帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 。課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書題目：帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）： 電院自動(dòng)化系 年級(jí)專業(yè)： 。 學(xué) 號(hào)： 。 學(xué)生姓名： 。 指導(dǎo)教師： 。 教師職稱： 教授 講師 燕山大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：自動(dòng)化系 學(xué) 號(hào)。學(xué)生姓名。專業(yè)（班級(jí)）。設(shè)計(jì)題目帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) (4)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)：2.2 KW、220V、12.5A、1500 rpm、U220、18.75、Ra1.06、La8.93mH；其它參數(shù)：整流側(cè)內(nèi)阻Rn0.037、整流變壓器漏感 0.24

2、mH、電抗器直流電阻0.024、電抗器電感3.20mH、負(fù)載GD2折算值0.709 Kg.m2。設(shè)計(jì)要求：1）無(wú)靜差；2）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：穩(wěn)定且留有一定的相角、增益穩(wěn)定裕度；3）采用工程設(shè)計(jì)法，試按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4）用仿真軟件進(jìn)行仿真，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)要求1、完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份（包括原理的簡(jiǎn)要說(shuō)明和主要參數(shù)的計(jì)算過(guò)程）；文稿用鋼筆或圓珠筆書寫，字跡應(yīng)工整、清晰；2、繪制電氣原理圖（包括主電路、控制回路）A2圖紙一張，可用鉛筆繪制，應(yīng)符合相關(guān)制圖標(biāo)準(zhǔn)；3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書和電氣原理圖必須按“電氣圖形符號(hào)”和“電氣技術(shù)文字符號(hào)”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定主回路用粗實(shí)線、控制回路用細(xì)實(shí)線；4、設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)包含

3、封皮、目錄、正文、參考文獻(xiàn)等，字?jǐn)?shù)要滿足規(guī)定。工作量1、說(shuō)明書一份不少于6000字。2、A2圖紙一張，手工或CAD繪圖。3、參考文獻(xiàn)不少于3篇。工作計(jì)劃1、查閱有關(guān)資料；2、分析并確定控制方案，完成簡(jiǎn)裝操作電路。3、主回路的設(shè)計(jì)、計(jì)算，并確定主要元器件（包括必要的保護(hù)環(huán)節(jié)）；4、電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算。5、電氣原理圖設(shè)計(jì)6、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書參考資料1）電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 陳伯時(shí) 主編 （教材）2）電力電子變流技術(shù) 黃俊 主編（教材）3）電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題例題集 童福堯（教材）4）電氣控制李仁 主編（教材）5）自選其他有關(guān)資料指導(dǎo)教師簽字?；鶎咏虒W(xué)單位主任簽字。說(shuō)

4、明：此表一式二份，學(xué)生、指導(dǎo)教師各一份。 2017年7月1日摘要轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)把轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量，檢測(cè)誤差，糾正誤差，有效地解決了調(diào)速范圍和靜差率的矛盾，抑制直至消除擾動(dòng)造成的影響。在采用了比例積分調(diào)節(jié)器后，又能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。然而轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)還存在一個(gè)問(wèn)題，在起、制動(dòng)過(guò)程和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，必須限制電樞電流。引入電流負(fù)反饋，可以讓他不超過(guò)允許值。當(dāng)電流大到一定程度時(shí)出現(xiàn)電流負(fù)反饋，即電流截止負(fù)反饋。本次設(shè)計(jì)是基于對(duì)組成調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)主要部分：主電路，包括主回路方案的確定、元器件的參數(shù)計(jì)算和選型、觸發(fā)電路和保護(hù)環(huán)節(jié)；控制電路，包括轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算、電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

5、的參數(shù)計(jì)算，電流檢測(cè)環(huán)節(jié)和調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)的分析、參數(shù)計(jì)算和設(shè)計(jì)，并且用仿真波形通過(guò)MATLAB來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞：電流截止負(fù)反饋 主電路 控制電路 調(diào)節(jié)器III燕山大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要II第1章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1第2章 控制系統(tǒng)整理方案設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22.2 直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速方案比較32.2.1 調(diào)速的方法32.2.2 變壓調(diào)速4第3章 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)63.1 主回路結(jié)構(gòu)選擇63.2 變壓器參數(shù)計(jì)算及選型63.2.1 整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算63.2.2 整流變壓器電流計(jì)算73.2.3 變壓器容量的計(jì)算73.3 晶閘管額定參數(shù)計(jì)算73.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)83.

