電力拖動課程設計

課程設計任務書

學生姓名：專業(yè)班級：

指導教師：工作單位：自動化學院

題目：脈寬調制雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計

初始條件：

UN=48V,Ia=3.7A,Nn=2023r/min,電樞電阻Ra=6.5C,電樞回路總電阻

R=8。，電磁時間常數T【.=5ms,電源電壓為60V。穩(wěn)態(tài)無靜差。

規(guī)定完畢的重要任務：（包括課程設計工作量及其技術規(guī)定，以及闡明書撰寫等詳細

規(guī)定）

1.系統(tǒng)原理圖設計；

2.調速系統(tǒng)電路設計；

3.過程分析，參數設計計算與校驗；

4.根據開通時間和開關頻率計算調速范圍。

5.按規(guī)范格式撰寫設計匯報（參照文獻不少于5篇）打印

時間安排：（10天）

6月2日—6月3日查閱資料

6月4日一6月7日方案設計

6月8日—6月10日饌寫程設計匯報

6月11日提交匯報，答辯

指導教師簽名：2023年6月1日

系主任（或責任教師）簽名:年月日

摘要

變壓調速是直流調速系統(tǒng)歐I重要調速措施，系統(tǒng)內硬件構造至少包括了兩個部分：

可以調整直流電動機電樞電壓的直流電源盒產生被調轉速的直流電動機。伴隨電力電子

技術E向發(fā)展，可控直流電源重要有兩大類，第一類是相控整流，它把交流電源直接轉換

成可控的直流電源；第二類是直流脈寬變換器，它先用不可控整流把交流電變換成直流,

然后用PWM脈寬調制方式輸出的直流電壓。當用可控直流電源盒直流電動機構成一種直

流調速系統(tǒng)時，它們所體現出來的性能指標和人們的期望值總是存在差距H勺，處理此問

題的措施是設計具有轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)。由于只帶有轉速反饋口勺控制系統(tǒng)的

控制對象是轉速，沒有控制電流，該系統(tǒng)需要實行限流保護。此外增長電流反饋能提

高系統(tǒng)『'J動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標。

關鍵字：變壓調速轉速反饋電流反饋

目錄

摘要................................................................2

1直流調速系統(tǒng)可用的）可控直流電源....................................1

1.1晶閘管整流器一電動機系統(tǒng)..............................................1

1.2直流PWM變換器一電動機系統(tǒng)............................................1

2轉速電流反饋控制日勺直流調速系統(tǒng)...................................3

2.1轉速電流雙閉環(huán)長處....................................................3

2.2轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的構成..................................3

2.3調整器日勺作用..........................................................5

2.3.1轉速調整器日勺作用.................................................5

2.3.1電流調整器日勺作用.................................................5

3直流PWM可逆調速系統(tǒng).............................................6

3.1直流PWM傳動系統(tǒng)構造圖................................................6

3.2H橋雙極式逆變器日勺工作原理.............................................6

3.3PWM調速系統(tǒng)日勺靜特性...................................................9

4主電路方案和控制系統(tǒng)............................................10

4.1PWM變換器時選用.....................................................11

4.2傳感器以及測速發(fā)電機日勺選用...........................................12

4.3驅動電路選用..........................................................12

4.4調整器日勺選擇..........................................................13

4.5脈寬調制器選用.......................................................13

5雙閉環(huán)調整器日勺設計............................................14

5.1電流環(huán)日勺設計.........................................................14

5.2轉速環(huán)日勺設計.........................................................16

5.3轉速超調量校驗.......................................................18

6電路圖與仿真成果..............................................18

6.1電路圖................................................................18

6.2仿真圖................................................................18

心得體會.......................................................25

參照文獻.......................................................26

1直流調速系統(tǒng)可用的可控直流電源

1.1晶閘管整流器——電動機系統(tǒng)

晶閘管整流器，通過調整觸發(fā)裝置GT的控制電壓上來移動觸發(fā)脈沖的相位，變化

可控整流器平均輸出直流電壓U”，從而實現直流電動機的平滑調速。晶閘管可控整流

器日勺功率放大倍數在1°“以上，門極電流可以直接用電子控制；響應時間是毫秒級，具

有迅速日勺控制作用；運行損耗小，效率高；這些長處使V-M系統(tǒng)后日勺了優(yōu)越的性能。

但晶閘管整流器運行中存在某些問題，重要表目前：

1）晶閘管一般是單向導電元件，不容許電流反向，這給電動機實現可逆運行導致

困難；

2）對過電壓。過電流等十分敏感，只要一超過容許值都也許在很短的I時間內損壞

元件；

3）晶閘管日勺控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，它對交流電源是一種感性負載，吸取

滯后無功功率，因此功率原因很低，假如它在電網中容量大，將導致“電力公害”；

4）晶閘管整流裝置內輸出電壓時脈動的，并且脈動數總是有限H勺。

1.2直流PWM變換器——電動機系統(tǒng)

