三相全控橋晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)(共13頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 題 目：三相全控橋晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 院 （系）： 電信學(xué)院 班 級(jí)： 自動(dòng)化 08-408-4 姓 名： 肖煥超 學(xué) 號(hào)： 17 號(hào) 指導(dǎo)教師： 葉瑰鈞 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)二二 0 0 一一年十二月一一年十二月摘要摘要轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來(lái)供電。本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)

2、速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各元部件，并對(duì)其參數(shù)計(jì)算。最后采用MATLAB/SIMULINK 對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析關(guān)鍵詞： 三相全控橋；雙閉環(huán)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄目錄 8 89 99 9 910 1010 10 111111111212精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)121 1 緒論緒論1.11.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述直流調(diào)速系統(tǒng)的概述三十年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了

3、整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣轉(zhuǎn)動(dòng)完成了一次大的飛躍。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高度集成化，小型化，高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化，完善化，系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速，高精度的電氣轉(zhuǎn)動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以代替。直流調(diào)速是指人為的或自然的改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械要求。從機(jī)械性能上看，就是通過(guò)改變電機(jī)的參數(shù)或外加電壓的方法來(lái)改變電機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。直流電機(jī)具有良好的起，制動(dòng)性能，宜于在廣

4、泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)，礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)，挖掘機(jī)，海洋鉆機(jī)，金屬切削機(jī)床，造紙機(jī)，高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。. .研究課題的目的和意義研究課題的目的和意義在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)地勘電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速動(dòng)

5、態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器需同時(shí)解決穩(wěn)，準(zhǔn)，快，抗干擾等個(gè)反面相互有矛盾的靜動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立使用的設(shè)計(jì)方法。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)單多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1.系統(tǒng)靜差特性良好，無(wú)靜差2.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量 8，電流超調(diào)量 7，3.主電路采用三相全控橋。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容1.根據(jù)題目的技術(shù)要求

6、，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)的原理框圖。2.調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算。3.驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)4.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求。5.繪制-雙閉環(huán)直流調(diào)速不可逆調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖，并用軟件進(jìn)行拖動(dòng)控制系統(tǒng)仿真以及硬件仿真。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中提供的三相交流電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。

7、如圖設(shè)計(jì)的總框架。圖 1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速分別由兩個(gè)調(diào)節(jié)器控制,由于調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要參數(shù)是轉(zhuǎn)速,故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面,而電流環(huán)作為副環(huán)放在里面,可以及時(shí)抑制電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響.實(shí)際系統(tǒng)的組成如下圖 1 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)nU220VSFgRMRdIVd0USLSWTAGTcUiU*iUnUSGTGFBSAGMACRFBCFAASRDZSGASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR-電流調(diào)節(jié)器圖 2 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路采用三相橋式全控整流電路供電。系

8、統(tǒng)工作時(shí)，首先給電動(dòng)機(jī)加上額定勵(lì)磁，改變轉(zhuǎn)速給定電壓 U*n可方便的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。速度調(diào)節(jié)器 ASR，電流調(diào)節(jié)器 ACR，均設(shè)有限幅電路，ASR 的輸出 U*i作為 ACR 的給定，利用 ACR 的輸出限幅 U*im起限制起動(dòng)電流的作用；ACR 的輸出 Uc作為觸發(fā)器 GT 的移相控制電壓，利用 ACR 的輸出限幅 Ucm起限制 amin的作用。當(dāng)突加給定的電壓 U*n時(shí)，ASR 立即達(dá)到飽和輸出 U*im，使電動(dòng)機(jī)以限定的最大電流 Idm加速起動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到指定轉(zhuǎn)速（即 Un=U*n）并出現(xiàn)超調(diào)，使 ASR退出飽和，最后穩(wěn)定運(yùn)行在給定轉(zhuǎn)速上（略低于給定轉(zhuǎn)速） 。2.2 雙閉環(huán)直流

