設(shè)置在遠(yuǎn)低于原始系統(tǒng)截止頻率處,令,使校正裝置的比例微分項(xiàng)與原始系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)最大慣性環(huán)節(jié)對消,從而選定。其次，為了使校正后的系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度，它的對數(shù)幅頻特性應(yīng)以的斜率穿越線，將原始的對數(shù)幅頻和相頻特性壓低，使校正以后系統(tǒng)的對數(shù)幅頻和相頻特性的

15、截止頻率。這樣，在處，應(yīng)有根據(jù)以上兩點(diǎn)，校正環(huán)節(jié)添加部分的對數(shù)特性就可以確定下來了：取，為了使，取，在伯德圖上查得相應(yīng)的，因而因?yàn)?，所以 ，于是PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 最后選擇PI調(diào)節(jié)器的阻容參數(shù)，選取，則，取，取3.4調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正設(shè)計(jì)校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為編寫Matlab程序如下：k=502/(0.00167*0.66*0.07);z= ;p=-1/0.00167 -1/0.07 0;num,den=zp2tf(z,p,k);bode(num,den);margin(num,den);grid所得伯德圖如圖3-4所示。由圖3-4可以看出，校正后系統(tǒng)的幅值裕度和穩(wěn)定裕度都滿足穩(wěn)定的條件

16、，但截至頻率變低，快速性被壓低，顯然這是一個穩(wěn)定的方案，最終能使系統(tǒng)穩(wěn)定。綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的類型和參數(shù)選擇是正確的，即選為PI調(diào)節(jié)器，參數(shù)為，。圖3-4校正后bode圖4總電氣圖本電氣原理圖由AUTOCAD中制成截圖。設(shè)計(jì)完成后其電氣原理圖如圖4-1所示圖4-1帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖5心得體會本文實(shí)現(xiàn)了帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基本原理。通過參數(shù)的設(shè)計(jì)達(dá)到了題目的要求。通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對電流負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法有了更加深刻的認(rèn)識，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識，指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)的方向。如果我們想把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實(shí)的生活中去，則必須要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，此次的設(shè)計(jì)為我奠定了一個理論基礎(chǔ)，同時(shí)我會在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己更好的將理論與實(shí)踐相結(jié)合，以取得更好的成果。此外在查找資料的過程中我也學(xué)到了許多新的知識，在和同學(xué)協(xié)作過程中增進(jìn)同學(xué)間的友誼，使我對團(tuán)隊(duì)精神的積極性和重要性有了更加充分的理解。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努