交直流課程設(shè)計(jì)(雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng))(共35頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 2012年度交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)院 系： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 摘 要為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（包括單閉環(huán)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，前者通過(guò)電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，后者通過(guò)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消

2、除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，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)起動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；系統(tǒng)目 錄第一章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng).41.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性.41.1.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成.51.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性.61.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析.81.2.1 雙閉

3、環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型.81.2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分析.91.2.3 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析.101.2.4 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用.11第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì).122.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求.122.2 現(xiàn)行方案的討論與比較.122.3 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由.132.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由.142.4.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng).142.4.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng).142.5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型.152.5.1 主電路及其化簡(jiǎn).152.5.2 晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函.162.6 調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì).172.6.1 整流變壓器的計(jì)算.172.6.2

4、晶閘管組件的計(jì)算與選擇.182.6.3 主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù).182.6.4 平波電抗器的參數(shù)計(jì)算.192.7雙閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理圖.20第三章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì).233.1工程設(shè)計(jì)方法的基本思路.233.2 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì).233.2.1 電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化.233.2.2 確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù).243.3電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇.243.3.1 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算.253.3.2 校驗(yàn)近似條件.263.3.3 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容.263.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì).273.4.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù).273.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理.273.4.3 轉(zhuǎn)速

5、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇.283.4.4 轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計(jì)算.28課程設(shè)計(jì)總結(jié).33參考文獻(xiàn).34 第一章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性對(duì)于一個(gè)完整的系統(tǒng)而言，系統(tǒng)所要達(dá)到的性能指標(biāo)、整個(gè)系統(tǒng)的綜合性價(jià)比以及系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、工作的可靠性等都是相當(dāng)重要的，這就要求我們考慮問(wèn)題要非常周全，能夠考慮到各方面因素對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的影響。直流調(diào)速系統(tǒng)，傳統(tǒng)上采用速度和電流的雙閉環(huán)調(diào)速。這是從單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的。采用PI控制器的單閉環(huán)系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)速，但因其結(jié)構(gòu)中含有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，限制了起制動(dòng)的最大電流。加上電機(jī)反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)

6、速的上升而增加，使電流達(dá)到最大值之后迅速降下來(lái)。這樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也減小下來(lái)，使起動(dòng)過(guò)程變慢，起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。為了提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。我們希望使電流在起動(dòng)時(shí)始終保持在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而可使轉(zhuǎn)速直線上升過(guò)渡過(guò)程時(shí)間大大縮短。另一方面，在一個(gè)調(diào)節(jié)器的情況下，輸入端綜合幾個(gè)信號(hào)，各參數(shù)互相影響，調(diào)整也比較困難。為獲得近似理想的起動(dòng)過(guò)程，并克服幾個(gè)信號(hào)在一處的綜合的缺點(diǎn)，經(jīng)研究與實(shí)踐，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的

7、控制電流的動(dòng)態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)速波形如圖（1-1a）所示,起動(dòng)電流突破以后，受電流負(fù)反饋的作用，電流只能再升高一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)某一最大值后，就降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。 對(duì)于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應(yīng)該充分利用電機(jī)的過(guò)載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電流降下來(lái)，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。這樣的理想起動(dòng)過(guò)程波形示于圖（1-1b）。這時(shí)，起動(dòng)電流

8、呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突跳，圖（1-1b）所示的理想波形只能得到近似的逼近，不可能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過(guò)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(guò)程。a）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程 b）理想的快速起動(dòng)過(guò)程 圖1-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形1.1.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在

9、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1-2所示。圖中，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。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)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1-2 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器轉(zhuǎn)速給定電壓 轉(zhuǎn)速反饋電壓電流給定電壓 電流反饋電壓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，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理

10、圖如上圖2-3所示。 圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標(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1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖1.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖1-4所示。它可以很方便地根據(jù)原理圖（見(jiàn)圖1-3）畫(huà)出來(lái)，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是

