不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（第十二題）學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：學(xué)院： 電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師：2013 年 12 月 13 日河北聯(lián)合大學(xué)控制系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名張桂平班級10電 3設(shè)計題目題目十二：不可逆V-M 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計說明書評定成績答辯成績設(shè)計總成績設(shè)計要求一 性能指標要求：穩(wěn)態(tài)指標：系統(tǒng)無靜差動態(tài)指標：i 5% ；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時n 10% 。二 給定電機及系統(tǒng)參數(shù)PN 67KW ， U N 230V， IN 291A，2， nN 1450 r min ，Ra 0.2 主回路總電阻R 0.4系統(tǒng)飛輪慣量GD 2 68.3N m2

2、系統(tǒng)最大給定電壓U nm 10VACR、 ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為8V ，三 設(shè)計步驟及說明書要求畫出雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并簡要說明工作原理。根據(jù)給定電機參數(shù)，設(shè)計整流變壓器，并選擇變壓器容量；選擇晶閘管的參數(shù)并確定過流、過壓保護元件參數(shù)。分析觸發(fā)電路及同步相位選擇。設(shè)計ACR、 ASR并滿足給定性能指標。完成說明書，對構(gòu)成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分析時，應(yīng)先畫出本環(huán)節(jié)原理圖，對照分析。打印說明書（A4） ，打印電氣原理圖（A4） 。注 ：設(shè)計總成績=說明書評定成績（60%） +答辯成績（40%）目錄 TOC o 1-5 h z 控 制 系 統(tǒng) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 1設(shè)計題目：不可逆V-M雙閉環(huán)直流

3、調(diào)速系統(tǒng)（第十二題） 1學(xué)生姓名：張桂平 1學(xué) 號： 201013040302 12013 年12 月 13 日 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一部分：摘要 4第二部分：設(shè)計主體 5第一章、調(diào)速的方案選擇 5 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 直流電動機的調(diào)速方法有三種： 5 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇： 5 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)

4、構(gòu)框圖如下圖1-3 ： 7 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 第二章、主電路的計算 7 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 整流變壓器計算 7晶閘管元件的選擇 9晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算 9 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 平波電抗器計算 12 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 第三章、觸發(fā)電路的選擇與校驗 13 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 第四

5、章、控制電路設(shè)計計算 14 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計 14 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算 15 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 16 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 第五章、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計 16 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document

6、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計時間常數(shù)的確定 16 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 18 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量: 20 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 第三部分：結(jié)論 21 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 第四部分：參考文獻 22 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 第五部分：附圖 22第一部分：摘要直流調(diào)速系統(tǒng)

7、，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一，廣泛地應(yīng)用于軋鋼機、冶金、 金屬切削機床等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)中 1 。許多生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當長時期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟2 ，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點。隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展， 電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對其生產(chǎn)工藝產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，這

8、就需要越來越多的生產(chǎn)機械能夠?qū)崿F(xiàn)制動調(diào)速，因此我們就要對這樣的自動調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速3 。本文的目的在于對雙閉環(huán)V-M 不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，包括ACR 和 ASR，以及對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能分析。第二部分：設(shè)計主體第一章、調(diào)速的方案選擇1.1 直流電動機的調(diào)速方法有三種：直流電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速可表示為：n U IRKe（ 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，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。I a變化遇

9、到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。（ 2） 改變電動機主磁通。改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。I f 變化時間遇到的時間常數(shù)同I a 變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。（ 3）改變電樞回路電阻R。在電動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么調(diào)速作用；還會在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中

10、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。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此， 自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主速。1.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇：同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(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，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對系統(tǒng)的動

11、態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性較差，當電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動，必須使直流電動機在起動過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，當電樞電流保持最大允許值時，電動機以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干

12、擾，必須對電樞電流進行調(diào)節(jié)。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)。1-1 V-M 系統(tǒng)原理V-M系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：圖 1-1 繪出了晶閘管整流器- 電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）的原理圖，圖中VT是晶閘管整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出直流電壓Ud，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10000以上， 門極電流可以直接用電子控制；響應(yīng)時間是毫秒級，具有快速的控制作用；運行損耗小，效率高；這些優(yōu)點使V-M系統(tǒng)獲得了優(yōu)越的性能。（ 2）整流電路：由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相全控橋式整流

13、電路。考慮使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋整流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、 重量輕、 投資省， 工作可靠，能耗小， 效率高。 同時， 由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上所述，選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。ABC1-2 三相全控橋式整流電路1.3確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖1-3：1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖第二章、主電路的計算整流變壓器計算電壓的計算：由于整流輸出電壓ud的波形在一周期內(nèi)脈動

