直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)封皮（統(tǒng)一）目錄格式：目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1技術(shù)數(shù)據(jù) 11.2要求完成的任務(wù) 2 2直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成2.1雙閉環(huán)系統(tǒng)總體原理結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)各組成部分電路方案設(shè)計(jì)晶閘管整流電路與保護(hù)電路觸發(fā)控制電路2.2.3 系統(tǒng)給疋2.2.4 檢測電路2.2.5 調(diào)節(jié)器的選擇226電氣控制3 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)計(jì)算4 參考文獻(xiàn)5 附錄附錄1 直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙附錄2 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)附件一：設(shè)計(jì)說明書書格式要求：1 設(shè)計(jì)任務(wù)：1.1 技

2、術(shù)數(shù)據(jù)（ 1）用線性集成電路運(yùn)算 放大器作為調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速、電流無靜差直流 控制系統(tǒng)，主電路由晶閘管可控整流電路供電的 V-M 系統(tǒng) 電動機(jī)：額定數(shù)據(jù) 40KW,220V,210A,1000r/min, 電樞電阻 Ra=0.5Q ,Rrec=0.8,Ks=40飛輪轉(zhuǎn)矩 :Kgm*m=7.0, 過載倍數(shù) 1.5 晶閘管可控整流電路：三相橋式整流電路，整流變壓器Y/Y 連接，二次測線電壓 U2l=230VV-M 系統(tǒng)電樞回路總電阻： R=1 Q 測速發(fā)電機(jī)：永磁式，額定數(shù)據(jù) 23.1W,110V,0.21A,1900r/min（ 2）穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍:D=10 ;靜態(tài)率:s% <

3、; 5%（ 3）動態(tài)性能指標(biāo)起動超調(diào)量:a n % < 15%a i % < 5%擾動產(chǎn)生的動態(tài)偏差:（n max-n min ）/n min *100% < 10% ； 恢復(fù)時間:tf < 0.5s（4）對起動、停車的快速性無特別要求1.2 要求完成的任務(wù)（ 1） 完成直流轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)（2）按性能系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與相關(guān)計(jì)算（3）在實(shí)驗(yàn)室完成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)（4）呈交一份不少于 5000 字課程設(shè)計(jì)說明書 ,一套設(shè)計(jì)圖紙 , 一份 實(shí)驗(yàn)報告2 直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成2.1 雙閉環(huán)系統(tǒng)總體原理結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖與其描述圖2-1

4、直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是最典型的直流調(diào)速系統(tǒng)，其原 理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。雙閉環(huán)控制電流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流分別由兩個獨(dú) 立的調(diào)節(jié)器分別控制，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，因 此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電機(jī)電樞的電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速 時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用使輸出增加，即電流給定上升，并通過電流 環(huán)調(diào)節(jié)使電機(jī)電流增大，從而使電機(jī)獲得加速轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng) 實(shí)際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出減小，即給定電流減小， 并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電機(jī)電流下降，電機(jī)將因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩減小而減速。 在當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達(dá)到限幅值時，電流環(huán)即以最

5、大電流限制Idm實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速，使電機(jī)的啟動時間最短，在可逆調(diào)速系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電機(jī)的 快速制動。在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，由于晶閘管整流器不能通過反向電 流，因此不能產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)快速制動。2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)各組成部分電路方案設(shè)計(jì)晶閘管整流電路與保護(hù)電路如下圖，為晶閘管整流電路原理圖，其中整流變壓器以Y/Y連接。三相橋式全控整流電路的特點(diǎn):1）2管同時通形成供電 回路，其中共陰極組 和共陽極組各1，且不 能為同1相器件。2）對觸發(fā)脈沖的要求：按 VT1-VT2-VT 3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組2VTi、VT3、VT5的脈沖依次差120 °，共陽極組VT4

6、、VTe、VT2也VTe，VT5與VT2，脈沖相 180圖2-2三相依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與橋式全控整流電路原理圖3）Ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。4）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可米用兩種方法:一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、 反向電壓的關(guān)系也相同。在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必要的保護(hù)電路：1）過電壓保護(hù)措施:圖2-3 過電壓抑制措施與

7、配置位置F?避雷器D ?變壓器靜電屏蔽層C?靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RCi?閥側(cè)浪涌過電壓抑制用 RC電路 RC2?閥側(cè)浪涌過電壓抑制用 反向阻斷式RC電路RV?壓敏電阻過電壓抑制器RC3 ?閥器件換相過電壓抑制用 RC電路RC4?直流側(cè)RC抑制電路 RCD?閥器件關(guān)斷過電壓抑制用 RCD電路鸚電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。2)過電流一一過載和短路兩種情況保護(hù)措施:圖2-4 過電流保護(hù)措施與配置位置同時采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保 護(hù)，直流快速斷路器整定

