VM雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計解析

目錄摘要 IIITOC\o"1-3"\u1調(diào)速方案確實定 12主電路結(jié)構(gòu)形式及組成 22.1反饋閉環(huán)引入 22.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)組成 22.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特征分析 42.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能分析 53主電路元部件確定及參數(shù)計算 83.1可控直流源設(shè)計 83.1.1可控直流源選定 83.1.2整流變壓器計算 93.1.3晶閘管選擇 103.1.4平波電抗器選擇 113.2相關(guān)觸發(fā)電路 113.3保護電路設(shè)計 123.3.1晶閘管過流保護 123.3.2晶閘管過電壓保護 124系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計 144.1電流調(diào)整器設(shè)計 154.1.1電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)簡化 154.1.2電流調(diào)整器參數(shù)計算 164.1.3電流調(diào)整器實現(xiàn) 174.2轉(zhuǎn)速調(diào)整器設(shè)計 174.2.1電流環(huán)等效閉環(huán)傳輸函數(shù) 174.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)整器結(jié)構(gòu)選擇 184.2.3轉(zhuǎn)速調(diào)整器參數(shù)計算 194.2.4轉(zhuǎn)速調(diào)整器實現(xiàn) 204.2.5穩(wěn)態(tài)指標(biāo)校核 214.2.6轉(zhuǎn)速超調(diào)校核和抑制 21參考文件 23V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1調(diào)速方案確實定直流電動機有良好起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在很多需要調(diào)速或快速正反向電力拖動領(lǐng)域中有廣泛而關(guān)鍵利用。直流電動機調(diào)速方法有很多中，依據(jù)調(diào)速要求選定。直流電動機轉(zhuǎn)速和其它參量之間穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為：(1-1)式中n——轉(zhuǎn)速(r/min)；U——電樞電壓(V)；I——電樞電流(A)；R——電樞回路總電阻(?)；——勵磁磁通(Wb)；Ke——由電機結(jié)構(gòu)決定電動勢常數(shù)。上式中，Ke是常數(shù)，電流I是由負載決定，所以調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速有三種方法：調(diào)整電樞供電電壓U。減弱勵磁磁通。改變電樞回路電阻R。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑速度調(diào)整系統(tǒng)，以調(diào)整電樞供電電壓最為廣泛。從機械特征角度，后兩種調(diào)速方法會使電機機械特征變軟，影響帶載能力，故調(diào)整電樞電壓方法最好。2主電路結(jié)構(gòu)形式及組成由上述可知，所謂調(diào)速即是調(diào)電動機電樞電壓，由此調(diào)速系統(tǒng)是以電樞電壓為控制對象自動調(diào)整系統(tǒng)。2.1反饋閉環(huán)引入設(shè)計對系統(tǒng)調(diào)速范圍和帶載特征有較高要求。比較一下開環(huán)系統(tǒng)機械特征和閉環(huán)系統(tǒng)靜特征，就能清楚地看到反饋閉環(huán)控制優(yōu)點：閉環(huán)系統(tǒng)靜特征能夠比開環(huán)系統(tǒng)機械特征強硬得多；閉環(huán)系統(tǒng)靜差率要比開環(huán)系統(tǒng)小得多；靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)能夠大大提升調(diào)速范圍。由此，閉環(huán)系統(tǒng)能夠經(jīng)過自動調(diào)整作用降低穩(wěn)態(tài)速降，提升系統(tǒng)性能。另外，反饋控制體統(tǒng)含有良好抗干擾性能，它能有效地抑制一切被反饋環(huán)所包圍前向通道上擾動，而且完全服從給定作用。所以，為滿足設(shè)計要求調(diào)速范圍、靜特征和動態(tài)特征等要求，必需引入反饋閉環(huán)控制。2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)組成設(shè)計對系統(tǒng)動態(tài)性能要求較高，而且對轉(zhuǎn)速和電樞電流兩項參數(shù)同時約束動態(tài)指標(biāo)。采取PI調(diào)整單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能夠在確保系統(tǒng)穩(wěn)定前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過對于系統(tǒng)動態(tài)性能要求高場所下，如要求快速開啟，快速制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)就極難滿足要求。實際上，因為電動機是感性負載，加上主電路中電感作用，電流不可能突變。