11、掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和輸出達(dá)到限幅值，不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。圖1-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù) Ks a 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R b ACR-UiUPE實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。

12、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此 由第一個(gè)關(guān)系式可得 (1-1)從而得到圖1-5所示靜特性的CA段。與此同時(shí)，由于ASR不飽和，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知。這就是說(shuō)，CA段特性從理想空載狀態(tài)的一直延續(xù)到，而一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) (1-2)其中，最大電流是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。式(1-2)所描述的靜特性對(duì)應(yīng)于圖1-

13、5中的AB段，它是一條垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于的情況，因?yàn)槿绻瑒t，ASR將退出飽和狀態(tài)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大。靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，見(jiàn)圖2-5中的虛線?？傊?，雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號(hào)的過(guò)渡過(guò)程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和

14、接近穩(wěn)定運(yùn)行中表現(xiàn)為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。圖1-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析1.2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型由雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1-6），即可繪制出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1所示。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流顯露出來(lái)。圖1-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖1.2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分析我們知道設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近于圖1-7b) 所示的理想起動(dòng)過(guò)程

15、，因此在分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程如圖1-7 所示。由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、三個(gè)階段。第I階段是電流上升的階段（0） 突加給定電壓 后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用,都跟著上升，當(dāng)時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升。直到，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，A

16、SR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。第階段是恒流升速階段（） 在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)見(jiàn)圖1-7，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服這個(gè)擾動(dòng)，和也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，應(yīng)略低于。 恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。第階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（以后） 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差

17、減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。但是，只要仍大于負(fù)載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到時(shí)，轉(zhuǎn)矩，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t =時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在時(shí)間內(nèi)，直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一段振蕩過(guò)程。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使盡快地跟隨其給定值，或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。圖1-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形1.2.3 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析1

18、抗負(fù)載擾動(dòng)對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。圖1-8 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾動(dòng)作用由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 2抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)由圖1-9a）和1-9b）對(duì)比分析可知1）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。a） 單閉環(huán)系統(tǒng)b）雙閉環(huán)系統(tǒng)2）雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才

19、能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。1.2.4 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納如下。1電流調(diào)節(jié)器作用1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的

20、。2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作用1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。3）其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī):功率PN60KW，額定電壓UN=220V，額定電流IN=308A,磁極對(duì)數(shù)P=2，nN=1000r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=0.09,主電路總電阻R0.18，Ks=35，電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.012s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.12s，濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0025s，Ton=0.015s，過(guò)載倍

21、數(shù)1.1，電流給定最大值，速度給定最大值。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍D=10，電流超調(diào)量i%5%。2.2 現(xiàn)行方案的討論與比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。（2）改變電動(dòng)機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度

22、較慢，但所需電源容量小。（3）改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒(méi)什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主速。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需

23、要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。（3）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，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。2.3 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由脈寬調(diào)制器UPW采用美國(guó)硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡(jiǎn)單、可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得

24、廣泛使用。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ：1）PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。2）開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到1：10000左右。4）如果可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。5）功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。 6）直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 變頻調(diào)速很快為廣大電動(dòng)機(jī)用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法，在一些中小容量的動(dòng)態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。由此可

25、見(jiàn)，變頻調(diào)速是非常值得自動(dòng)化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中，PWM調(diào)速方式尤為大家所重視，這是我們選取它作為研究對(duì)象的重要原因。2.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由2.4.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)SF ,引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓Uf 與給定電壓Ud 比較后,得偏差電壓U ,經(jīng)放大器FD ,產(chǎn)生觸發(fā)裝置CF 的控制電壓Uk ,用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖2.1所示。放大器整流觸發(fā)裝置負(fù)載電壓電動(dòng)機(jī) 速度檢測(cè) 圖2.1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.4.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)該方案主要由給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、觸發(fā)器和整流

