雙閉環(huán)v－m調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) _secret

1、課程設(shè)計(jì)名稱：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 題 目：雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)期第七學(xué)期姓名專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化(自動(dòng)化)班級(jí)自動(dòng)化05-3課程名稱電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績(jī)100評(píng)語：任課教師時(shí)間年 月 日備注課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)已知某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，基本數(shù)據(jù)如下。直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min,Ce=0.1

2、32Vmin/r,允許過載倍數(shù)1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；電樞回路總電阻：R0.5；時(shí)間常數(shù)：Tl=0.03s,Tm=0.18s；0.07Vmin/r,=0.05V/A。試設(shè)計(jì)ASR、ACR使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%10%。設(shè)計(jì)計(jì)劃第12天：明確設(shè)計(jì)任務(wù)，查找資料；第34天：分析雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與過程；第56天：總結(jié)分析，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)要求1、用工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，決定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)并選擇參數(shù)；2、對(duì)晶閘管及平波電抗器的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；3、設(shè)計(jì)過程中應(yīng)畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。指導(dǎo)教師

3、： 教研主任： 時(shí) 間： 摘要本設(shè)計(jì)主要介紹了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并按工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)法對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ACR及ASR進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工程設(shè)計(jì)中闡述了需要注意的問題。并對(duì)晶閘管的電壓、電流作了定額計(jì)算，及平波電抗器的計(jì)算。最后得出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主、控電路圖并作了總結(jié)及設(shè)計(jì)心得。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)，ASR，ACR，晶閘管。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc217626596 1 引言1 HYPERLINK l _Toc217626597 2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成2 HYPERLINK l _Toc217626598 2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖2

4、 HYPERLINK l _Toc217626599 2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2 HYPERLINK l _Toc217626600 3 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的ACR和ASR4 HYPERLINK l _Toc217626601 3.1ACR的設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l _Toc217626602 3.2ASR的設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l _Toc217626603 4 采用工程方法設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題8 HYPERLINK l _Toc217626604 5 晶閘管的電壓、電流定額計(jì)算10 HYPERLINK l _Toc217626605 5.1晶閘管額定電壓UN10

5、HYPERLINK l _Toc217626606 5.2晶閘管額定電流IN10 HYPERLINK l _Toc217626607 6 平波電抗器計(jì)算11 HYPERLINK l _Toc217626608 7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主、控電路圖12 HYPERLINK l _Toc217626609 8 結(jié)論13 HYPERLINK l _Toc217626610 9 體會(huì)14 HYPERLINK l _Toc217626611 10 參考文獻(xiàn)151 引言采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差，如果附帶電流截止負(fù)反饋?zhàn)飨蘖鞅Ｗo(hù)可以限制電流的沖擊，但并不能控制電流的動(dòng)態(tài)波形。我

6、們希望系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，一直能有電機(jī)過載能力允許條件下的最大電流，電機(jī)有最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最短的啟動(dòng)時(shí)間。這一點(diǎn)利用電流截止負(fù)反饋是很難實(shí)現(xiàn)的。另外，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)速。例如，在帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)中，同一調(diào)節(jié)器擔(dān)負(fù)著正常負(fù)載時(shí)的速度調(diào)節(jié)和過載時(shí)的電流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程均具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。為了解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題，可以采用轉(zhuǎn)速、電流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖21為轉(zhuǎn)速、

7、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅，ASR的輸出限幅什Uim決定了電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓最大值Uim，對(duì)就電機(jī)的最大電流；電流調(diào)節(jié)器ACR輸出限幅電壓Ucm限制了整流器輸出最大電壓值，限最小觸發(fā)角。2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖22所示，由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)Toi按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋

8、信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也給反饋信號(hào)帶來了延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號(hào)通道中加入一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其作用是：讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜希瑥亩鴰碓O(shè)計(jì)上的方便。由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)用Ton表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時(shí)間常數(shù)為Ton的給定濾波環(huán)節(jié)。3 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的ACR和ASR設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是：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)

9、中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。3.1ACR的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)整流濾波時(shí)間常數(shù)Ts，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s；電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi，三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本慮平波頭，應(yīng)有（12）Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s；電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)Ti，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由設(shè)計(jì)要求：i%5%，而且:因此可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為: WACR(s) =（3）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù):；電流環(huán)開環(huán)增益：要求i%5%時(shí)，應(yīng)取，因此：于

10、是，ACR的比例系數(shù)為： （4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率；晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件為： 現(xiàn)在，滿足近似條件；忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件為： 現(xiàn)在，滿足近似條件；小時(shí)間常數(shù)近似條件處理?xiàng)l件為： 現(xiàn)在，滿足近似條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理如圖31所示，按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值計(jì)算如下：，取； 108=0.75 ,取0.75 ； =0.2，取0.2。按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：i%=4.5%5%，滿足設(shè)計(jì)要求。3.2ASR的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為；轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton ，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)波紋情況，取Ton=0.01

11、s；轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取=。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)速度環(huán)，故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：（3）選擇速度調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗干擾性能較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： 于是，ASR的比例系數(shù)（4）校驗(yàn)近似條件由轉(zhuǎn)速截止頻率：，電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件： 現(xiàn)在，滿足簡(jiǎn)化條件?，F(xiàn)在小時(shí)間常數(shù)近似條件為滿足近似條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理圖如圖32所示，取，則，??； ，??；，取。4 采用工程方法設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題（1）從轉(zhuǎn)速環(huán)看，能不能忽略反電

12、動(dòng)勢(shì)在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)已經(jīng)算出，而，所以反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來說可以忽略。但，因而對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來說，忽略反電動(dòng)勢(shì)的條件就不成立了。實(shí)際上，考慮到反電動(dòng)勢(shì)的影響，轉(zhuǎn)速超調(diào)量將比上面的計(jì)算值更小，更能滿足設(shè)計(jì)要求。（2）內(nèi)、外開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比較圖41把電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性畫在一張圖上，其中各轉(zhuǎn)折頻率和截止頻率依次為： ， ， ， 。以上頻率一個(gè)比一個(gè)小，從計(jì)算過程可以看出，這是必然的規(guī)律。因此，這樣設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)系統(tǒng)，外環(huán)一定比內(nèi)環(huán)慢。一般來說，。從外環(huán)的響應(yīng)速度受到限制，這是按上述方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)的缺點(diǎn)。然而，這樣一來，每個(gè)環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利?？傊喹h(huán)系

13、統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是：以穩(wěn)為主，穩(wěn)中求快。5 晶閘管的電壓、電流定額計(jì)算5.1晶閘管額定電壓UN 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UN（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。5.2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

14、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IN=(1.52)KfbIMAX =(1.52) 0.368(2201.5)=182.16242.88A，取200A。6 平波電抗器計(jì)算 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)：KD=812。(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)。(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則L17.01(mH).7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主、控電路圖 8 結(jié)論（1）ACR、ASR結(jié)構(gòu)為PI型。（2）按跟隨性能和抗擾性能都較好的原則，取h=5。（3）電流環(huán)被校正成典型型系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速環(huán)被校正成