9、調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)環(huán)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)環(huán) 以 ACR 為核心的電流環(huán)作用是穩(wěn)定電流，穩(wěn)態(tài)時(shí)，Ui= -U*i+Ufi= -U*i +Id=0，即 Id=U*i/ 其中 Ufi=Id， 為電流反饋系數(shù)。當(dāng) U*i一定時(shí)，由于電流負(fù)反饋的作用，使輸出電流保持在 U*i/ 數(shù)值上。當(dāng) Id U*i / 時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程如下： *0diidctddIUUIUUI （）最終可保持電樞電流穩(wěn)定。當(dāng)電流下降時(shí)，也有類似的調(diào)節(jié)過(guò)程。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3 含濾波環(huán)節(jié)的 PI 型電流調(diào)節(jié)器2.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)環(huán)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)環(huán) 以 ASR 為核心的

10、轉(zhuǎn)速環(huán)作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，穩(wěn)態(tài)時(shí)， Un = U*n-Ufn=0，其中 Ufn=n 即 n= U*n /。其中 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 當(dāng) U*n 一定時(shí)，轉(zhuǎn)速 n 將穩(wěn)定在 U*n / 數(shù)值上。 當(dāng) nU*n / 時(shí)，其自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程如下：*000nniictdnUUnUUUUn 負(fù)載（）最終可保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，也有類似的調(diào)節(jié)過(guò)程圖 4 含濾波環(huán)節(jié)的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計(jì)算3.1 直流電機(jī)的基本參數(shù)直流電機(jī)的基本參數(shù)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

11、，基本數(shù)據(jù)如下：額定電壓:Un=220V 額定電流:In=136A額定轉(zhuǎn)速 :Nn=1460r/min (4 極)電樞電阻：Ra=0.21 GD2=22.5N*m2勵(lì)磁電壓：Uf=220V勵(lì)磁電流：If=1.5A電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù) :Ce=0.132V*min/r 采用三相橋式整流電路，整流器內(nèi)阻 Rrec=1.3，電抗器：Lp=200mH3.2 參數(shù)的選取和計(jì)算參數(shù)的選取和計(jì)算取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) Toi=0.002s；轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) Ton=0.01s；取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為 12V，輸出限幅值為 10V，額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速給定 Un*=10V。3.2.1 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置供電

12、電源電壓為：U2=（Unom+Rrec*In）/2.34cosmin =（220+0.21*136）/2.34*cos30 V=123V電機(jī)參數(shù)設(shè)置：勵(lì)磁電阻為：Rf=Uf/If=220/1.5=146.7,(說(shuō)明：勵(lì)磁電阻在恒定磁場(chǎng)中可取零)電樞電阻 Ra=0.21，電樞電感由下式估計(jì)： La=19.1*C*Unom/2*p*Nn*In =19.1*0.4*220/2*2*1460*136 =0.00021H電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感 Laf 為： 因?yàn)椋篊e=0.132V*min/r精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) Ke=60*Ce/2* =60*0.132/6.28 =1.26 所

13、以： Laf=Ke/If =1.26/1.5 =0.84H 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Tl=9.55Ce/Inom =9.55*0.132*17.5 =22N*m3.2.2 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流反饋系數(shù)：=Uim/*Inom =10/1.5*136 =0.05電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)：Tm = GD2*R/375*Ce*Cm =3.53*2.85/375*9.55*0.132 =0.161s電動(dòng)機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)：Ti =L/R =(200+16)*0.001/2.85 =0.076s三相晶閘管整流電路平均失控時(shí)間：Ts=0.0017s根據(jù)電流超調(diào)量 i%7%的要求，電流環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，點(diǎn)樓調(diào)

14、節(jié)器選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：Wacr（s）=Ki*(1+S)/S 其中：=Ti=0.076sKi=*R/2*T*Ks =0.076*2.85/2*0.0037*0.272*37.84 =2.84Kli=/Ki =0.076/2.84 =0.02683.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=Unom/Nnom =10/1500 =0.00667V*min/r根據(jù)轉(zhuǎn)速超調(diào)量：n%8%的要求為加快轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)速度，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并選中頻帶寬度 h=5，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：Wasr（s）=Kn*(1+S)/S 其中 =h*T=h*(2*Ti+Ton) =5*92*

