電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(共22頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 實(shí)訓(xùn)報(bào)告 題 目 十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 李 東 盼 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程1222 學(xué) 號(hào) 8 系 部 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 程 輝 完成時(shí)間 2014年 1 月 3 日 實(shí)訓(xùn)報(bào)告評(píng)語(yǔ)一、實(shí)訓(xùn)期間個(gè)人表現(xiàn) 1.尊敬師長(zhǎng)，團(tuán)結(jié)他人，能吃苦耐勞。 2.在現(xiàn)場(chǎng)能堅(jiān)持不遲到，不早退，勤奮學(xué)習(xí)。 3.出現(xiàn)少于3次遲到和早退現(xiàn)象，表現(xiàn)一般。 4.能主動(dòng)向指導(dǎo)老師提問(wèn)，能積極做好各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。 5.在實(shí)訓(xùn)中能靈活運(yùn)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)。二、實(shí)訓(xùn)報(bào)告內(nèi)容完成質(zhì)量 1.能按時(shí)完成報(bào)

2、告內(nèi)容等實(shí)訓(xùn)成果資料，無(wú)任務(wù)遺漏。 2.能按時(shí)完成報(bào)告內(nèi)容等實(shí)訓(xùn)成果資料，有少許任務(wù)遺漏。 3.不能按時(shí)完成報(bào)告內(nèi)容等實(shí)訓(xùn)成果資料，有多處任務(wù)遺漏。 4.條理清晰，書(shū)寫(xiě)規(guī)范工整，圖文并茂，報(bào)告內(nèi)容全面，主要內(nèi)容闡述詳細(xì)，能體現(xiàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中做了大量工作，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)能緊密聯(lián)系，認(rèn)識(shí)體會(huì)深刻，起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 5.條理清晰，書(shū)寫(xiě)規(guī)范工整，圖文并茂，報(bào)告內(nèi)容全面，主要內(nèi)容闡述詳細(xì)，能體現(xiàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中做了大量工作，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)能較緊密聯(lián)系，認(rèn)識(shí)體會(huì)較深刻，起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 6.條理清晰，書(shū)寫(xiě)較規(guī)范工整，報(bào)告內(nèi)容全面，主要內(nèi)容闡述較詳細(xì)，能體現(xiàn)實(shí)訓(xùn)工作過(guò)程，能與專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，認(rèn)識(shí)體會(huì)較深刻，

3、起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 7.條理較清晰，書(shū)寫(xiě)較規(guī)范工整，報(bào)告內(nèi)容較全面，主要內(nèi)容闡述較詳細(xì)，能體現(xiàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的相關(guān)工作，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)不能緊密聯(lián)系，認(rèn)識(shí)體會(huì)不太深刻，基本起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 8.內(nèi)容有雷同現(xiàn)象。三、成績(jī)不合格原因 1.實(shí)訓(xùn)期間曠課超過(guò)3次。 2.報(bào)告有嚴(yán)重抄襲現(xiàn)象。 3.未同時(shí)上交實(shí)訓(xùn)報(bào)告。 四、需要改進(jìn)之處 1.進(jìn)一步端正實(shí)訓(xùn)態(tài)度。 2.加強(qiáng)報(bào)告書(shū)寫(xiě)的規(guī)范化訓(xùn)練，對(duì)主要內(nèi)容要加強(qiáng)理解。 3.加強(qiáng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，深刻理解各設(shè)計(jì)步驟具體的要求。 五、其他說(shuō)明等 級(jí)： 評(píng)閱人： 職稱： 講師 年 月 日交直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要 直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣精度高動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等

4、優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)運(yùn)用電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，并詳細(xì)分析系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，且利用SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的給定下的仿真。通過(guò)建模、仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。同時(shí)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)能夠加強(qiáng)我們對(duì)一些常用單元電路的設(shè)計(jì)、常用集成芯片的使用以及對(duì)電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。達(dá)到綜合提高我們的工程設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力的目的。各個(gè)仿真結(jié)果都基本上符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、MATLAB/SIMULINK仿真目錄緒論在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?。直流電機(jī)是最常見(jiàn)的一種電機(jī)，在各

5、領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電機(jī)調(diào)速問(wèn)題一直是自動(dòng)化領(lǐng)域比較重要的問(wèn)題之一。不同領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應(yīng)用場(chǎng)合。雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)