26、裝置環(huán)節(jié)、速度檢測(cè)環(huán)節(jié)以及電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成。為了使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋分別起作用，系統(tǒng)設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。電流調(diào)節(jié)器ACR和電流檢測(cè)反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)速環(huán)包圍電流環(huán)，故稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。在電路中，ASR和ACR串聯(lián)，即把ASR的輸出當(dāng)做ACR的輸入，再由ACR得輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)器。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)器一般都采用具有輸入輸出限幅功能的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負(fù)反饋閉環(huán)。該方案的原理框圖如圖2.2所示。電流檢測(cè)整流觸發(fā)裝置ASRACR負(fù)載電壓電

27、動(dòng)機(jī)速度檢測(cè) 圖2. 2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾

28、性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上兩點(diǎn)都涉及電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2.5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型2.5.1 主電路及其

29、化簡(jiǎn)圖2-3 主電路的原理圖及化簡(jiǎn)a) 三相橋式整流電路的主電路b)等效電路c)化簡(jiǎn)后的等效電路其中： Rb變壓器兩相繞阻的等效內(nèi)阻 Ra變壓器兩相繞阻漏抗引起換向壓降所對(duì)應(yīng)的電阻 Rn兩個(gè)可控硅原件的正相等效電阻 Rp平波電抗器等效電阻 Rd電動(dòng)機(jī)電樞等效內(nèi)阻 Lb變壓器兩相繞阻的漏感 Lp平波電抗器電感 Ld電動(dòng)機(jī)電樞繞阻電感 Ud0=2.34U2COS理想空載整流電壓 E=Ce*n直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì) RN=Rb+Ra+Rn整流裝置內(nèi)阻 RS =Rp+Rd電動(dòng)機(jī)電樞電阻 R=RN+RS主電路總電阻 L=Lb+Lp+Ld主電路總電感2.5.2 晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函2.5.2.1 失控時(shí)間 以

30、單相全波純電阻負(fù)載整流電路為例來(lái)討論滯后時(shí)間的大小。假設(shè)在t1時(shí)刻某一對(duì)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，控制角為1；如果控制電壓Vct在t2時(shí)刻發(fā)生變化，但由于晶閘管已經(jīng)導(dǎo)通，Vct的改變對(duì)它已不起作用，平均整流電壓Vdo1并不會(huì)立即產(chǎn)生反應(yīng)，必須等到t3時(shí)刻該組件關(guān)斷以后，觸發(fā)脈沖才有可能控制另外一 對(duì)晶閘管。設(shè)Vct2對(duì)應(yīng)的控制角為2，則另一對(duì)晶閘管在t4時(shí)刻才導(dǎo)通，平均整流電壓變成Vd02。假設(shè)平均整流電壓是在自然換相點(diǎn)變化的，則從Vct發(fā)生變化到Vd0發(fā)生變化之間的時(shí)間Ts便是失控時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路，平均失控時(shí)間Ts =1.67(ms)，實(shí)際取1.7(ms)2.5.2.2晶閘管觸發(fā)和整流

31、裝置的傳函 用單位階躍函數(shù)來(lái)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的輸入輸出為 Ud0=KsUct1(t-Ts)按拉氏變換的位移定理,則傳遞函數(shù)為 考慮到Ts很小,忽略其高次項(xiàng),則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié) 式中 Ks=觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)； Ts= 觸發(fā)和整流裝置的平均失控時(shí)間。工程近似條件 c1/3Ts 2.6 調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)在理解了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型和工作原理之后，可以計(jì)算出各個(gè)組成部分的選用型號(hào)及取值。這一部分已有成熟理論，所以本文在此處只是簡(jiǎn)要的給予部分計(jì)算過(guò)程。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)在系統(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。2.6.1 整流變壓器的計(jì)算2.6.1.1