這造成單閉環(huán)系統(tǒng)中，電機開啟、制動和堵轉(zhuǎn)等情況下轉(zhuǎn)速和電樞電流動特征不能同時達成理想效果。根據(jù)反饋控制規(guī)律，采取某個物理量反饋就能夠保持該參量基礎(chǔ)不變。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)整器，分別調(diào)整轉(zhuǎn)速和電樞電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實施嵌套連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)整器(ASR)輸出看成電流調(diào)整器(ACR)輸入，再用電流調(diào)整器輸出去控制電力電子變換器(UPE)，其中電力電子變換器就是上文所說晶閘管整流裝置；TG為測速發(fā)電機，和變送器件組成速度反饋。這就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2-1所表示。圖2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)整器ACR—電流調(diào)整器TG—測速發(fā)電機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—電流反饋電壓為了取得良好靜、動態(tài)性能，滿足設(shè)計靜特征良好，無靜差要求，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)整器通常全部采取PI調(diào)整器，這么組成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖2-2所表示。圖中兩個調(diào)整器輸出全部是帶限幅作用，轉(zhuǎn)速調(diào)整器輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定電壓最大值，電流調(diào)整器輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器件最大輸出電壓Udm。圖2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特征分析依據(jù)上述電路原理圖，繪出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-3所表示：圖2-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)靜特征關(guān)鍵受調(diào)整器決定，PI調(diào)整器穩(wěn)態(tài)特征通常存在飽和和不飽和兩種狀態(tài)。在系統(tǒng)正常運行時，電流調(diào)整器不會達成飽和狀態(tài)。所以，對靜特征來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)整器飽和和不飽和兩種情況。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特征圖2-4所表示。圖2-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特征圖轉(zhuǎn)速調(diào)整器不飽和此時，兩個調(diào)整器全部不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們輸入偏差電壓全部是零，所以(2-1)(2-2)由式(2-1)可得(2-3)即是圖2-4所表示靜特征CA段。轉(zhuǎn)速調(diào)整器飽和此時，ASR輸出達成限幅值Uim*，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速改變對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)變成一個電流無靜差單電流閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時，(2-4)其中，最大電流Idm取決于電動機許可過載能力和拖動系統(tǒng)許可最大加速度。式(2-4)所描述靜特征對應(yīng)于圖2-4中AB段。由此能夠看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特征在負載電流小于Idm時，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時轉(zhuǎn)速負反饋其關(guān)鍵調(diào)整作用；當(dāng)電流達成Idm時，轉(zhuǎn)速調(diào)整器飽和輸出，這時電流調(diào)整器起關(guān)鍵調(diào)整作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流自動保護。2.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能分析依據(jù)圖2-2所表示電路原理圖建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，圖2-5所表示：圖2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖正如前述，設(shè)置雙閉環(huán)控制一個關(guān)鍵目標(biāo)就是要取得理想開啟、制動及堵轉(zhuǎn)等特殊情形時理想動態(tài)過程。所以，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能時，有必需首先探討系統(tǒng)開啟過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un*由靜止?fàn)顟B(tài)開啟時，轉(zhuǎn)速和電流動態(tài)過程圖2-6所表示。