14、6 次的波形相同，因此在計算時只需對一個脈沖進行計算。由此得整流輸出平均電壓:U d 2.34U 2 cos （60 ）2-1 ）顯然 U d邊輸出電壓:U N 230V ，如果忽略晶閘管和電抗器的壓降，則可以求得變壓器副230U 2230=113.5V ( 通常取導(dǎo)通角為 30 )22.343/22-2)取 U 2 =120V變壓比 K U 1380 3.17U2 1202.1.2 一次、二次側(cè)相電流I 1、 I 2的計算：輸出電流的平均值：2-3)Id 0.955I dm 0.955 IN 0.955*2* 291A 555.81A由表查得KI1=0.816， KI2=0.816原邊輸出有

15、效電流:2-4)I11.05KI1Id1.05* 0.816* 555.813.1138A副邊輸出有效電流:I2 KI2Id 0.816*555.81 453.5A2.1.3 變壓器容量S的計算：S1m1U 1I 1S1m1U 1I 11S 1 S1 S222-5)2-6)2-7)2-8)2-9)9 個式子出自：宋銀賓電機拖動基礎(chǔ)第六章第四節(jié)式中m1、 m2一次、二次側(cè)繞組的相數(shù)；所以S1 3U1I 3* 380* 150kVA 171000kVAS2 3U2I2 3*120*453.5kVA 163260kVASS1S2171000 1632602kVA 167130kVA考慮到晶閘管和電抗

16、器的壓降，變壓器本身的漏磁，并根據(jù)變壓器應(yīng)留有一定裕量的原則，選擇參數(shù)為額定容量為200KVA。晶閘管元件的選擇晶閘管的額定電壓計算：通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓U DRM 和反向重復(fù)峰值電壓U RRM 中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時， 額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常 工 作 電 壓 時 晶 閘 管 所 承 受 峰 值 電 壓 的 2-3 倍 。 本 設(shè) 計 中 峰 值 電 壓U TM6U 2 294V,故 晶 閘 管 電 壓 定 額 UTN (2 3)UTM (2 3)* 294 (588 882)V , 取 其 電 壓 定 額U TN =750V。晶閘管的額定電流

17、計算晶閘管的電流定額主要由其通態(tài)平均電流I T 來標稱，規(guī)定為晶閘管在環(huán)境為40 C 和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫是允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。因此在使用時同樣應(yīng)按照實際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原則來選取晶閘管的電流定額，并留有一定裕量。一般取其通態(tài)平均電流為此原則所得計算結(jié)果的1.5-2 倍。可按下式計算：IT(AV)= 1.52 KfbIdm( 2-10)式中計算系數(shù)Kfb=Kf/1.57 Kb由整流電路型式而定，Kf為波形系數(shù)，Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)。當0 時，三相全控橋電路K fb =0.368, TOC o 1-

18、5 h z 故晶閘管額定電流:IT(AV) (1.5 2)KfbIdm (1.5 2)* 0.368* (2*291)A (321.264 428.352) A取其電流定額為400A。上述式子出自：李宏現(xiàn)代電力電子技術(shù)3.4.32.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算晶閘管具有許多優(yōu)點，但它屬于半導(dǎo)體器件，因此具有半導(dǎo)體器件共有的弱點，承受過電壓和過電流的能力差，很短時間的過電壓和過電流就會造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長期可靠運行，除了合理選擇元件外，還須針對元件工作的條件設(shè)置恰當?shù)谋Ｗo措施。晶閘管主要需要四種保護：過電壓保護和du/dt 限制， 過電流保護和 di/dt 限制。過電壓保護和du/dt

19、 限制凡是超過晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過電壓。產(chǎn)生過壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過壓保護的部位來分，有交流側(cè)保護，直流側(cè)保護和元件保護。元件保護主要是通過阻容吸收電路。 阻容吸收電路的參數(shù)計算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場的能量存儲起來為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。過電流保護和di/dt 限制由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時，溫度就會急劇上升可能燒壞PN結(jié)， 造成元件內(nèi)部短路或開路。晶閘管發(fā)生

20、過電流的原因主要有：負載端過載或短路；某個晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時間內(nèi)承受一定的過電流，所以過電流保護作用就在于當過電流發(fā)生時，在允許的時間內(nèi)將過電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過電流的保護措施有下列幾種：快速熔斷器普通熔斷絲由于熔斷時間長，用來保護晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護作用。因此必須采用專用于保護晶閘管的快速熔斷器。快速熔斷器用的是銀質(zhì)熔絲，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在晶 閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護的主要措施。( 2)硒堆保護硒堆是一種非線性電阻元件，

21、具有較陡的反向特性。當硒堆上電壓超過某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過較大的電流，把過電壓的能量消耗在非線性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。2.3.4 晶閘管串連的快速熔斷器的選擇選擇快熔時應(yīng)考慮：1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定。電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊鄣?I 2t 值應(yīng)小于被保護器件的允許I 2t 值。為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。此次設(shè)計采用快熔作為短路過電流保護的裝置，如下圖所示：2-2 短路過電流保護熔斷器的參數(shù)按照以下原則選取：K額定電壓URN： U RNK ,UT

