自動(dòng)化2-4班—G組答辯PPT

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化組 別：G組成 員： 功率Pe10KW電磁時(shí)間常數(shù)TL0.216ms額定電壓Ue220V機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm0.257ms額定電流Ie55A濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi0.00335s磁極對(duì)數(shù)P2過(guò)載倍數(shù)1.5轉(zhuǎn)速ne1000r/min電流給定最大值U*im10V勵(lì)磁電壓220V速度給定最大值U*n10V電樞繞組電阻Ra1電流超調(diào)量5%電磁系數(shù)Ce0.238Vmin/r轉(zhuǎn)速超調(diào)量20%1、直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 主電路的設(shè)計(jì) 晶閘管整流裝置在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面有很大優(yōu)越性，晶閘管整流裝置可以是單向，三相或更多相數(shù)，有半波、全波、半控、全控等類(lèi)型。單

2、向晶閘管整流裝置電路電壓脈動(dòng)大、波動(dòng)頻率低。影響三相電網(wǎng)的平衡運(yùn)行，一般用于5KW以下的拖動(dòng)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)功率Pe=10KW，故本設(shè)計(jì)的主電路采用采用三相全控橋式整流電路，整流電源從主變壓器二次側(cè)a、b、c接入。1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案確定直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案確定 由于生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)都有比較嚴(yán)格的要求，而對(duì)減速和制動(dòng)停車(chē)要求不高，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)與性能指標(biāo)，故而選擇轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 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。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Uim*決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器

3、ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子電換器的最大輸出電壓Udm。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，Un*轉(zhuǎn)速給定電壓，Un轉(zhuǎn)速反饋電壓， Ui*電流給定電壓，Ui電流反饋電壓2.1 整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算2.1.1 二次側(cè)相電壓U2變壓器二次側(cè)相電壓U2的計(jì)算公式為)(cos22minmax2NkTVddIICuAUnRIUU經(jīng)計(jì)算U2=110V變壓器的變比K=U1/U2=220/110=2/12.1.2 二次側(cè)相電流I2和一次側(cè)相電流I1二次側(cè)相電流I2=45A一次側(cè)相電流I1=25.6A2.1.3 變

4、壓器容量計(jì)算變壓器二次容量S2=m2U2I2=3x110 x45=15.525KVA變壓器一次容量S1=m1U1I1=3x220 x25.6=16.896KVA平均計(jì)算容量S=0.5（S1+S2）=16.210KVA因此所選整流變壓器的參數(shù)為：變比K=2，容量S=20KVA2.2 主電路期間的計(jì)算與選擇主電路期間的計(jì)算與選擇正確合理的選擇晶閘管元件是保證主電路可靠運(yùn)行的重要條件之一2.2.1 整流元件的額定電壓UTNUTN=(23)UTmUTN=563845V2.2.2 整流元件額定電流ITNITN=(1.52)KfbIdITN=(1.52)x0.368x82.5=47.863.7A故j晶閘管

5、選型號(hào)為kp200-8的6只整流變壓器接成Dy-11型，可以有效抑制整流時(shí)三次諧波對(duì)電網(wǎng)的不良影響。由于同步電壓還要經(jīng)過(guò)阻容濾波電路，會(huì)造成相位滯后（約30度），因此采用Yy-10的聯(lián)接方式。v整流變壓器和同步變壓器的連接方式整流變壓器和同步變壓器的連接方式2.3主電路保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算主電路保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.3.1 過(guò)電壓保護(hù)1、交流側(cè)過(guò)電壓保本設(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)，阻容保護(hù)裝置采用三角形接法，故可按下式計(jì)算阻容保護(hù)元件的參數(shù)（1）過(guò)電壓保護(hù)電容計(jì)算22%6USiCf代入數(shù)據(jù)計(jì)算得C=4FUc1.5Uc=1.5x6x110=404V故選擇C=10F,耐壓值

6、為450V的電容（2）過(guò)電壓保護(hù)電阻計(jì)算%3.222fkiuSUR 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得R=8（2）晶閘管換向過(guò)電壓保護(hù)在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶閘管換相過(guò) 電壓的保護(hù)。串聯(lián)電阻R的作用一是阻尼LTC回路的震蕩，二是限制晶閘管開(kāi)通瞬間的損耗且可減小電流上升率di/dt。R、C值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，對(duì)于本設(shè)計(jì)晶閘管額定電流為200A，查表可得C=0.5F,R= 10 2.3.2 過(guò)電流保護(hù)在電路中串接的器件是快速熔斷器，這是一種最簡(jiǎn)單有效而應(yīng)用最普遍的過(guò)電流保護(hù)元件，其斷流時(shí)間一般小于10ms，熔斷器與每一個(gè)晶閘管元件相串聯(lián)，可靠的保護(hù)每一個(gè)晶閘管元件。熔體的額定電流的選擇1.5ITNINIT