因為在開啟過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)整器經(jīng)歷了不飽和、飽和和退飽和三種狀態(tài)，整個開啟過程就分為圖中標(biāo)示三個狀態(tài)。圖2-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)開啟過程轉(zhuǎn)速和電流波形1)第I階段(0-t1)電流上升階段當(dāng)突加給定電壓后，上升，調(diào)整器跟隨作用使各參數(shù)上升，當(dāng)小于負載電流時，電機還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)后，電機開始起動，因為機電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增加，所以轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR輸入偏差電壓數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強迫電流快速上升。直到=，=電流調(diào)整器很快就壓制增加。在此過程中ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，ACR通常不飽和。2)第II階段(t1-t2)恒流升速階段在這個階段，ASR一直是飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下電流調(diào)整系統(tǒng)。電流基礎(chǔ)上保持恒定，所以系統(tǒng)加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增加。同時，電機反電動勢E也按線性增加，對電流調(diào)整系統(tǒng)產(chǎn)生一個線性漸增擾動量。為了克服它擾動，和也須按線性增加，才能保持恒定。ACR采取PI調(diào)整器，要使其輸出量按線性增加，其輸入偏差電壓必需維持一定恒值，即應(yīng)略低于。3)第III階段(t2以后)轉(zhuǎn)速調(diào)整階段當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR輸入偏差降低到零，但其輸出卻因為積分作用還維持在限幅值，所以電機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。只要仍大于負載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到=時，轉(zhuǎn)速n才抵達峰值。以后,電動機開始在負載阻力下減速，<，直到穩(wěn)定。在最終轉(zhuǎn)速調(diào)整階段內(nèi)，ASR和ACR全部不飽和，ASR起關(guān)鍵轉(zhuǎn)速調(diào)整作用，ACR使立即地跟隨其給定值，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)?？偠灾?，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、按時間最優(yōu)控制。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特征在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負反饋起關(guān)鍵調(diào)整作用；當(dāng)負載電流達成Idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)整器飽和，電流調(diào)整器起關(guān)鍵調(diào)整作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流自動保護。3主電路元部件確定及參數(shù)計算3.1可控直流源設(shè)計3.1.1可控直流源選定調(diào)整直流電動機電樞供電電壓需要有專門可控直流電源。常見可控直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機組。交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，取得可調(diào)直流電壓。靜止式可控整流器。用靜止式可控整流器取得可調(diào)直流電壓。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，用電力電子開關(guān)器件斬波或進行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生可變平均電壓。靜止式可控整流器中，由晶閘管組成整流裝置不僅經(jīng)濟可靠，而且技術(shù)性能優(yōu)越，控制方便，其缺點是只能單向?qū)щ姡ぷ鲿r不許可電流反向。因為設(shè)計只要求系統(tǒng)不可逆運行，所以采取晶閘管整流器為電機提供可控直流源。圖3-1所表示是簡易晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))原理圖。圖中VT是晶閘管可控整流器，經(jīng)過調(diào)整出發(fā)裝置GT控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖相位，即可改變平均整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。圖3-1晶閘管-電動機(V-M)調(diào)速系統(tǒng)原理圖晶閘管整流裝置中，最常見是三相全控橋式整流電路，其原理圖圖3-2所表示。