6、4.1 過(guò)電壓保護(hù)83.4.2 過(guò)電流保護(hù)93.5 勵(lì)磁電路的設(shè)計(jì)10第4章 系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì)114.1 控制及驅(qū)動(dòng)回路的設(shè)計(jì)114.2 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)124.2.1 電流檢測(cè)與反饋124.2.2 電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算144.2.3 電流檢測(cè)電路154.3 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)154.4 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)164.4.1 參數(shù)計(jì)算164.4.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174.5 調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)18第5章 系統(tǒng)輔助回路設(shè)計(jì)195.1 直流穩(wěn)壓電源19第6章 軟件仿真與結(jié)論206.1 軟件的仿真206.2 結(jié)論23第7章 設(shè)計(jì)感想24參考文獻(xiàn)25IV第1章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜

7、差；2、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：穩(wěn)定且留有一定的相角、增益穩(wěn)定裕度；3、采用工程設(shè)計(jì)法，試按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4、用仿真軟件進(jìn)行仿真，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。1燕山大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第2章 控制系統(tǒng)整理方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)普通閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題（1）起動(dòng)的沖擊電流-直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。（2）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊電流-采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+k 倍。

8、這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。（3）堵轉(zhuǎn)電流-有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)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(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)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

9、不超過(guò)允許值。通過(guò)對(duì)電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的分析。考慮到，限流作用只需在起動(dòng)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。 圖2-1是帶電流截止的無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)，采用PID調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，采用電流截止環(huán)節(jié)來(lái)限制電樞電流。TA為檢測(cè)電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號(hào)Ui。當(dāng)電流達(dá)到截止電流Idcr時(shí)，Ui高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體管VT導(dǎo)通，忽略晶體管的導(dǎo)通壓降，則PID調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc為零，電力電子變換器UPE的輸出電壓Ud=0,達(dá)到限制電流的

10、目的。電動(dòng)機(jī)的電樞回路由晶閘管組成的三相橋式整流電路供電，通過(guò)與電動(dòng)機(jī)同軸剛性連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)TG檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并經(jīng)轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)分壓后取出合適的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)Un，此電壓與轉(zhuǎn)速給定信號(hào)經(jīng)速度調(diào)節(jié)器ASR綜合調(diào)節(jié)，ASR輸出作為移相觸發(fā)器的控制電壓Uc，由此組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。改變給定電壓即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖2-1 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速方案比較2.2.1 調(diào)速的方法他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：式中：U為他勵(lì)電動(dòng)的電樞電壓 I為電樞電流 E為電樞電動(dòng)勢(shì) R為電樞回路的總電阻 n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速 為勵(lì)磁磁通 為電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U（2）減弱勵(lì)磁磁通

11、（3）改變電樞回路電阻R 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)的無(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最好。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，減弱磁通雖然能都平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只能是配合方案，在基速以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。2.2.2 變壓調(diào)速晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱VM系統(tǒng)），其原理圖如圖2-2所示。圖中VT是晶閘管的可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，也大大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；元件對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流以及過(guò)高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指標(biāo)超過(guò)允許值都可能

12、在很短時(shí)間內(nèi)損壞元件，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時(shí)還應(yīng)有足夠的余量。由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；反并聯(lián)兩組全控整流電路，就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。圖2-2 VM調(diào)速系統(tǒng)原理圖第3章 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)3.1 主回路結(jié)構(gòu)選擇本設(shè)計(jì)采用三相橋式全控整流電路，其主要特點(diǎn)有：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用，效率高。晶閘管的導(dǎo)通順序依次為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。如圖3-1所示。圖3-1 三相橋式全控整流電路3.2 變壓器參數(shù)計(jì)算及選型3.2.1 整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算

13、變壓器副邊電壓采用如下公式進(jìn)行計(jì)算： 已知三相全控整流電壓的計(jì)算系數(shù)為KUV=2.34,電網(wǎng)電壓的波動(dòng)系數(shù)為b=0.900.95,查表并考慮10°的裕量可得cosmin=0.985，由電機(jī)參數(shù)可知UN=220V,代入公式計(jì)算出取U2=110V，因此變壓器的變比近似為：3.2.2 整流變壓器電流計(jì)算一次側(cè)電流：考慮變壓器自身的勵(lì)磁電流時(shí)， 應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)，查表知，一次側(cè)相電流計(jì)算系數(shù)KIL=0.816，由電機(jī)參數(shù)可知Idm=18.75，代入公式計(jì)算出 I1=1.05×18.75×0.816/3.45=4.66A 二次側(cè)電流，查表知，二次相電流計(jì)算系數(shù)KIV