32、整流變壓器的次級(jí)相電壓的有效值U22.6.1.2 變壓器初級(jí)電流、電壓和次級(jí)電流、電壓的有效值變壓器接成/ Y 形，可以得到零線，同時(shí)濾除三次諧波。（1） 次級(jí)線電壓： U線 = 1.732U2 = 234（V）（2） 次級(jí)相電流： I2 = 0.816Id = 12.7（A）（3） 初級(jí)線電壓： U1線 = U1相 =380（V）（4） 初級(jí)相電流： I1相 = (U2相/U1相)I2 = 4.5（A）（5） 變壓器的變比： K = U1相 /U2相 = 2.82.6.1.3 變壓器的容量S(視在功率) (1) 初級(jí)容量(損耗為5%)S1 = 3 U1 I1(1+5%)= 5.39(KVA)

33、 (2) 次級(jí)容量 S2 = 3U2I2 = 5.14(KVA) (3) 變壓器容量 S = ( S1+ S2)/2 = 5.23(KVA) 取 S = 5(KVA)2.6.2 晶閘管組件的計(jì)算與選擇2.6.2.1 SCR的額定電流IT = (1.5-2)KF Id /1.57KB = 12.9-17.2(A)取IT =20(A)2.4.2.2 SCR的額定電壓:UKED = (2-3)ULMAX = 661.4-992.1(V)取UKED =1000(V)式中 ULMAX = 330.7(V)次級(jí)線電壓最大值所以可選 KP20-10 SCR 6只檢驗(yàn) 電壓裕量: KV = (URED+100

34、)/U2 =3.35 2 符合要求2.6.3 主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)2.6.3.1 過(guò)電壓保護(hù)（1） 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù):用壓敏二極管抑制事故過(guò)電壓壓敏電阻的標(biāo)稱電壓：U1MA1.331.414UB =1.331.414234 =440.1(V)通流容量: IPM110KFU2L/U1MAI200.95=1100.52.340.2540.95/440.1=7.95(A)選用MY31-440V/500A的壓敏電阻,其殘壓比 2UD = 2220 = 440(V)取 UC = 630(V)B. 電阻R的參數(shù):R = UD(KV-1) / KIID =220(2-1)/0.515.6 = 28()

35、取 R = 30PR PD/800 = 2.8103/800 = 3.7(W)取 PR = 10W所以選定CD = 4F/630V, RB = 30/10W2.6.3.2 過(guò)電流保護(hù)每個(gè)橋臂串個(gè)快速融斷器額定電流：Irn KITIdmax /2KInp = 0.3671.515.6/21.1 = 13.4（A）取 Irn = 20A額定電壓: Urn KVTUUb/1.414 = 233.9（V）取 Urn = 400V實(shí)際選用 RSO20A/400V 6只2.6.4 平波電抗器的參數(shù)計(jì)算2.6.4.1 限制電流脈動(dòng)的電感量LmL = (Udm/UL) 103U2 / 2fbSiId = 0.

36、46103135/ 2300(5-10)% 15.6= 42.3mH21.1mH2.6.4.2 使電流連續(xù)的電感量LlLl = KLUL/Idmax = 0.693135/1.25 = 74.8mH2.6.4.3電動(dòng)機(jī)電樞電感LD和變壓器電感LBLD=KDUD103/2PnID =(8-12)/4150015.6=18.8-28.2mHLB =1.3mH實(shí)際選定PBK-1型(50mH/20A)平波電抗器一臺(tái)。2.7雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元圖24雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖其中GL給定器 LSF零速封鎖器ASR轉(zhuǎn)速調(diào)速器材ACR電流調(diào)節(jié)器SB轉(zhuǎn)速變速器材LB電流變送器GL過(guò)流保護(hù)器材CF