6、速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并

7、使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。1 方案選擇部分1.1 設(shè)計(jì)要求(1電樞回路總電阻取R=2Ra; 總分輪力矩GD2=2.5GDa2=2.5*58.02NM2，極對(duì)數(shù)P=1。（2）其它未盡參數(shù)可參閱教材第二章2.3.2節(jié)中“工程設(shè)計(jì)方法在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用”的有關(guān)數(shù)據(jù)。（3）要求：調(diào)速范圍D=10,靜差率S<=5%,穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量I%<=5%,電流脈動(dòng)系數(shù)SI<=10%;啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量N<=10%.(4)要求系統(tǒng)具有過(guò)流，過(guò)壓，過(guò)載和缺相保護(hù)。（5）要求觸發(fā)脈沖有故

8、障封鎖能力。 (6)要求對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置給定積分器。1.2 調(diào)速的方案選擇1.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次課程設(shè)計(jì)采用Z2-91型直流電動(dòng)機(jī)。1.2.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇三相全控橋式整流器電路采用共陰極接法的三相半波和共陽(yáng)極接法的三相半波的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；共陽(yáng)極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流，因此變壓器繞組中沒(méi)有直流磁通，且每相繞組正負(fù)半周都有電流流過(guò)，提高了變壓器的利用率，且直流側(cè)脈動(dòng)較小，元件利用率較好，無(wú)直流磁化同時(shí)波形畸變較小，故選擇三相全控橋式整流電路可用來(lái)給直流電機(jī)供電。1.2.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇工業(yè)上，為了提高生

9、產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用晶閘管元件及電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，要求實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)，即要求在啟動(dòng)過(guò)程中，是啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)結(jié)束后，電流從最大值迅速下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。又因調(diào)速精度要求較高，故采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定器的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。1.2.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)

10、構(gòu)框圖 圖1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不

11、靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過(guò)程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。1.3 主電路的計(jì)算1.3.1 整流變壓器的計(jì)算1.3.1.1整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算公式：U2=（11.2） 查表知，三相全控橋式整流電壓的計(jì)算系數(shù)KUV=2.34，電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)b=0.900.95，查表知角，考慮10

12、76;裕量，故cosmin=0.985,由電機(jī)參數(shù)可知UN=230V,代入公式計(jì)算出U2U2=(11.2)=110.9133.08V取U2=120V,變比K=1.831.3.1.2 一次、二次側(cè)電流計(jì)算一次側(cè)電流：= 考慮變壓器自身的勵(lì)磁電流時(shí)，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)，查表知，一次相電流計(jì)算系數(shù)KIL=0.816，由電機(jī)參數(shù)可知=209A,代入公式計(jì)算出=1.05*0.816*209/1.83=97.85A二次側(cè)電流：I2=KIVIdN 查表知，二次相電流計(jì)算系數(shù)KIV=0.816，一般取整流器額定直流電流ID=IN，由電機(jī)參數(shù)知IN=209A,代入公式算出I2=0.816*209=170.

13、544A1.3.1.3變壓器容量的計(jì)算變壓器一次、二次繞組相數(shù)m1=m2=3一次容量：S1=m1U1I1 =3*220*97.85=64.58KVA二次容量：S2=m2U2I2=3*120*170.54=61.39KVA平均電容：S=(64.58+61.39)/2=62.99KVA1.3.2 晶閘管元件的選擇晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流器的運(yùn)行條件，計(jì)算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號(hào)規(guī)格，在工頻整流裝置中一般選擇KP型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流值。1.3.2.1額定電壓UTN的選擇，應(yīng)考慮下列因素。a 分析電路運(yùn)行時(shí)晶閘管可能承受的最大電壓值。 b 考慮實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有

14、足夠的裕量，通?？煽紤]23倍的安全裕量，按下列公式計(jì)算，即 UTN=（23）KUTU2=(23)*2.45*120=588882V查表知，晶閘管的電壓計(jì)算系數(shù)KUT=2.45。1.3.2.2額定電流IT(AV)的選擇，晶閘管是一種過(guò)載能力較小的元件，選擇額定電流時(shí)，應(yīng)留有足夠的裕量，通?？紤]選擇1.52倍的安全裕量。按下列公式計(jì)算，即 IT(AV)=2*KIT*Idmin=2*0.367*209*1.5=230.109A可知應(yīng)選擇型號(hào)為KP240-10的晶閘管1.3.3 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算晶閘管有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采