14、=0.816，由電機(jī)參數(shù)知Idm=18.75，代入公式計(jì)算出I2=0.816×18.75=15.3A3.2.3 變壓器容量的計(jì)算 變壓器一次、二次繞組相數(shù)m1=m2=3一次容量：S1=m1U1I1=3×380×4.66=5.312kVA二次電容：S2=m2U2I2=3×110×15.3=5.049kVA平均電容：S=0.5×(S1+S2)=0.5×(5.312+5.049)=5.181kVA因此整流變壓器的參數(shù)為：變比K=3.45，容量S=5.181KVA，聯(lián)結(jié)方式為：/Y連接。3.3 晶閘管額定參數(shù)計(jì)算（1）額定電壓的選擇

15、晶閘管的額定電壓通常選取斷態(tài)重復(fù)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，考慮到要留有一定的裕量，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的23倍，查表知，晶閘管的電壓計(jì)算系數(shù)=2.45按下列公式計(jì)算：（2）額定電流的選擇據(jù)有效值相等的原則，晶閘管的額定電流一般選取其通態(tài)平均電流的1.52倍。在三相橋式全控整流電路中，帶純阻性負(fù)載時(shí)，晶閘管兩端承受的最小峰值為；帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，晶閘管兩端承受的最大正反向峰值為；晶閘管的通態(tài)平均電流則據(jù)I2=I，IVT=I，可得 IVT(AV)= (1.52)IVT/1.57=(1.52)=10.3413.79A在本設(shè)計(jì)

16、中，晶閘管的額定電流IVT(AV)=10.3413.79A晶閘管的額定電壓UN=3.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)晶閘管元件有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)，但是由晶閘管的伏安特性可知，元件的反向擊穿電壓較接近于運(yùn)行電壓，熱時(shí)間常數(shù)小，因此過(guò)電壓、過(guò)電流能力差，在短時(shí)間內(nèi)的過(guò)電壓、過(guò)電流都可能造成元件的發(fā)熱損壞。還需要采取必要的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。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。3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)三相變壓器兩側(cè)采用阻容保護(hù)，如圖3-2。圖3-2 RC過(guò)電壓抑制電路交流側(cè)RC過(guò)電壓保護(hù)的參數(shù)整定（阻容吸收保護(hù)）根據(jù)公式C16IemS1U12 =6×6.5×5.312

17、15;1033802=1.43F（取1.5F）(一般取=6.5)-變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)R12.3U12S1UdLIem=2.3×38025.312×10356.5=54.84(取55) (一般取=5)直流側(cè)RC過(guò)電壓保護(hù)的參數(shù)整定（阻容吸收保護(hù)） C26IemS2U22 =6×6.5×5.049×1031102=16.27F（取16F）(一般取=6.5)R22.3U22S2UdLIem=2.3×11025.049×10356.5=4.83(取5) (一般取=5)3.4.2 過(guò)電流保護(hù)（1）保護(hù)晶閘管熔斷器的選擇過(guò)電流保護(hù)措施

18、很多，其中快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施。快速熔斷器的接法如圖3-3所示。 圖3-3 直流側(cè)過(guò)電流保護(hù) 在本系統(tǒng)中，據(jù)式IN= IVT(AV)/ 1.57(式中IVT(AV)取15A) 熔體額定電流為IN=15/1.57=9.55A，故選RLS10的熔斷器，容體電流為10A。(型號(hào))（2）保護(hù)變壓器熔斷器的選擇在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)，保護(hù)原理圖如圖3-4所示：圖3-4 一次側(cè)過(guò)電流保護(hù)熔斷器額定電壓不應(yīng)小于線路的工作電壓，由于一次側(cè)相電壓為220V，所以熔斷器額定電壓應(yīng)選取250V。 據(jù)式IN.FE=(1.52)I1.NF