22、U 2 KUT 為可控硅元件的電壓計算系數(shù)，取KUT =2.45額定電流：, Ki 電流裕度系數(shù)，取Ki =1.1 1.5，Ka環(huán)境溫度系數(shù)，取Ka=1 1.2， I R 實際流過快熔的電流有效值。U2=120V， URN2.452120 207.9V取 URN=220VI r13I d1 555.81 320.9AIRN 1.5 1.2 320.9 577.62 ， 取 IRN =600A。 根據(jù)算出的額定參數(shù)可選擇相應(yīng)的快熔。（ 2）過電流繼電器的選擇對于頻繁操作的電動機，通常用電磁式過流繼電器做短路保護。如何選擇繼電器：根據(jù)電流種類，選擇繼電器形式。繼電器額定電流大于或等于電動機的額定電

23、流。繼電器動作電流的整定值， 式中 I g為電動機起動電流的最大值 : I d 1.3 577.2 750A本系統(tǒng)采用快速熔斷器對可控硅進行過流保護，整流電路及晶閘管保護電路如圖2-1 所示。2.4平波電抗器計算在 V-M系統(tǒng)中，脈動電流會增加電機的發(fā)熱，同時也產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械不利， 為了避免或減輕這種影響，須設(shè)置平波電抗器。平波電抗器的電感量一般按低速輕載時保證電流連續(xù)的條件來選擇。通常首先給定最小電流Imin（以A為單位通常取電動機額定電流的5%-10%，再利用它計算所需的總電感量（以）mH 為單位），減去電樞電感，即得平波電抗器應(yīng)有的電感值。電流連續(xù)的臨界電感量L1的計算平波電抗

24、器的臨界電感量L1（單位mH）可由下式計算L1K1U2I dmin2-11 )式中K1 為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得K1=0.693，由技術(shù)要求知I dmin =5%Id，所以U120L10.69320.693*2.99mH15% Id0.05 * 555.81限制輸出電流脈動的臨界電感量L2的計算由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。通常伏在需要的只是直流分量， 對電動機負載來說，過大的交流分量會使電動機換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此， 應(yīng)在直流側(cè)傳入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。平波電抗

25、器的臨界電感量L2（單位mH）可由下式計算2-12)L2K2U2SiId式中K2為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，Si 為電流最大允許脈動系數(shù)，通常三相電 路 Si 510 % 。根據(jù)本電路形式查表可得K2=1.045，所以1.045* 120L22.26mH10%* 555.81電動機電感量LD的計算電動機電感量LD（單位mH）可按下式計算3LDKDUd 103（ 2-13）2pnId式中Ud 、 Ld、 n直流電動機額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速；P電動機磁極對數(shù)； K D 計算系數(shù)，對一般無補償電機取KD=812。所以10* 230* 103LD10 230 100.71mH （取P=2,KD=

26、10）2*2*1450*555.81D實際串入平波電抗器的電感量L 的計算由于變壓器的漏電感很小，可以忽略不計，那么串入平波電抗器的電感量為：L max（L1,L2） LD 2.99 0.71 2.28mH取其電感值為3mH.第三章、觸發(fā)電路的選擇與校驗觸發(fā)電路可選擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇KC系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點是移相范圍小于180，為保證觸發(fā)脈沖對稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。 適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。選用集成電路MC787組成的三相觸發(fā)電路，該集成塊由同步過零、鋸齒波形成電路、比較電路、

27、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動電路組成。圖 3-1 的三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng)RC 組成的 T 形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號， 電路輸出端采用等值電阻進行1/2 分壓， 以保證對稱。輸出端由大功率管驅(qū)動，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管。3-1 MC787 組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖第四章、控制電路設(shè)計計算4.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速總是緊緊地跟隨給定量而變化。給定電源的質(zhì)量在保證系統(tǒng)正常工作中是十分重要的，因此高精度的調(diào)速系統(tǒng)

28、必績要有更高精度的給定穩(wěn)壓電源作保證。所以，設(shè)計系統(tǒng)控制方案、擬定控制電路時，必須十分注意對穩(wěn)壓電源的設(shè)計與選擇。由三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源，線路簡單、性能穩(wěn)定、工作可靠、調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)實際中應(yīng)用越來越廣泛。系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用這種集成穩(wěn)壓源，以保證系統(tǒng)的可靠工作為防止大幅度電網(wǎng)電壓波動給穩(wěn)壓目前已普遍采用恒壓變壓器作為穩(wěn)壓電源的電源變壓器。這些UN INRa 2 3 0 2 9*1 0.2電動勢常數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：C e N N a0.1 1 8V.m i nr/nN1 450U n*m10Vnm0.0069V. min/ rnN 1450r /min*U imU