自從全控型電力電子器件問世后來，就出現了采用脈沖寬度調制日勺高頻開關控制方

式，形成了脈寬調制變換器-直流電動機調速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調速系統(tǒng)，或直流PWM

調速系統(tǒng)。與V-M系統(tǒng)相比，直流PWM調速系統(tǒng)在諸多方面有較大的優(yōu)越性：

1）PWM調速系統(tǒng)主電路線路簡樸，需用日勺功率器件少；

2）開關頻率高，電流輕易持續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小;

3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍廣，可達1：10000左右;

4）假如可以與迅速響應日勺電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能

力強；

5）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率合適時，開關損耗也

不大，由于裝置效率高；

6）直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高。

由于有上述長處，直流PWM調速系統(tǒng)日勺應用日益廣泛，尤其在中、小容量的高動

態(tài)性能系統(tǒng)中，己經完全取代了該系統(tǒng)。

2轉速電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)

2.1轉速電流雙閉環(huán)長處

同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列長處。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)內部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產生對應日勺控制

作用去消除偏差。因此，它具有克制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系

統(tǒng)的響應特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些長處因此選用此環(huán)系統(tǒng)。

單閉環(huán)速度反饋調速系統(tǒng)，采用PT控制器時，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。

不過假如對系統(tǒng)H勺動態(tài)性能規(guī)定較高，假如規(guī)定迅速起制動，突加負載動態(tài)速降小等，

單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足規(guī)定。這重要是由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照規(guī)定來控制動

態(tài)過程的電流或轉矩。此外，單閉環(huán)調速系統(tǒng)tl勺動態(tài)抗干擾性較差，當電網電壓波動時,

必須待轉速發(fā)生變化后，調整作用才能產生，因此動態(tài)誤差較大。

在規(guī)定較高日勺調速系統(tǒng)中，一般有兩個基本規(guī)定：一是可以迅速啟動制動；二是可

以迅速克服負載、電網等干擾。通過度析發(fā)現，假如規(guī)定迅速起動，必須使直流電動機

在起動過程中輸出最大的恒定容許電磁轉矩，即最大的恒定容許電樞電流，當電樞電流

保持最大容許值時，電動機以恒加速度升速至給定轉速，然后電樞電流立即降至負載電

流值。假如規(guī)定迅速克服電網的干擾，必須對電樞電流進行調整。

以上兩點都波及電樞電流的控制，因此自然考慮到將電樞電流也作為被控量，構成

轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。

2.2轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的構成

轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)用ri調整器實現轉速穩(wěn)態(tài)無靜差，消除負載轉矩擾動

對穩(wěn)態(tài)轉速H勺影響，并用電流截止負反饋限制電樞電流的沖擊，防止出現過電流現象。

但轉速單閉環(huán)系統(tǒng)并不能充足按照理想規(guī)定控制電流（或電磁轉矩）的動態(tài)過程C

對于常常正、反轉H勺調速系統(tǒng)，如龍門刨床、可逆軋鋼機等，縮短起、制動過程日勺

時間是提高牛產效率H勺原因.為此，在啟動（或制動）過渡過程中，但愿一育保持電流

（電磁轉矩）為容許H勺最大值。當抵達穩(wěn)態(tài)轉矩是平衡，從而迅速轉入穩(wěn)態(tài)運行。此類

理想H勺啟動（制動）過程示與圖2T,啟動電流呈矩形波，轉矩按線性增長。這是在最

大電流（轉矩）受限制時調速系統(tǒng)所能獲得的最快的啟動（制動）過程。

⑶帶電流截止負反饋日勺單閉環(huán)調速系統(tǒng)起動過程（b）理想迅速起動過程

圖2-1調速系統(tǒng)起動過程的I電流和轉速波形

實際上，由于主電路電感日勺作用，電流不也許突變，為了實目前容許條件下的最快

啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值/加日勺恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采