19、 (式中，I1.NF為變壓器的額定一次電流為4.66A)熔體額定電流為IN.FE=(1.52)×4.66A=（6.999.32）A3.5 勵(lì)磁電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用三相零式整流電路作為勵(lì)磁電路，考慮到晶閘管價(jià)格較高，用二極管來(lái)代替晶閘管作為整流元件，電路如圖3-5所示。參數(shù)整定：調(diào)節(jié)變壓器變比使=220V,則=1.17×220V=257.4V，調(diào)節(jié)使=220V。圖3-5 勵(lì)磁回路25燕山大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第4章 系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì)4.1 控制及驅(qū)動(dòng)回路的設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路類型有很多，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(duì)來(lái)說(shuō)電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在

20、單片機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，而需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。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，所以可以采用集成觸發(fā)器，選擇常用的KJ004集成塊和KJ041集成塊。對(duì)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(duì)式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號(hào)的上升沿和下降沿，形成兩個(gè)同步點(diǎn)，分別發(fā)出兩個(gè)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(gè)晶閘管，觸發(fā)順序依次為：VT1VT2VT3VT4VT5VT6，晶閘管必須

21、嚴(yán)格按編號(hào)輪流導(dǎo)通，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，可以選用3個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)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4-1。圖4-1 三相橋式全控整流電路的集成觸發(fā)控制電路4.2 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)4.2.1 電流檢測(cè)與反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中的電流截止負(fù)反饋的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)如圖4-2所示，電流反饋信號(hào)取自串入電動(dòng)機(jī)電樞回路中的小阻值電阻Rs，IdRs正比于電流。設(shè)Idcr為臨界的截止電流，當(dāng)電流大于Idcr時(shí)，將電流負(fù)反饋信號(hào)加到放大器的輸入端；當(dāng)電流小于Idcr時(shí)，將電流反饋切斷。為了實(shí)現(xiàn)這一作用，須

22、引入比較電壓，圖4-2a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。在IdRs與Ucom之間串聯(lián)一個(gè)二極管VD，當(dāng)IdRs>Ucom時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反饋信號(hào)Ui即可加到放大器上去；當(dāng)IdRsUcom時(shí)，二極管截止，Ui既消失。截止電流Idcr=Ucom/ Rs。圖3-5b中利用穩(wěn)壓管VS擊穿電壓Ubr作為比較電壓，線路要簡(jiǎn)單得多，但不能平滑調(diào)節(jié)截止電流。本設(shè)計(jì)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓。（a）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓 （b）利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓 圖4-2電流截止負(fù)反饋的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)當(dāng)IdIdcr，電流負(fù)反饋被截止，系統(tǒng)無(wú)靜差，靜特性只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系

23、統(tǒng)的靜特性，靜特性是不同轉(zhuǎn)速的一族水平線。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示。 圖4-3 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（Id<Idcr）當(dāng)Id>Idcr時(shí),電流截止負(fù)反饋起作用，靜特性急劇下垂，基本上是一條垂直線。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。圖4-4 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（Id>Idcr）帶電流截止的無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的理想靜特性如圖4-5所示圖4-5 帶電流截止的無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性4.2.2 電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算最大堵轉(zhuǎn)電流 一般所以可以取 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速給定電壓為15V。應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般為Idbl 2IN，故取 Idbl =2 IN=2×12.5=

24、25A（已知電機(jī)參數(shù)IN =12.5A）截止電流 從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取Idcr 1.2IN ；故取Idcr=1.2 IN=1.2×12.5=15A（已知電機(jī)參數(shù)IN =12.5A）由式和式可求出 Rs=1.5，=22.5V4.2.3 電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路如圖4-6所示 圖4-6 電流檢測(cè)電路已知變壓器二次側(cè)電流為I2=15.3A，選電流互感器的二次側(cè)額定電流為I2i=5A，則電流互感器變比KI=I2I2i=15.3÷5=3.06經(jīng)整流橋后輸出電流Idi=I2i0.816=6.13A電位器參數(shù)選擇，已知Un*=

25、15V,RP=Un*Idi=15÷6.13=2.45 取10電位器負(fù)載最大功率W=UmIdi=15×6.13=92w綜上所述 選擇10 100w規(guī)格的電位器。4.3 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與待測(cè)電動(dòng)機(jī)同軸相連，則發(fā)電機(jī)輸出的是與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的直流電壓，其極性反映轉(zhuǎn)向，用取樣電阻RP即可取得轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)Un。轉(zhuǎn)速反饋電路原理圖如圖4-7所示。 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)，其中為測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，為其輸出電位器的分壓系數(shù)。由前所述，所選直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的型號(hào)為ZYS-3A，由其相關(guān)參數(shù)可得轉(zhuǎn)速反饋電壓Un=2Cetg×1500=0.2×0.055&