8、在電子電路動作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼 電器整定在過載時動作。快熔對器件的保護(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置 或器件裕度較大的場合。短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。靱對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子 電路進(jìn)行過電流保護(hù)。V常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快222觸發(fā)控制電路1)晶閘管觸發(fā)在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作 系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來看待。應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計(jì)時，須事先求出這個 環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。實(shí)際的觸發(fā)電路和整流電路都是非

9、線性的，只能在一定的工作范圍內(nèi) 近似看成線性環(huán)節(jié)。如有可能，最好先用實(shí)驗(yàn) 方法測出該環(huán)節(jié)的輸入-輸出 特性，即曲線，圖2-5是采用 鋸齒波觸發(fā)器移相時的特 性。設(shè)計(jì)時，希望整個調(diào)速 范圍的工作點(diǎn)都落在特性的 近似線性范圍之中，并有一 定的調(diào)節(jié)余量。晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是:(2-1)圖2-5晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出特性和的測定如果不可能實(shí)測特性，只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。 例如：設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為Uc = 010V相對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是Ud = 0220V可取 在動態(tài)過程中， 可把晶閘管觸發(fā)與整 流裝置看成是一個純 滯后環(huán)節(jié)，

10、其滯后效 應(yīng)是由晶閘管的失控 時間引起的。眾所周 知，晶閘管一旦導(dǎo)通 后，控制電壓的變化 在該器件關(guān)斷以前就 不再起作用，直到下 一相觸發(fā)脈沖來到時才能使輸出整流電壓發(fā)生變化，這就造成整流電壓 滯后于控制電壓的狀況。圖2-6晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時間顯然，失控制時間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時刻而改變， 最大可能的失控時間就是兩個相鄰自然換相點(diǎn)之間的時間，與交流電源 頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定(2-2)式中一交流電流頻一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。相對于整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間來說，Ts是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 Ts= Tsmax /2，并認(rèn)為是常數(shù)。也有人主張按最嚴(yán)重的

11、 情況考慮，取Ts = Tsmax。表2-1列出不同整流電路的失控時間。表2-1各種整流電路的失控時間(f=50Hz)整流電路形式最大先控時同（nn）平均失控時間監(jiān)（m>單相半液20W単栢橋式（全波105三相半波667333三相橋式、六相半滅3,331 67用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出關(guān)系為Ud0KsUc 1(t Ts)(2-3)按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為Ks e TsS(2-4)由于式（2-4 ）中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分 析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展幵，則式（2-4 ）變成KWs(S)Ks

12、 e TSS衣心1 Ts s護(hù)3(2-5)考慮到Ts很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán) 節(jié)。SoK八%($) 億*心+1（fl）準(zhǔn)確II勺< b）近似的（2-6）圖2-7晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2）同步變壓器同步變壓器是用來為晶閘管提供同步信號來作為其控制電壓 的。在晶閘管整流電路中，晶閘管需要一個觸發(fā)脈沖來控制其導(dǎo) 通，而在什么時刻給可控硅發(fā)觸發(fā)脈沖是要有時間基準(zhǔn)的，而 這個時間基準(zhǔn)通常便是晶閘管的陽極電壓。即要使觸發(fā)脈沖與 陽極電壓同步，最直接的做法便是引陽極電壓來作為觸發(fā)脈 沖。但是這其中出現(xiàn)一個問題：一般整流橋陽極電壓都比較 高，不能直接引入控制裝置，因此需要

13、利用一個變壓器來降 壓，并同時起到一定的隔離作用，這個變壓器就是同步變壓 器。簡言之：同步變壓器的功能是將晶閘管陽極電壓變壓來作為 此晶閘管的控制信號，有此作用的變壓器就叫做同步變壓器。系統(tǒng)給 疋1. 電位器給定方式電位器的選擇方法如下：為了使測速發(fā)電機(jī)的電樞壓 降對轉(zhuǎn)速檢測信號的線性度沒有顯著影響，取測速發(fā) 電機(jī)輸出最高電壓時，其電流約為額疋值的 20% 。2. （+15V ，-15V ）穩(wěn)壓電源 各運(yùn)算放大器的供電電壓為 +15V 和 -15V ，晶閘管觸發(fā) 電壓調(diào)節(jié)范圍為 -15V+15V 。檢測電路電流檢測電路圖2-8電流檢測電路（TA-電流互感器）在大功率電路中實(shí)用的是電流互感器檢測