用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應當可以得到

近似日勺恒流過程。問題是，應當在啟動過程中只有電流負反饋，沒有轉速負反饋，在到

達穩(wěn)態(tài)轉速后，又但愿只要轉速負反饋，不再讓電流負反饋發(fā)揮作用。怎樣才能做到這

種既存在轉速和電流兩種負反饋，又使它們只能分別在不一樣的階段里起作用呢？只用

一種調整器顯然是不也許的，采用轉速和電流兩個調整器應當能行，問題是在系統(tǒng)中怎

樣連接。

為了使轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調整器，分別引入

轉速負反饋和電流負反饋以調整轉速和電流。兩者之間實行嵌套（或稱串級）連接，如

圖2-2所示。把轉速調整器日勺輸出當作電流調整器的輸入，再用電流調整港歐I輸出去控

制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)構造上，電流環(huán)在里面，稱為內環(huán)；轉速環(huán)在外面，稱

為外環(huán)。這就形成了轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能,

轉速和電流兩個調整器一般都采用PI調整器。

圖2-2轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)原理圖

2.3調整器的作用

轉速調整器和電流調速器在雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中的作用可歸納如下：

2.3.1轉速調整器的作用

1）轉速調整器是調速系統(tǒng)的主導調整器，它使轉速〃很快地跟隨給定電壓U；變化,

穩(wěn)態(tài)時可減少轉速誤差，假如采用PI調整器，則可實現無靜差。

2）對負載變化器抗擾作用。

3）其輸出限幅值決定電動機容許口勺最大電流。

2.3.1電流調整器的作用

1）作為內環(huán)的調整器，在轉速外環(huán)的調整過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨器

給定電壓U：的變化。

2）對電網電壓的波動期及時抗擾的I作用。

3）在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電動機容許的最大電流，從而加緊動態(tài)過程。

4）當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流日勺最大值，器迅速的I自動保護作用。

一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。

3直流PWM可逆調速系統(tǒng)

3.1直流PWM傳動系統(tǒng)構造圖

直流PWM控制系統(tǒng)是直流脈寬調制式調速控制系統(tǒng)的簡稱，與晶閘管直流調速系統(tǒng)

的區(qū)別在于用直流PWM變換器取代了晶閘管變流裝置，作為系統(tǒng)內功率驅動器，系統(tǒng)構

成原理如圖IT所示。其中屬于脈寬調制調速系統(tǒng)重要由調制波發(fā)生器GM、脈寬調制器

UPM邏輯延時環(huán)節(jié)DLD和電力晶體管基極的驅動器GD和脈寬調制（PWM）變換器構成,

最關鍵的I部件為脈寬調制器。

圖37直流PWM傳動系統(tǒng)構造圖

3.2H橋雙極式逆變器的工作原理

脈寬調制器H勺作用是：用脈沖寬度調制日勺措施，把恒定的直流電源電壓調制成頻率

一定寬度可變的脈沖電壓序列，從而平均輸出電壓的大小，以調整電機轉速。

可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路如圖3-2所

示。這時電動機M兩端電壓的極性隨開關器件驅動電壓的極性變化而變化。

圖3-2H形雙極式逆變器電路

a.正向電動運行波行

圖3-3H形雙極式逆變器的驅動電壓電流波形

它們的關系是：在一種開關周期內，當晶體管飽和導通而截止，這時在一種周期內

正負相間，這是雙極式H附變換器的特性，其電壓、電流波形如圖3-3所示。電動機口勺

正反轉體目前驅動電壓正、負脈沖的寬窄上。當正脈沖較寬時，，則的平均值為正，電

動機正轉，當正脈沖較窄時，則反轉；假如正負脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動

機停止。

雙極式控制可逆PWM變換器日勺輸出平均電壓為

（3-1）

TTIT）

假如定義占空比夕二午，電壓系數7=興則在雙極式可逆變換器中

/=2p-l（3-2）

調速時，夕日勺可調范圍為0?1對應的/=-1~+1。當夕時，/為正，電動機正

轉；當p<g時，/為負，電動機反轉；當p=g時，/=0,電動機停止。但電動機停

止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。

這個交變電流的平均值等于零，不產生平均轉矩，徒然增大電動機的損耗這是雙極式控

制的缺陷。但它也有好處，在電動機停止時仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向

時靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”口勺作用。

正向運行時見（圖3-3a）：

第1階段，在OWtWton期間，Ubl.Ub4為正，VTUVT4導通，Ub2、Ub3為負，

VT2、VT3截止，電流id沿回路1流通，電動機M兩端電壓UAB二+Us；

第2階段，在tonWtWT期間，UbkUb4為負，VTKVT4截止，VD2、YD3續(xù)流，

并使VT2、VT3保持截止，電流id沿回路2流通，電動機M兩端電壓UAB二-Us;