26、#215;1500V=16.5V，由于本設(shè)計(jì)限定給定范圍為,故取0.2不滿足要求。取0.15，Un=2Cetg×1500=0.15×0.055×1500V=12.375V,因此取0.15。 電位器的電阻：,本式取測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)電流值為額定電流的20%計(jì)算。此時(shí)消耗的功率:WRP=NnCetg×INTG=0.055×1500×0.2×0.2W=4.4W為了使電位器溫度不致很高，實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為所消耗功率的一倍以上。故選取電位器額定值為10W，2.8。圖4-7 轉(zhuǎn)速反饋電路原理圖4.4 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)4.4.1 參數(shù)

27、計(jì)算（1）電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：電樞回路總電阻為：R=Ra+Rn+RH=1.06+0.037+0.024=1.121電樞回路總電感為：L=La+LT+LH=8.93+0.24+3.2=12.37mH電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)為：Tl=LR=12.37mH1.121=0.011s（2）電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù):電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：Ce=UN-INRanN=0.138電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)：Cm=9.55Ce=1.318系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：GD²=0.105+0.709=0.814Kg.m²機(jī)電時(shí)間常數(shù)為:Tm=GD2R375CeCm=(0.709+0.105)

28、15;9.8×1.121375×0.138×1.318=0.1313s（3）三相橋式電路的平均失控時(shí)間為：Ts=0.0017s（4）晶閘管裝置放大系數(shù)Ks令本系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器最大輸出電壓Uc15V，晶閘管最大輸出整流電壓為Ud0=2.34U2=257.4V，則KsUd0Uc257.41517.16（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)系統(tǒng)的給定電壓為15V，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm。則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)4.4.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-8所示圖4-8 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 由于Tm>4Tl，將開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)做近似處理得4

29、.5 調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)使系統(tǒng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)設(shè)置為PID調(diào)節(jié)器，如圖4-9所示。 圖4-9 PID調(diào)節(jié)器則傳遞函數(shù)應(yīng)為：由于，做大慣性近似處理可得開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：由于，所以選擇，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)點(diǎn)，以便校正成典型型系統(tǒng)。因此傳遞函數(shù)為 其中一般情況下，選中頻寬h=5轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：檢驗(yàn)近似條件，轉(zhuǎn)速環(huán)大慣性環(huán)節(jié)近似處理?xiàng)l件：符合條件。取，結(jié)合上面公式可得 取0.01 取0.5 取1000第5章 系統(tǒng)輔助回路設(shè)計(jì)5.1 直流穩(wěn)壓電源給定電壓的穩(wěn)定與否直接影響系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)精度影響甚大。為此在調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓一般由穩(wěn)壓電源供給。根

30、據(jù)對(duì)系統(tǒng)調(diào)速精度的要求不同，可以采用不同型式的穩(wěn)壓電源。由于用集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓精度高，故廣泛應(yīng)用在調(diào)速系統(tǒng)中。這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，如圖5-1所示。 圖5-1 ±15V電流穩(wěn)壓電源原理圖原理圖器件明細(xì)表序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1B1,B2橋堆2A,200V22C1,C2電解電容2200F,63V23C3,C4電容0.1F247815三端集成穩(wěn)壓器+15V,1.5A157915三端集成穩(wěn)壓器-15V,1.5A16C5,C6電容0.33F27VD1,VD2二極管2CP122第6章 軟件仿真與結(jié)論6.1 軟件的仿真采用matlab仿真（1）采用PID調(diào)節(jié)時(shí)，仿真圖形如圖6-2所示圖6-1 PID轉(zhuǎn)速無(wú)靜差仿真圖圖6-2 PID轉(zhuǎn)速無(wú)靜差仿真波形（2）帶電流截止的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)仿真波形如圖6-4所示。圖6-3 帶電流截止的無(wú)靜差調(diào)速仿真圖圖6-4 帶電流截止的無(wú)靜差調(diào)速仿真波形（3）典型二型系統(tǒng)的伯德圖如圖6-6所示。圖6-5 典型二型系統(tǒng)伯德圖程序 圖6-6 典型二型系統(tǒng)伯德圖6.2 結(jié)論從波形圖可以看出，采用PID調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，加入帶電流截止的負(fù)反饋后，可以抑制電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的大電流產(chǎn)生。設(shè)計(jì)的典型二型系統(tǒng)，