裝置關(guān)鍵包含變壓器、晶閘管整流橋、晶閘管觸發(fā)電路和相關(guān)保護電路。圖3-2三相橋式全控整流電路3.1.2整流變壓器計算變壓器關(guān)鍵任務(wù)就是將整流電路和電網(wǎng)隔離，并把交流電壓值匹配成需要大小。整流電路在接入電網(wǎng)時因為變壓器一次側(cè)電壓為380V，大于電動機額定電壓，所以選擇降壓變壓器。為得到零線，變壓器二次側(cè)必需接成星型，而一次側(cè)接成三角形，這么能夠避免三次諧波電流流入電網(wǎng)，降低對電源干擾。通常記變壓器二次側(cè)電壓值為，考慮電路實際情況后應(yīng)該比理想情況下值大。理想情況下，變壓器一次側(cè)相電壓為＝380V，變壓器二次側(cè)線電壓為交流電壓在數(shù)值上等于輸出負載上直流電壓，即為直流電機額定電壓220V，所以＝220V。變壓器二次側(cè)相電壓計算： (3-1)取實際二次側(cè)電壓值，則變壓器變比： (3-2)因為負載為直流電動機帶電感，所以輸出電流平均值波形近似為一條直線，即平均值數(shù)值上和有效值相等，故 (3-3)依據(jù)三相全控橋變壓器二次側(cè)電流有效值計算公式： (3-4)可得，變壓器一次側(cè)電流有效值。依據(jù)以上算出數(shù)值，能夠直接算得變壓器初級容量、次級容量和平均計算容量S： (3-5) (3-6) (3-7)3.1.3晶閘管選擇合理選擇整流晶閘管關(guān)鍵參數(shù)是晶閘管額定電壓和額定電流。選擇時，額定電壓要留有一定安全裕量，通常取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2～3倍，即 (3-8)其中，為電路中晶閘管可能承受電壓峰值，對于三相全控整流電路： (3-9)可得： (3-10)額定電流即通態(tài)平均電流，是根據(jù)正向電流造成器件本身通態(tài)損耗發(fā)燒效應(yīng)來定義。所以在使用時應(yīng)根據(jù)實際波形電流和通態(tài)平均電流所造成熱效應(yīng)相等，即有效值相等標(biāo)準(zhǔn)來選擇晶閘管此項電流定額，并留有一定裕量。通常取其通態(tài)平均電流為按此標(biāo)準(zhǔn)所得計算結(jié)果1.5～2倍。由公式： (3-11)式中為晶閘管電流有效值。對三相全控整流電路，流過晶閘管電流有效值：當(dāng)， (3-12)當(dāng)， (3-13)而若時，電動機額定運行則有 (3-14)將=220V，=170V代入上式可得，和相矛盾，可知電動機不會在觸發(fā)角時額定運行，故。此時： (3-15)再次代入和，可得電動機額定運行時。所以各晶閘管電流有效值： (3-16)綜上，整流部分選擇額定電壓，額定電流晶閘管。3.1.4平波電抗器選擇對于直流電動機負載可控整流電路，為了使晶閘管整流供電直流電動機即使在最輕負載下()，也能工作在電流連續(xù)段機械特征直線上，要求電樞回路臨界電感量為 (3-17)其中，為最小負載時對應(yīng)最小電流，通常取電動機額定電流5％～10％，則有： (3-18)將其代入式(17)，可算得平波電抗器電感。3.2相關(guān)觸發(fā)電路伴隨集成電路制作技術(shù)提升，晶閘管觸發(fā)電路集成化已逐步普及。本設(shè)計選擇TC787作為驅(qū)動電路單元。TC787觸發(fā)塊能夠提供完全獨立六路觸發(fā)脈沖，它關(guān)鍵適適用于三相可控硅移相觸發(fā)電路和三相三極管脈寬調(diào)制電路，以組成多個調(diào)壓調(diào)速和變流裝置，含有功耗小、功效強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬，外接元件少等優(yōu)點；而且裝調(diào)簡便，使用可靠。它總共有18只管腳，管腳排列示意圖圖3-3所表示。圖3-3TC787管腳圖圖3-4TC787內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TC787由三路相同部分：同時過零和極性檢測、鋸齒波形成、鋸齒波比較，經(jīng)過抗干擾鎖定、脈沖形成等電路形成三相觸發(fā)調(diào)制脈沖或方波，由脈沖分配電路實現(xiàn)全控、半控工作方法，再由驅(qū)動電路完成輸出驅(qū)動。3.3保護電路設(shè)計3.3.1晶閘管過流保護電力電子電路運行不正?；虬l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常電力電子裝置均同時采取多個過電流保護方法，以提升保護可靠性和合理性。通常，電子電路作為第一保護方法，快速熔斷器僅作為短路時部分區(qū)段保護，過電流繼電器整定在過載是動作。采取快速熔斷器是電力電子裝置中最有效應(yīng)、應(yīng)用最廣泛一個過電流保護方法。本設(shè)計采取快速熔斷器來實現(xiàn)晶閘管過電流保護。3.3.2晶閘管過電壓保護電力電子裝置中可能發(fā)生過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓關(guān)鍵來自雷擊哈系統(tǒng)中操作過程等外部原因，包含操作過電壓、雷擊過電壓；內(nèi)因過電壓關(guān)鍵來自電力電子裝置內(nèi)部器件開關(guān)過程，包含換項過電壓和關(guān)斷過電壓。交流側(cè)過電壓通常全部是外因過電壓，通常見RC過電壓抑制電路抑制外因過電壓。通常是在變壓器次級(元件側(cè))并聯(lián)RC電路，吸收變壓器鐵心磁場釋放能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器電場能而儲存起來。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中能夠消耗一部分能量而且抑制LC回路可能產(chǎn)生振蕩。當(dāng)整流器容量較大時，RC電路也能夠接在變壓器電源側(cè)。其電路圖圖3-5所表示。