反向運行時見（圖3-3b）：

第1階段，在OWtWton期間，Ub2、Ub3為負,VT2、VT3截止，VDKVD4續(xù)流,

并使VTLVT4截止，電流-id沿回路4流通，電動機M兩端電壓UAB=+Us;

第2階段，在tonWtWT期間，Ub2、Ub3為正，VT2、VT3導通，UbkUb4為負,

使VT1、VT4保持截止，電流-id沿回路3流通，電動機M兩端電壓UAB二-Us。

雙極式控制日勺橋式可逆PWM變換器的長處：

1)電流一定持續(xù)。

2)可使電動機在四象限運行。

3)電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。

4)低速平穩(wěn)性好，每個開關器件日勺驅動脈沖仍較寬，有助于保證器件的可靠導通。

雙極式控制方式日勺局限性之處是：在工作過程中，四個開關管器件也許處在開關狀

態(tài)，開關損耗大，并且在切換時也許發(fā)生上、下橋臂直通的事故。為防止直通，在上、

下橋臂的J驅動脈沖之間設置邏輯延時。

3.3PWM調速系統(tǒng)的靜特性

由于采用了脈寬調制，電流波形都是持續(xù)H勺，因而機械特性關系式比較簡樸，電壓

平衡方程如下

U$=Rid+L*E(G<t<ton)

U、=R"+L*+E(tw<t<T)

按電壓平衡方程求一種周期內的平均值，即可導出機械特性方程式，電樞兩端在一

種周期內的電壓都是S=yU,,平均電流用〃表達，平均轉速〃=E/C,,而電樞電感壓

降L華的平均值在穩(wěn)態(tài)時應為零。于是其平均值方程可以寫成則機械特性方程式

dt

4主電路方案和控制系統(tǒng)

主電路選用直流脈寬調速系統(tǒng)，控制系統(tǒng)選用轉速、電流雙閉環(huán)控制方案。主電路

采用25JPF40電力二極管不可控整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管H勺功率開關管IGBT構

成H型雙極式控制可逆PWM變換器。其中屬于脈寬調速系統(tǒng)特有H勺部分重要是UPM、邏

輯延時環(huán)節(jié)DLD,全控型絕緣柵雙極性晶體管驅動器GD和PWM變換器。系統(tǒng)中設置了電

流檢測環(huán)節(jié)、電流調整器以及轉速檢測環(huán)節(jié)、轉速調整器，構成了電流環(huán)和轉速環(huán)，前

者通過電流兀件H勺反饋作用穩(wěn)定電流，后者通過轉速檢測兀件的反饋作用保持轉速穩(wěn)

定，最終消除轉速偏差，從而使系統(tǒng)到達調整電流和轉速H勺目的。該系統(tǒng)起動時，轉速

外環(huán)飽和不起作用，電流內環(huán)起重要作用，調整起動電流保持最大值，使轉速線性變化,

迅速到達給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉速負反饋外環(huán)起重要作用，使轉速隨轉速給定電壓的

變化而變化，電流內環(huán)跟隨轉速外環(huán)調整電機的電樞電流以平衡負載電流C

II橋式可逆直流脈寬調速系統(tǒng)主電路的如圖4-1所示。PWM逆變器的直流電源由交

流電網經不控的二極管整流器產生，并采用大電容G濾波，以獲得恒定的直流電壓a由

于電容量較大，突加電源時相稱短路，勢必產生很大H勺充電電流，輕易損壞整流二極管。

為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串入限流電阻R0（或電抗），合上電源后

來，延時用開關將RO短路，以免在運行中導致附加損耗。

濾波電容器往往在PWM裝置日勺體積和重量中占有不小的份額，因此電容量的選擇是

PWM裝置設計中日勺重要問題。但對于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，尚有

當電機制動時吸取運行系統(tǒng)動能H勺作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不也許回

饋電能，電機制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓”。

為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rb消耗掉這些能量，在泵升電壓到達容許值時接通VT5O