29、im 80.0137VA 1IdmIN2*2914.2 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算速度調(diào)節(jié)器由二極管電位器組成正負限幅可調(diào)的限幅電路，由電阻電容組4-1 所示。圖 4-1 速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器的作用:跟隨作用作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使（ 2）抗擾作用對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（ 3）加快動態(tài)過程在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而過流自動保護作用當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。4-2 電流調(diào)節(jié)器4.3調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

30、U n* U n nn02-1)2-2)UcUd0Cen Id RCeU*n/IRdLKsKsKs2-3)第五章、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計5.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計時間常數(shù)的確定5.1.1 時間常數(shù)的確定整流裝置滯后時間常數(shù)，即三相橋式電路的平均失控時間: Ts=0.0017s 。電流濾波時間常數(shù)Toi 。 三相橋式電路的每個波頭的時間是3.3ms， 為了基本1 -2 ) Toi =3.3ms，因此取Toi =2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和T i 。 按小時間常數(shù)近似處理，取 T i=Ts+Toi=0.0037s。4)電磁時間常數(shù)Tl 的確定：L 2.28mH則電磁時間常數(shù): T

31、lL 2.28mHR 0.40.0057sUi* Ui IdIdl2GD R68.3 0.4( 5)機電時間常數(shù)：Tm0.548s375CeCm 375 0.118 0.118 30/選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求i 5% ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為Ki( is 1)1WACR (s)( 5-1 )is式中Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。檢查對電源電壓的抗擾性能：Tl0.0057 1.54，參照表5-1 的典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)T i 0.0037抗擾性能，各項指標都是可以接

32、受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計。表 5-1 典型I 型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時間tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時間t pp8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度76.369.965.559.251.8截止頻率c0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：i Tl =0.0057s，電流開環(huán)增益：要求i 5%時，取KIT i 0.5，0.5

33、0.51所以： K I135.1sI T i 0.0037sKR于是，ACR的比例系數(shù)為：Ki I i 135.1 0.0057 0.4/ 35 0.0137 =0.64Ks式中取晶閘管裝置放大系數(shù)Ks=35。5.1.4 校驗近似條件ci KI 135.1s 1 c1） 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：13Ts3 0.0017s196.1s 1 ci ，滿足近似條件2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：3 Tm1Tl3 0.548 0.005753.68s 1 ci ，滿足近似條件3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件1115.1.53 TsToi3 0.0017s 0.002s計算調(diào)節(jié)器電

34、阻和電容:5-3 ，按所用運算放大器取180.78s 1 i , 滿足近似條件ci各電阻和電容值為:Ri Ki R00.64 40k25.6kCi0.0057s50.223 105FRi25.6k4T 4 0002Coi4Toi4 0.0032 F 0.2 10 6FoiR040 1035-3 含濾波環(huán)節(jié)的PI 型電流調(diào)節(jié)器照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為i 4.3% 5%，滿足設(shè)計要求。5.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計5.2.11）電流環(huán)等效時間常數(shù)確定時間常數(shù)1/K I 。由前述已知，KITi 0.5，則2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)12T i 2 0.0037s 0.007

35、4s KITon，根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01s.T n。按小時間常數(shù)近似處理，取1T nTon 0.0074s 0.01s 0.0174sKI5.2.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為h1N 222h T n222 52 0.0174222s 2 396.4s 2Kn( ns 1)WASR (s)ns5.2.3 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，先取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為n=hTn=5 0.0174s=0.087s則轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益h1CTm6 0.0137 0.118 0.5482h RTn2 5 0.0069 0.

36、4 0.017411.07可得ASR的比例系數(shù)為5.2.4 檢驗近似條件K轉(zhuǎn)速截止頻率為: cn KN KN n 396.4 0.087s 1 34.5s 111）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為KI 1135.1s163.7s13 T i 3 0.0037cn , 滿足簡化條件13KI1135.1s138.7s1Ton3 0.012）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為cn , 滿足近似條件5.2.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖 5-4 所示，取R0 40k ，則RnKnR0 11.07 40k442.8k， 取 450k0.0876圖 5-4 含濾波環(huán)節(jié)的PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器Cn n3 F 0.193 1

37、0 6FRn450 103取 0.2uFCon4RT0on440 01.0013 F 1 F ， 取 1 F5.3校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量:當 h=5 時，查表5-2 典型 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標得，n 37.6%，不能滿足設(shè)計要求。實際上， 由于表 5-2 是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。表 5-2 典型 II 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標h34567891052.60%43.60%37.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%tr /T2.42.652.8533.13.23.33.35ts /T12.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111表 5-3 典型 II 型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系h345678910Cmax /Cb72.20%77.50