7、m 選取IN=ITN=61.2AmH14. 8)41. 2218. 0(-14.13)(,maxlacrmpLLLLL)(2101 .193mHCnpIULlaNNNa)(18. 0)(11611005. 09 . 3)(2mHmHmHIUuKLdkllmHmHIUKLdcrcr14.1311605. 0110693. 0)(min2)( 1 .10)(11604. 030014. 321108 . 01000)(2/10223mHmHmHISUfUULdiddmm 對(duì)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載電流較小，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，影響系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。電動(dòng)機(jī)電樞電感一般較

8、小，不能滿足電流連續(xù)的要求，故必須在晶閘管輸出電路中串入電抗器。一、使輸出電流連續(xù)的臨界電感量二、限制輸出電流脈動(dòng)電感量三、變壓器二次側(cè)的每相漏電感量四、電動(dòng)機(jī)電樞電感滿足設(shè)計(jì)要求的平波電抗器3.1 檢測(cè)環(huán)節(jié)檢測(cè)環(huán)節(jié)3.1.1 電流檢測(cè)環(huán)節(jié)電流反饋環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)是主電路的電流量，經(jīng)變換后獲得輸出為直流電壓的反饋量Ui。根據(jù)電流反饋環(huán)節(jié)的組成，本設(shè)計(jì)選擇采用交流電流互感器的Y型聯(lián)結(jié)，以免引起交流互感器的直流磁化而無(wú)法工作交流電流互感器的Y型聯(lián)結(jié)3.1.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)。轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路主要由

9、測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，將測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)，經(jīng)濾波整流后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)反饋回系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用型號(hào)為ZSY231/110其功率略大于電動(dòng)機(jī)的功率，電位器則選用2.2K3.2 調(diào)節(jié)器的選擇與調(diào)整調(diào)節(jié)器的選擇與調(diào)整作為系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器，是控制電路的關(guān)鍵部件，本設(shè)計(jì)采用PI調(diào)節(jié)器3.2.1 調(diào)節(jié)器限幅調(diào)速系統(tǒng)中，為了保護(hù)電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的安全，須限制電動(dòng)機(jī)的最大電流、最大電壓以及晶閘管變流裝置的min和min角等，一般都要求對(duì)調(diào)節(jié)器輸出限幅。本設(shè)計(jì)中采用10V穩(wěn)壓管外限幅3.2.2 調(diào)節(jié)器鎖零系統(tǒng)對(duì)對(duì)鎖零電路的要求：1.系統(tǒng)處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)

10、，具有積分作用的調(diào)節(jié)器必須用鎖零電路將其輸出電位鎖到零電位上 。2.系統(tǒng)接到起、停及反向指令之時(shí)，或處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器不能鎖零。3.只有當(dāng)*nU=nU=0時(shí)，才允許鎖零電路的輸出信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)鎖零，其中任一信號(hào)不等于零，調(diào)節(jié)器不能鎖零。場(chǎng)效應(yīng)管鎖零 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。隨著集成電路制作技術(shù)的提高。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及。目前國(guó)內(nèi)常用KJ和KC系列，兩者生產(chǎn)廠家不同，但很相似。采用KJ004集成觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180度的觸發(fā)脈沖。其工作原理可參照鋸齒波同步的觸發(fā)電路進(jìn)行分析，或查閱有關(guān)的產(chǎn)品手冊(cè)。集成電路只需用3個(gè)KJ0

11、04集成塊和隔離電路組成，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路 電路圖如下：先確定調(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。再選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)指標(biāo)。設(shè)計(jì)多換控制系統(tǒng)的一半原則是：從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)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)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。4.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)4.1.1 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇電流環(huán)的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)越小越好，故采用典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)。采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為式

12、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) isisi1s KWACR4.1.2 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Ki和i。一般情況下，為了讓調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，選擇i=T1。電流調(diào)節(jié)器（ASR）的比例系數(shù)電流濾波時(shí)間常數(shù)式中取R0=40K則Ri=17.36K，Ci=0.98F，Coi=0.2 F 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的指標(biāo)為：滿足設(shè)計(jì)要求。iKoiCRToi0410000i103.40RRKiiiiiCR4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)4.2.1 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)，可把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

13、一個(gè)環(huán)節(jié)，其等效傳遞函數(shù)為4.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替原來(lái)的電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖所示。和前面一樣，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Un*(s)/再把時(shí)間常數(shù)為T(mén)on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T(mén)i的慣性環(huán)節(jié)且Tn=Ton+2Ti，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可簡(jiǎn)化成圖b，轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成右圖c。121）s（sTWicli由上圖b可以看出，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)以后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此需要型系統(tǒng)。再?gòu)膭?dòng)態(tài)性能上看，調(diào)速系統(tǒng)首先需要有較好的抗擾性能，典型型系統(tǒng)恰好能滿足這個(gè)要求。故本設(shè)計(jì)要把轉(zhuǎn)速校正成典型型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)