15、0.0037+0.01) =0.087sKn=(h+1)*Ce*Tm/2*h*R*T=6*0.272*0.132*0.161/2*5*0.00667*2.85*0.0174=10.49Kin=/Kn=0.087/10.84 =0.0083精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4 基于基于 MATLAB/SIMULINKMATLAB/SIMULINK 的調(diào)速系統(tǒng)的仿真的調(diào)速系統(tǒng)的仿真4.1 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型4.1.1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)4.1.2 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型4.2 基于基于 MATL

16、AB/SIMULINKMATLAB/SIMULINK 的調(diào)速系統(tǒng)的仿真的調(diào)速系統(tǒng)的仿真4.2.1 基于直流雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的仿真模型基于直流雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的仿真模型精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)帶飽和輸出限幅的帶飽和輸出限幅的 PiPi 調(diào)節(jié)器及分支模塊調(diào)節(jié)器及分支模塊4.3 仿真結(jié)果：仿真結(jié)果：4.3.1 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)曲線電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)曲線：4.3.2 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)電流的響應(yīng)曲線電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)電流的響應(yīng)曲線：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.4 仿真結(jié)果與原理圖的比較仿真結(jié)果與原理圖的比較仿真結(jié)果與理論上電機(jī)啟動(dòng)的結(jié)果比較：轉(zhuǎn)速?zèng)]有超調(diào)量，不過(guò)符合第

17、二和第三階段，電流響應(yīng)，電機(jī)啟動(dòng)以最大電流（并維持一段時(shí)間，略有下降）使電機(jī)加速，等電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電流逐步減小，趨于一個(gè)最小值，但是最帶電流有一點(diǎn)衰減，這和給定的階躍響應(yīng)有關(guān)。小結(jié)小結(jié)本文是對(duì)雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)一周的努力對(duì)該電路有了較為深入的研究，也進(jìn)一步熟悉了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個(gè)器件的作用和設(shè)計(jì)。通過(guò)做課程設(shè)計(jì)，也有了不少的收獲,進(jìn)一步了解和掌握了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其控制電路的一些特性，比較全面的將所學(xué)的電力電子和電力拖動(dòng)方面的知識(shí)運(yùn)用于設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)設(shè)計(jì)中一些參數(shù)的計(jì)算也比較清析得到，整個(gè)雙閉環(huán)直流調(diào)速電路分階段地完成，從電力電子方面的設(shè)計(jì)到電

18、力拖動(dòng)方面的設(shè)計(jì)，最后MATLAB/SIMULINK 的運(yùn)用，是一步一步的完成和組合。照搬理論會(huì)發(fā)現(xiàn)做出來(lái)的設(shè)計(jì)結(jié)果有點(diǎn)出入，因?yàn)槔碚撌遣豢紤]任何的外在原因，是在理想化的情況。而現(xiàn)實(shí)它則除了內(nèi)在不可改變的原因，還有不可避免的外在原因，外在原因可以改變但是智能改善。所以本設(shè)計(jì)在有限的條件下和本人有限的學(xué)識(shí)，做出的設(shè)計(jì)還是存在著一些不足。本設(shè)計(jì)采用 PI 調(diào)節(jié)器，輸出的轉(zhuǎn)速存在這超調(diào)量比較大，而且快速性也相對(duì)受到影響。則今后可以采用 PID 調(diào)節(jié)器可以全面的提高系統(tǒng)的控制性能，但是具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜，做的工做比現(xiàn)在就更多。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)設(shè)計(jì)研究是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，要想讓它真正的使用到現(xiàn)實(shí)中，還需要不斷的改善。致謝致謝通過(guò)做課程設(shè)計(jì)，我從中得了不少收獲。進(jìn)一步了解課本的理論知識(shí)的最要性，而且也知道實(shí)踐如何運(yùn)用理論，