4.1PWM變換器的選用

PWM變換器有可逆和不可逆兩類?？赡孀儞Q器乂有雙極式、單極式和受限單極式等

多種。由于題目規(guī)定須事先電動機可逆運行，故本設計選用帶續(xù)流的絕緣柵雙極晶體管

IGBT構成H型雙極性控制PWM變換器。其中，電源電壓Us選用不可控電力二極管25JPF40

整流提供，并采用大電容C進行濾波。

功率管開關管應承受2Us的電壓，為此選用FGA25N120AN絕緣柵雙極晶體管1GBT

并接在功率開關管兩端二級管用在1GBT關斷時為電樞回路提供釋放電感儲能的續(xù)流。

FGA25Nlfi參數：Vce=200V,lc=15Ao選用10CTF30型電力二極管，If=10A,Urm=300Vo

采用單相交流220V供電，變壓器二次電壓為67V,橋式整流二極管最大反向電壓不

小于電源的幅值日勺2倍，最大整流電流按2倍額定電流考慮。選25JPF40,If=25A,

Urm=400Vo

整流橋輸出端所并接內電容作用濾除整流后日勺電壓紋波，并在負載變化時保持電壓

平穩(wěn)。此外，當脈寬調速系統(tǒng)的電動機減速或停車時，貯存在電動機和負載轉動部分的

動能將由電容器吸取，因此所用日勺電容較大，這里選用4000uf,電壓按不小于2倍電壓

選擇。

4.2傳感器以及測速發(fā)電機的選用

由于題目規(guī)定需要對電流進行采樣，故此這里我們選用霍爾電流傳感器HNC-025A,

HNC-025A傳感器所能測量日勺額定電流為5A、6A、8A、12A、25A,當原邊導線通過電流

傳感器時，原邊電流IP會產生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內置在磁芯

氣隙中的霍爾電片可產生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應電壓，通過后

續(xù)電子電路可把這個微小的信號轉變成副邊電流IS,并存在如下關系式：IS*NS二

IP*NPo在外環(huán)中，我們需要有速度的反饋，這里我們選用永磁式ZYS231/110型作為

測速機，試驗數據：Ptn=23.1W,Utn=110V,Itn=0.21A,Ntn=1900r/mino

4.3驅動電路選用

驅動電路的作用是將控制電路輸出的PWM信號放大至足以保證IGBT可靠導通或

關斷的程度。同步具有實現主電路與控制電路相隔直，故障后自動保護及延時等功能。

這里我們選用上海馬克電氣企業(yè)日勺AST96X系列日勺MAST5-2C-U12型IGBT驅動板，

AST96X為單路光電耦合隔離帶短路、欠壓和過壓保護功能日勺IGBT驅動模塊；MAST

系列為1-7路、帶隔離電源日勺IGBT驅動板，易于使用，對供電電源規(guī)定低，合

用600V-1700V的多種不一樣類型IGBT驅動；兩者均提供電流源或電壓源一電

阻兩種驅動方式，具有單電源供電、輸入電壓范圍寬、內置正負電壓發(fā)生器以及電壓濾

波器、內置短路保護電路、內置驅動欠壓和過壓保護電路、內置VCE檢測的快恢復高

壓二極管、內置光電耦合器以傳播驅動保護/故障信號、內置柵極過壓箝位元件等特點。

MAST5-2C-U12是為控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，

將分立電路集成在單片IC之中，使外圍涔件成本減少，整機可靠性提高。該產品為人

規(guī)模集成基極驅動電路，可對IGBT實現較理想的基極電流優(yōu)化驅動和自身保護。

4.4調整器的選擇

根據題目規(guī)定我們嘗試用P調整器進行動態(tài)校正，不過存在靜差，PI調整器可以深

入提高穩(wěn)態(tài)性能，到達消除穩(wěn)態(tài)速差的地步。在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓擾動的作

用點離被調量較遠，調整作用受到多種環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調速系統(tǒng)抵御電壓擾動

H勺性能要差某些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流內環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得

到比較及時H勺調整，不必等它影響到轉速后來才能反饋回來，抗擾性能大有改善。為了

獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉速和電流兩個調整器，并且這里我們采用PI調整器。

4.5脈寬調制器選用

脈寬調制器用于產生控制PWM變換器的功率器件通斷1內PWM信號。常用種類有：

模擬式，數字式和專用集成電路。這里選用美國德克薩斯儀器企業(yè)TL494專用集成電路

作為雙端輸出型脈寬調制器，其載波為鋸齒波信號，振蕩頻率/=L1/(R『C『)，其中和

取值范圍：％=5?1002,g=0.001~0.1"