37、觸發(fā)器2.7.1 過(guò)流保護(hù)器(GL)、電流變送器(LB)圖2-5 過(guò)流保護(hù)器(GL)、電流變送器(LB)2.7.2 電流調(diào)節(jié)器（ACR）圖26 電流調(diào)節(jié)器2.7.3 給定器（GD）圖2-7 給定器(GD)2.7.4 轉(zhuǎn)速變送器圖2-8 轉(zhuǎn)速變送器2.7.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器圖2-9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.7.6 觸發(fā)器圖2-10 觸發(fā)器第三章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1工程設(shè)計(jì)方法的基本思路用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器必須同時(shí)解決自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、抗干擾性等各方面相互矛盾的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能要求8。作為工程設(shè)計(jì)方法,首先要使問(wèn)題簡(jiǎn)化,突出主要矛盾。簡(jiǎn)化的基本思路是，把調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程分為兩步

38、：第一步，先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。第二步，再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)這樣做，就把穩(wěn)、準(zhǔn)、快抗干擾之間互相交叉的矛盾問(wèn)題分成兩步來(lái)解決，第一步先解決主要矛盾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，然后在第二步中進(jìn)一步滿足其它動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時(shí)，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時(shí)只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算以下就可以了。這樣就使設(shè)計(jì)犯法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量6。3.2 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.2.1 電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 設(shè)計(jì)電流環(huán)首先遇到的問(wèn)題是反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的交叉反饋?zhàn)饔?。它代表轉(zhuǎn)速環(huán)輸出量對(duì)電流環(huán)的

39、影響。實(shí)際系統(tǒng)中的電磁時(shí)間常數(shù)TL一般遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，因而電流的調(diào)節(jié)過(guò)程往往比轉(zhuǎn)速的變化過(guò)程快得多，也就是說(shuō)，比反電動(dòng)勢(shì)E的變化快得多。反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)變化緩慢的擾動(dòng)作用，在電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程中可以近似的認(rèn)為E不變，即E=0。這樣，在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)作用，而將電動(dòng)勢(shì)反饋?zhàn)饔脭嚅_(kāi)，從而得到忽略電動(dòng)勢(shì)影響的電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖。再把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)。最后，Ts和Toi一般比Tl小的多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，取Ti=Ts+Toi6。 圖3-1 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)3.2.2 確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù)三相橋式電

40、路的平均失控時(shí)間 Ts=1.7ms（查表可得）電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi Toi =0.0025s電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)TI = Ts+Toi=1.7ms+2.5ms=4.2ms 3.3電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先應(yīng)決定要把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng),電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值,因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào),或者超調(diào)量越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā),應(yīng)該把電流環(huán)校正成典系統(tǒng)?？呻娏鳝h(huán)還有另一個(gè)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)的作用,為了提高其抗擾性能,又希望把電流環(huán)校正成典系統(tǒng)。一般情況下,當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比TL/TI 10時(shí),典系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的。因此,一般多

41、按典系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)6。本設(shè)計(jì)因?yàn)?i% 5%且TL/TI =12/4.2ci ，滿足近似條件。 忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件 滿足近似條件。 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件。 按上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到動(dòng)態(tài)指標(biāo)I%=4.3%5%。3.3.3 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用運(yùn)放取 R0 =40k(),則 ，取7，取1.71，取0.2在工程實(shí)際中Ri取7k.圖3-3 PI型電流調(diào)節(jié)器3.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.4.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)。為此，需求出它的等效傳遞函數(shù)： 近似條件: 式中 cn為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率,其一

42、般較低。在后續(xù)計(jì)算完成后,需校驗(yàn)此近似條件。3.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如3-3（a）所示。把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改為U*n(s)/；再把時(shí)間常數(shù)為Ton和2Ti的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為Tn的慣性環(huán)節(jié)，且Tn=Ton+2TI,，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化成圖3-3（b）。圖3-4 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理3.4.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)選用典型型系統(tǒng)的原因1). 系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)作用下，動(dòng)態(tài)速降要小。2). ST飽和時(shí)，速度環(huán)退飽和超調(diào)量不大。 3). 速度環(huán)基本上是恒值系統(tǒng)。3.4.4 轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計(jì)算 1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)