14、，如圖2-8電流互感器檢測在保持良好波形的同時還具有較寬的帶寬，電流互感 器還提供了電氣隔離，并且檢測電流小損耗也小，檢測電阻可 選用稍大的值，如一二十歐的電阻。電流互感器將整個瞬態(tài)電 流，包括直流分量耦合到副邊的檢測電阻上進(jìn)行測量，但同時 也要求電流脈沖每次過零時磁芯能正常復(fù)位，尤其在平均電流 模式控制中，電流互感器檢測更加適用，因?yàn)槠骄娏髂Ｊ娇?制中被檢測的脈沖電流在每個幵關(guān)周期中都回零。為了使電流互感器完全地磁復(fù)位，就需要給磁芯提供大小相 等方向相反的伏秒積。在多數(shù)控制電路拓?fù)渲?，電流過零時占 空比接近100 %，所以電流過零時磁復(fù)位時間在幵關(guān)周期中只 占很小的比例。要在很短的時間內(nèi)復(fù)

15、位磁芯，常需在電流互感 器上加一個很大的反向偏壓，所以在設(shè)計(jì)電流互感器電路時應(yīng) 使用高耐壓的二極管耦合在電流互感器副邊和檢測電阻之間。轉(zhuǎn)速檢測電 如圖2-9示，米 用霍爾件的轉(zhuǎn)速 檢測電路，磁轉(zhuǎn) 子M旋轉(zhuǎn)的同 時，使霍爾元件H的磁極（N、S）產(chǎn)生變化，從而檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。從霍爾元件 結(jié)構(gòu)上看，輸出端包含共模電壓 Uc,電壓Uc與霍爾電壓毫無關(guān) 系，使用時此電壓必圖2-9采用霍爾元件的電流檢測電路須除去，一般采用差動輸入的運(yùn)算放大器。該電路就是采用運(yùn) 算放大器除去共模電壓?；魻栐妮敵龆私拥讲顒臃糯笃鞯?輸入端，因此c點(diǎn)電壓等于d點(diǎn)電壓時，運(yùn)算放大器無輸出；c點(diǎn)電壓大于d點(diǎn)電壓或小于d點(diǎn)電壓時

16、，有差動信號輸入，這時 運(yùn)算放大器輸出端有較大的輸出電壓。輸出為矩形波，電路中 的反饋電阻Rf小時，也能獲得平穩(wěn)的輸出波形。運(yùn)算放大器有 較大的放大作用，霍爾元件輸出很小也不會有問題，這時多采用輸出電壓小，溫度特性非常好的 GaAs的霍爾元件。225調(diào)節(jié)器的選擇本節(jié)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對象：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2圖2-10 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖上圖與前述的結(jié)構(gòu)圖不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流 濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。其中Toi 電流反饋濾波時間常數(shù)Ton 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則: 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)

17、”從內(nèi)環(huán)幵始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器， 然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器。1) 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分為以下幾個步驟：電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容：忽略反電動勢的動態(tài)影響在按動態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE" 0。這時，電流環(huán)如下圖所示nh ACR1丁;y+1#圖2-11(a)電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖與其化簡 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)， 同時把給定信號改成U*i(s) / b，則電流環(huán)便等效成單位 負(fù)反饋系統(tǒng)圖2-11(b)電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖與其化簡 小慣性環(huán)節(jié)近似

18、處理最后，由于Ts和Toi 般都比Ti小得多，可以當(dāng)作小慣 性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為Te i = Ts + Toi(2-7)簡化的近似條件為(2-8)電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖2-11(c)必)十0 (&ACR圖2-11(c)電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖與其化簡電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇：從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖2-23C可以看出，采用I型系統(tǒng)就 夠了。從動態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加 控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程 中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的與時抗擾作 用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為 主

19、，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。圖2-11(c)表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成 典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù) 可以寫成(2-9)式中 Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；ti 電流調(diào)節(jié)器的超前時間 常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對象的大時間常數(shù)極點(diǎn)對消，選 擇i T（2-10）則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖 2-24a所示的典型形式, 其中(2-11)圖2-12校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán).電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算在一般情況下，希望電流超調(diào)量 Si < 5%，由表2-2，可選x=0.707，Ki Tsi =0.5，則(2-12)再利用式（2-10 ）和式（2-11 ）得到Ki

20、TiR2Ks T iR2Ks(2-13).電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中U*i 為電流給定電壓；-bld 為電流負(fù)反饋電壓；Uc 電力電子變換器的控 制電壓。圖2-13含給定濾波與反饋濾波 的PI型電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式(2-14)i RG(2-15)(2-16)2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與計(jì)算轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖2-10中的電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖2-14a所示圖2-14a轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖與其簡化和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時 將給定信號改成 U*n(s)/a，再把時間常數(shù)為1 / Ki和Ton的兩個小

21、慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中(2-17)b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前面必須有一個 積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中(見圖2-14b ),現(xiàn)在在擾動作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)幵環(huán) 傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為(2-18)式中Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);t n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的幵環(huán)傳遞函數(shù)為RWn(s) y CTmsE令轉(zhuǎn)速環(huán)幵環(huán)增益為Kn R( n