雙閉環(huán)調整器的設計

5.1電流環(huán)的設計

(1)確定常數時間常數

1）整流裝置滯后時叵常數常數7；=0.003s

2）電流濾波時間常數〃=0.0005s

3）電流環(huán)小時間常數之和心=（+7；,=0.0009s

（2）選著電流調整器構造

1）根據設計規(guī)定5?5%,并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按經典I型系統(tǒng)設計電流調整

器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型日勺，因此可用PI型電流調整器，其傳遞函數為

Kg+1)

IV=(5-1)

檢查對電源電壓日勺抗擾性能：豈?！毙?k5.56,滿足經典I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能,

q（）.0009

各項指標都是可以接受口勺C

（3）計算電流調整器參數

電流調整器超前時間常數：壬=7；=0.005s。

電流環(huán)開環(huán)增益：規(guī)定期應取勺7=0.5,因此

K,=—=2-=5556「(5-2)

/&0.009

于是，ACR歐J比例系數為

〃K.T.R555.6x0.005x8.

降=''=----------------=3.48o(5-3)

'Ks/34.8x1.33

（4）校驗近似條件

電流環(huán)截止頻率：%=g=5556廠

1）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數日勺近似條件

1_1

力833.3s">c%

37f-3x0.0004滿足近似條件

2)校驗忽視反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響日勺條件

—!—X94.95-'<4滿足近似條件

3

0.2x0.005”

3)校驗電流環(huán)小時間常數近似處理條件

-------------。745.4『>氣’.滿足近似條件

00.0004x0.0095-------------"

(5)計算調整器電阻和電容

按所用運算放大器取凡=402,則各電阻和電容值計算如

凡=KR,=3.48x40KI=139.22取R,=1402

二二x6『=0.0357//F

0.00510取G=0.04"

'&140x10'產產

C*二4x0.0005

X106//F=0.05//F取C=0.05pF

°R°40xl03oi

(6)按照上述參數，電流環(huán)可以到達的動態(tài)指標為。,％=4.3%<5%,故滿足設計規(guī)定。

5.2轉速環(huán)的設計

(1)確定期間常數

電流環(huán)等效時間常數為」-

1)

J-=27^.=2x0.0009=0.0018$。

2)轉速濾波時間常數&=0.0055o

3)轉速環(huán)小時間常數4〃。按小時間常數近似處理，取

&=27；,.+T0n=0.0018+0.005=0.0068s。

(2)選擇轉速調整器構造

按設計規(guī)定，選用PI調整器，其傳遞函數為

=((小1)

vvASR(s)(5-4)

(3)計算轉速調整器參數

按跟隨和抗擾性能都很好的原則，取〃=5,則ASR的超前時間常數為

0=〃&=5x0.0068s=0.034s

由轉速環(huán)開環(huán)增益

K_"+16

}=2595s二(5-5)

V-2/7%；2x25x0.0()682

于是，可求得ASR的比例系數為

K_(一+1)6。工“_6x1.33x().18x0.2

?10.56(5-6)

"-2haRT.n~2x5x0.05x8x0.0068

(4)校驗近似條件

由轉速環(huán)截止頻率為

”“=陛=(=與95x0.034,b=88.23.「(5-7)

9

1)電流環(huán)傳遞函數簡化條件

滿足簡化條件

2)轉速環(huán)小時間常數近似處理條件

滿足近似條件

(5)計算調整器電阻和電容

取《=40心，則

&=K”凡=10.56x40〃。=422.4*0取代=420*0

T0034,

X106AF=0.081A/7取C=0.08//F

“=R=“420xlO5”

4XQ（X6

Co?=組=^X10/ZF=0.5//F取Cg=0.5//F

Ro*。加

（6）校核轉速超調量

當〃=5時，查表可知，4=37.6%,不能滿足設計規(guī)定。實際上在校驗中是按照線性系

記錄算口勺，而突加階躍給定期，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)煩人前提，應當按ASR退飽

和的狀況重新計算超調量C

5.3轉速超調量校驗

⑴超調量日勺計算

5%=A￡j2/l(-z)也x4

G〃Nr

當/?=5時，=81.2%,而==7x87ymin=164.4r/min,因此

ChCe0.