圖3-5阻容過電壓保護電路4系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實際動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖4-1所表示:圖4-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖T0i—電流反饋濾波時間常數(shù)T0n—轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)因為電流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)整器輸入，需加低通濾波。這么濾波傳輸函數(shù)可用一階慣性步驟來表示，其濾波時間常數(shù)按需要選定，以濾平電流檢測信號為準(zhǔn)。然而，在抑制交流分量同時，濾波步驟也延遲了反饋信號作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個等時間常數(shù)慣性步驟，稱作給定濾波步驟。由測速發(fā)電機得到轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，所以也需要濾波，濾波時間常數(shù)用表示，依據(jù)和電流環(huán)一樣道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為給定濾波步驟。設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)通常標(biāo)準(zhǔn)是：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計電流調(diào)整器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)整系統(tǒng)中一個步驟，設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)整器。依據(jù)已給參數(shù)可初步算得：許可過載倍數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)4.1電流調(diào)整器設(shè)計4.1.1電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)簡化在圖4-1所表示系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中，反電動勢和電流反饋作用相互交叉，將給設(shè)計帶來麻煩。故為設(shè)計計算方便，對系統(tǒng)動態(tài)作以下近似處理：忽略反電動勢動態(tài)影響；等效成單位負反饋系統(tǒng)；小慣性步驟近似處理。近似條件為：(4-1)因為Ts和Toi通常全部小得多，能夠看成小慣性群而近似地看作是一個慣性步驟，其時間常數(shù)為：T∑i=Ts+Toi(4-2)簡化后電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖4-2所表示：圖4-2簡化后電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計穩(wěn)態(tài)要求期望電流無靜差，以得到理想堵轉(zhuǎn)特征，由圖4-2能夠看出，采取I型系統(tǒng)就夠；動態(tài)要求方面，實際系統(tǒng)不許可電樞電流在突加控制作用時有太大超調(diào)，以確保電流在動態(tài)過程中不超出許可值，而對電網(wǎng)電壓波動立即抗擾作用只是次要原因。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選擇經(jīng)典I型系統(tǒng)。由圖4-2，電流環(huán)控制對象是雙慣性型，要校正成經(jīng)典I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采取PI型電流調(diào)整器，其傳輸函數(shù)能夠?qū)懗?4-3)式中Ki—電流調(diào)整器百分比系數(shù)；ti—電流調(diào)整器超前時間常數(shù)。為了讓調(diào)整器零點和控制對象大時間常數(shù)極點對消，選擇(4-4)則電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖4-3所表示經(jīng)典形式:圖4-3校正后電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖其中(4-5)4.1.2電流調(diào)整器參數(shù)計算1.確定時間常數(shù)1)整流裝置滯后時間常數(shù)Ts：三相橋式整流電路平均時空時間Ts=0.0017s。2)電流濾波時間常數(shù)Toi：由給定濾波時間常數(shù)Toi=0.0025s。3)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，T∑i=Ts+Toi=0.0042s。2.計算調(diào)整器參數(shù)1)電流調(diào)整器超前時間常數(shù)：2)電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，應(yīng)取，得3)ACR百分比系數(shù)：3.檢驗近似條件電流環(huán)截止頻率：1)晶閘管整流裝置傳輸函數(shù)近似條件，滿足近似條件。2)忽略反電動勢改變對電流環(huán)動態(tài)影像條件，滿足近似條件。3)電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件，滿足近似條件。