22、S 1)n CeTmS2 (T nS 1)(2-19)(2-20)c)校正后成為典型II型系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn和tn。按照典型U型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式T =hT （2-21）得n hT n（ 2-22）又（2-23）因此（2-24）至于中頻寬h應(yīng)選擇多少，要看動態(tài)性能的要求決定。無特殊要求時，一般可選擇h=5模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路心 cn卜圖中U*n 為轉(zhuǎn)速給定電壓，A-a n 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，U*i 調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。圖2-15含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器（2-25）n RnCn（2-26）（2-27）轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系：外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述

23、工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利于快速性，但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定 的，對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。3.1 電流調(diào)節(jié)器(1) 已知參數(shù)如下：直流電動機(jī)：額定數(shù)據(jù) 40KW,220V,210A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5 Q ,Rrec=0.8,Ks=40 ，飛輪轉(zhuǎn)矩：Kgm*m=7.0,過載倍數(shù)1.5V-M 系統(tǒng)電樞回路總電阻： R=1 Q 測速發(fā)電機(jī)：永磁式，額定數(shù)據(jù) 23.1W,110V,0.21A,1900r/min 生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍:D=10 ;靜態(tài)率:s% < 5% 時間常數(shù) Tl=0.03s ， Tm=0.18s起動超調(diào)量 飛n %

24、< 15% a i % < 5%擾動產(chǎn)生的動態(tài)偏差：(nmax-n min )/n min *100% < 10% ；恢復(fù)時間:tf <0.5s(2) 確定時間常數(shù)1) 整流裝置滯后時間常數(shù)Ts。按上表2-1，三相橋式電路的平均失控時間 Ts=0.0017s 。2) 電流濾波時間常數(shù) Toi 。三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有 (1-2)Toi=3.33ms ，因此取Toi=2ms=0.002s。3) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和TX i。按小時間常數(shù)近似處理，取T 工 i=Ts+Toi=0.0037s。(3) 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由已知條件得：a

25、 i % < 5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)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型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為檢查對電源電壓的抗擾性能：TI/T工i=0.03s/0.0037s=8.11 ，參照表2-2的典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受 的。(4) 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：i=TI=0.03s o電流環(huán)幵環(huán)增益：要求c i % < 5%時，按表2-3，應(yīng)取KI*T 工 i=0.5，因此 Kl=0.5/T 工 i=0.5/0.0037s=135.1/s 于是，ACR的比例系數(shù)為， 其中=30V/(1.5*210A)=0.09

26、52可得：Ki=0.532(5) 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：宀ci=KI=135.1/s1) 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件1/(3Ts)=1/(3*0.0017s)=196.1/s>co 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3：13 , 140.82s1 < o Ci:T丨'0.18s 0.03s滿足近似條件。1I1.3.0.0017s 0.002s180.8s > O °3) 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1 1 3lTsT°i滿足近似條件。(6) 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容由圖2-13，按所用運(yùn)算放大器取Ro=40k Q，

27、各電阻和電容值為 Ri=Ki*Ro=0.532*40k Q =21.28k Q，取 21k QCi= t i/Ri=0.03/21000(F)=1.43 10 6F=1.43uF，取 1uF 或 2uFCoi=4Toi/Ro=0.2uF,取 0.2uF按上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為4.3%<5%,滿足設(shè)計(jì)要求。*要求列出查的工程設(shè)計(jì)表，所用公式必須有序號（這個自己找吧，都在書上，沒時間寫完了）3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（1）已知參數(shù)（2）確定時間常數(shù)（3）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)（4）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)（5）校驗(yàn)近似條件（6）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容（7）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量4 參考文獻(xiàn)（不少于

28、5篇）1 作者，文章標(biāo)題，期刊名，期號，頁碼2 作者，書名，出版社，出版時間5 附錄附錄 1 直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙（1）整流電源：三相整流橋，整流變壓器，施加保護(hù)電路，觸發(fā)電 路，同步變壓器，穩(wěn)壓電源（2 ）系統(tǒng)給定（3）檢測電路：電流檢測電路，轉(zhuǎn)速檢測電路（4）調(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器（附電阻電容計(jì)算結(jié)果列 表）（5 ）電氣控制（啟動，運(yùn)行，停車控制與指示，電壓表、電流表）附錄 2 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告* 要求：全部手稿，不收打印稿，不允許有復(fù)印圖片 *主要參考資料1. 電力拖動控制系統(tǒng)教材； 2. 電力電子技術(shù)教材3.電工電子手冊； 4. 電氣工程技術(shù)手冊表的編號:*公式編號