15、取必要的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。1.3.3.1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)措施A.阻容吸收保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R()和電容C（uf）的串聯(lián)支路進(jìn)行保護(hù)，對(duì)于大電容的的晶閘管裝置，采用圖1.2所示的接法 圖1.2 交流側(cè)阻容吸收保護(hù) 電容值 C>=6Iem(uf)=6*0.1*62.99/1202=2.625uf式中S-變壓器容量（KVA）； U2-變壓器二次相電壓有效值（V）；Iem-變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，對(duì)于10100KVA的變壓器，一般為10%4%；電阻值 RC=5U21/I21=5*120/170.544=3.518B.非線性電阻保護(hù)方

16、式非線性電阻保護(hù)方式主要硒堆和壓敏電阻的過(guò)電壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓U1Ma=1.3U=1.3*120=220.6V式中 U-壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（V）。C.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成di/dt加大，一般只用壓敏電阻作過(guò)壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓U1Ma>=2=2*2.34U2=2*2.34*120=561.6V1.3.3.2晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù) 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過(guò)電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，阻容保護(hù)元件參數(shù)可以根據(jù)查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表得到。晶閘管額定電流1020501

17、00200500100電容（uf）0.10.150.20.250.511電阻（）1008040201052表1.1 阻容保護(hù)的原件參數(shù)1.3.3.3過(guò)電流保護(hù) 快速熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的過(guò)電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發(fā)生短路后，熔斷時(shí)間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過(guò)電流損壞晶閘管，圖1.3接法對(duì)過(guò)電流保護(hù)最有效。 圖1.3 快速熔斷器的安裝方法1.3.3.4電壓和電流上升率的限制 不同規(guī)格的晶閘管對(duì)最大的電壓上升率及電流上升率有相應(yīng)的規(guī)定，當(dāng)超過(guò)其規(guī)定的值時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。限制電壓及電流變化率的方法有 A交流進(jìn)線電抗器限制措施，交流進(jìn)線電抗器L

18、B的計(jì)算公式為 LB=8.96H式中 交流器輸出額定電流IdN，電源頻率f,變壓器二次相電壓U2B在橋臂上串聯(lián)空心電感，電感值取2030H為宜。C在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會(huì)使換流時(shí)間增長(zhǎng)，影響正常工作，而經(jīng)常采用將幾只鐵氧磁環(huán)套在橋臂導(dǎo)線上，使橋臂電感在小電流時(shí)磁環(huán)不飽和，電感量大，達(dá)到限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關(guān)斷時(shí)間。1.3.4 平波電抗器的計(jì)算晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動(dòng)的，為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。1.3.4.1電動(dòng)機(jī)電樞電感*1000=8*230*1000/

19、(2*1*1450*209)=3.04mH對(duì)于快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8，磁極對(duì)數(shù)p=2。1.3.4.2變壓器電感為=3.9*0.05*120/209=0.12mH式中=0.05。1.3.4.3平波電抗器的選擇。維持電流連續(xù)時(shí)的為=0.693*120/(0.05*209)-(2*0.12+3.04) =4.68(mH)式中，。限制電流的脈動(dòng)系數(shù)=5%時(shí)，值為=1.045*120/(0.05*209)-3.14=3.14=8.72（mH）取兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為8.72mH時(shí)，電流連續(xù)和脈動(dòng)要求能同時(shí)滿足。1.4 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)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

20、成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是移相范圍小于180°，為保證觸發(fā)脈沖對(duì)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，如圖2-5所示。該集成塊由同步過(guò)零、鋸齒波形成電路、比較電路、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(dòng)電路組成。 圖1.4 MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖圖1.4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

21、°相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號(hào)，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對(duì)稱。輸出端由大功率管驅(qū)動(dòng)，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管。1.5 控制電路的計(jì)算1.5.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、晶閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓管的可調(diào)輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓VC又為正電壓，故給定電壓UG就為負(fù)電壓，而一切反饋均取正值，為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)10V的電源，用一個(gè)2.2K,1W電位器引出給定電壓。1.5.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)1.5.2.1測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇

22、 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有:額定電壓ETG=40V,nTG=2000r/min 負(fù)載電阻RTG=2K的電位器。由于主電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450r/min ,因此，測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29V，給定電源10V,只要適當(dāng)取反饋系數(shù)，即可滿足系統(tǒng)要求。1.5.2.2轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.01s,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=Un*/nN=10/1450=0.007Vmin/r1.5.2.3電流負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.02s,則電流反饋系數(shù) =0.0032V/A1.5.2.4調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) ： Ce=0.12按要求調(diào)速系

23、統(tǒng)的靜態(tài)速降：nN=7.63r/min1.6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)1.6.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.6.1.1確定時(shí)間常數(shù) 在三相橋式全控電路有：已知，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)=0.0017+0.002=0.0037S。1.6.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器 。 電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù) 1.6.1.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算： 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)=0.03s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以=，電樞回路總電阻R=2=0.6，所以ACR的比例系數(shù) =

24、1.6.1.4校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率=135.1。晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： > ，滿足條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件： ，滿足條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足條件。1.6.1.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的=40，有=4.3240=511.68，取172.8,取180，取0.,2，取0.2。故=，其結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖1.5 電流調(diào)節(jié)器 1.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1.6.2.1 確定時(shí)間常數(shù)：有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。1.6.2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)轉(zhuǎn)速

25、調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)1.6.2.3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 。ASR的比例系數(shù)為：。1.6.2.4檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為，滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。1.6.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取=40，則，取3000。，取0.1，取1。故。其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖1.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=5，查得，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASR 退飽和，重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=5時(shí)，查得=77.5%，所以 =0.00264 =0.264% < 10%滿足設(shè)計(jì)要求.

26、2 MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的SIMULINK工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。2.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置2.1.1 開(kāi)環(huán)物理模型的構(gòu)建表2-1 Z2-91型電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra()GDa2（Nm2）P極對(duì)數(shù)Z2-914823020914500.358.021

27、根據(jù)Z2-91型電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定電流為209A，仿真結(jié)果基本符合要求。給定10V仿真結(jié)果也符合要求。此為開(kāi)環(huán)物理模型。圖2-1開(kāi)環(huán)物理模型2.1.2 單閉環(huán)物理模型的構(gòu)建 圖2-2為轉(zhuǎn)速單閉環(huán)物理模型及其仿真結(jié)果。給定105，限幅值80，0，采用PI控制器的單閉環(huán)系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)速，但因其結(jié)構(gòu)中含有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，限制了起制動(dòng)的最大電流。加上電機(jī)反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流達(dá)到最大值之后迅速降下來(lái)。這樣，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也減小下來(lái)，使起動(dòng)過(guò)程變慢，起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。圖2-2單閉環(huán)物理模型2.1.3 雙閉環(huán)物理模型的構(gòu)建為了提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。

28、我們希望使電流在起動(dòng)時(shí)始終保持在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而可使轉(zhuǎn)速直線上升過(guò)渡過(guò)程時(shí)間大大縮短。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(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)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖4-3所示。給定為105，ASR、ACR的限幅值分別為12，-25和80,0，啟動(dòng)時(shí)間0.4s,仿真結(jié)果符合要求。 圖2-3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型2.2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果

29、分析2.2.1 開(kāi)環(huán)數(shù)學(xué)模型圖2-4開(kāi)環(huán)數(shù)學(xué)模型2.2.2 單閉環(huán)數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果圖2-5轉(zhuǎn)速單閉環(huán)數(shù)學(xué)模型 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速保持恒定即額定轉(zhuǎn)1450。單閉環(huán)ASR Kp=53.6 Ki=616.1 限幅值【0 1】【-20 20】。2.2.3 雙閉環(huán)數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果 圖2-6雙閉環(huán)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，給定10V，

30、ASR的限幅值為15，-10，ACR的限幅值為20，-10。因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為10。啟動(dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長(zhǎng)。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是

31、由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速保持恒定即額定轉(zhuǎn)1450 NN(r/min)，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。2.3系統(tǒng)仿真結(jié)果總體分析2.3.1.電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線在電流上升階段，由于電動(dòng)機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器ACR起主要作用。轉(zhuǎn)速一直上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)恒流升速階段時(shí)，ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，ASR的輸入偏差為0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時(shí)電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，極性發(fā)生了變化，則ASR推出飽和。其輸出電壓立即從限幅值下降，主電流也隨之下降。此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力作用下減速，轉(zhuǎn)速在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。當(dāng)突加給定負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降