4.1.3電流調(diào)整器實現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波PI型電流調(diào)整器原理圖圖4-4所表示，圖中Ui*為電流給定電壓，為電流負反饋電壓，調(diào)整器輸出就是電力電子變換器控制電壓Uc。圖4-4含給定濾波和反饋濾波PI型電流調(diào)整器取運算放大器,由運算放大器電路原理可得各電阻和電容值為，，取，取，取根據(jù)上述參數(shù)，電流環(huán)能夠達成動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿足設(shè)計要求。4.2轉(zhuǎn)速調(diào)整器設(shè)計4.2.1電流環(huán)等效閉環(huán)傳輸函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中一個步驟，可求得其閉環(huán)傳輸函數(shù):(4-6)忽略高次項，可近似降階為:(4-7)其近似條件為(4-8)式中—轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特征截止頻率。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效步驟輸入量應(yīng)為，所以電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為：(4-9)這么，原來是雙慣性步驟電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，能夠近似地等效成只有較小時間常數(shù)一階慣性步驟。4.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)整器結(jié)構(gòu)選擇用電流環(huán)等效步驟替換圖4-1中電流環(huán)，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)等效動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖4-5：圖4-5等效步驟替換電流環(huán)后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波步驟移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成/a，再把時間常數(shù)為1/KI和T0n兩個小慣性步驟合并起來，近似成一個時間常數(shù)為慣性步驟，其中(4-10)為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必需有一個積分步驟，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR中。在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分步驟，所以轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳輸函數(shù)應(yīng)共有兩個積分步驟，所以轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該設(shè)計成經(jīng)典Ⅱ型系統(tǒng)，這么同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采取PI調(diào)整器，其傳輸函數(shù)為(4-11)式中Kn—轉(zhuǎn)速調(diào)整器百分比系數(shù)；tn—轉(zhuǎn)速調(diào)整器超前時間常數(shù)?？傻谜{(diào)速系統(tǒng)開環(huán)傳輸函數(shù)為(4-12)令轉(zhuǎn)速開環(huán)增益KN為(4-13)則(4-14)不考慮負載擾動時，校正后調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖4-6所表示。圖4-6校正成經(jīng)典Ⅱ型系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖4.2.3轉(zhuǎn)速調(diào)整器參數(shù)計算1.確定時間常數(shù)1)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI：2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton：由給定濾波時間常數(shù)Ton=0.015s3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)之和T∑n：按小時間常數(shù)近似處理，取T∑n=+Ton=0.0084s+0.015s=0.0234s2.計算調(diào)整器參數(shù)1)按跟隨和抗擾性能全部很好標(biāo)準(zhǔn)，取h=5，則轉(zhuǎn)速調(diào)整器超前時間常數(shù)：2)由式4-13可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益3)ASR百分比系數(shù)：3.檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為1)電流環(huán)傳輸函數(shù)簡化條件為，滿足近似條件。2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件，滿足近似條件。4.2.4轉(zhuǎn)速調(diào)整器實現(xiàn)圖4-7含給定濾波和反饋濾波PI型轉(zhuǎn)速調(diào)整器含給定濾波和反饋濾波PI型調(diào)整器原理圖圖4-7所表示，圖中U*n—為轉(zhuǎn)速給定電壓；-an—為轉(zhuǎn)速負反饋電壓；U*i—調(diào)