運(yùn)控雙閉環(huán)課程設(shè)計

運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計專業(yè)： 自動化 設(shè)計題目：雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計班級：學(xué)生姓名：學(xué)號指導(dǎo)教師：_分院院長：_教研室主任：電氣工程學(xué)院一、課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計參數(shù)直流他勵電動機(jī)：功率Pe=l.lKW，額定電流Ie=6.7A,磁極對數(shù)P=l,ne=1500r/min,勵磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=2.34Q,主電路總電阻R=7Q,L刀=246.25Mh（電樞電感、平波電感和變壓器電感之和），Ks=58.4,機(jī)電時間常數(shù)Tm=116.2ms,濾波時間常數(shù)Ton=Toi=0.00235s,過載倍數(shù)入=1.5，電流給定最大值u：m=10v，速度給定最大值un=10V設(shè)計內(nèi)容1） 根據(jù)題目的技術(shù)要求,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)組成的原理框圖。2） 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算。3） 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計。4） 動態(tài)設(shè)計計算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。5） 繪制V—M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時對直流電動機(jī)動態(tài)性能的影響。設(shè)計要求：1） 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié),負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行,具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍（D>10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。2） 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率S<2）3） 動態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量5?<8%，電流超調(diào)量5i<5%，動態(tài)最大轉(zhuǎn)速降A(chǔ)n<8?10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）ts<1s。4） 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)。5） 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流保護(hù)，并且有制動措施。6）主電路采用三項(xiàng)全控橋。課程設(shè)計報告要求1）、要求在課程設(shè)計答辯時提交課程設(shè)計報告。2）、報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：A、 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型主回路方案確定?？刂苹芈愤x擇主要電氣設(shè)備的計算和選擇系統(tǒng)參數(shù)計算B、 系統(tǒng)調(diào)試過程介紹，在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，解決辦法等；C、 課程設(shè)計總結(jié)。包括本次課程設(shè)計過程中的收獲、體會，以及對該課程設(shè)計的意見、建議等；D、 設(shè)計中參考文獻(xiàn)列表；E、 報告使用B5紙打印，全文不少于2000字。5.參考資料朱仁初，萬伯任.電力拖動控制系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.⑶陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)-運(yùn)動控制系統(tǒng)[M],第三版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007年6月．[4]孔凡才.晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)[M].北京:北京科技出版社，1985.⑸段文澤，童明倜.電氣傳動控制系統(tǒng)及其工程設(shè)計[M].四川：重慶大學(xué)出版社,1989.10.[6]運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)書.6.設(shè)計進(jìn)度（2010年11月29日至12月10日）時間設(shè)計內(nèi)容11月29日布置設(shè)計任務(wù)、查閱資料11月30日-12月2日方案論證及總體設(shè)計12月3日-12月9日系統(tǒng)調(diào)試及整理課程設(shè)計報告12月10日課程設(shè)計答辯二、評語及成績

評分項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)量化分?jǐn)?shù)1.獨(dú)立分析與解決問題的能力很強(qiáng)較強(qiáng)般不具有102.課程設(shè)計的答辯情況有見解回答準(zhǔn)確回答正確基本正確有錯誤253.課程設(shè)計論文及插圖的規(guī)范程度規(guī)-范整潔正確雜亂有錯誤254.工具軟件的使用熟練使用會使用需要學(xué)習(xí)105.輔導(dǎo)答疑積極認(rèn)真應(yīng)付消極106.設(shè)計態(tài)度積極認(rèn)真應(yīng)付消極107.出勤全勤缺勤次數(shù)10附加評語量化總分成績：指導(dǎo)教師：運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

設(shè)計報告班 級：班 級：學(xué)號指導(dǎo)教師撰寫日期姓 名：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)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角a大小來調(diào)節(jié)電壓?；谠O(shè)計題目，直流電動機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設(shè)計中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電。本文首先確定整個設(shè)計的方案和框圖。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計，同時對其參數(shù)的計算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計算。接著驅(qū)動電路的設(shè)計包括觸發(fā)電路和脈沖變壓器的設(shè)計。最后，即本文的重點(diǎn)設(shè)計直流電動機(jī)調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對象來設(shè)計直流電動機(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，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(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，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)計各元部件，并對其參數(shù)的計算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計算然后最后采用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，最后畫出了調(diào)速控制電路的電氣原理圖。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器目錄目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章控制系統(tǒng)的設(shè)計 1\o"CurrentDocument"1．1設(shè)計內(nèi)容和要求 1\o"CurrentDocument"1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 1\o"CurrentDocument"1．3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計框圖 21.4.1主電路的結(jié)構(gòu)形式 3\o"CurrentDocument"1.4.2主電路的設(shè)計 4\o"CurrentDocument"變流變壓器的設(shè)計 4\o"CurrentDocument"電抗器的設(shè)計 7\o"CurrentDocument"保護(hù)電路的設(shè)計 8\o"CurrentDocument"第二章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和設(shè)計 11\o"CurrentDocument"電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 12\o"CurrentDocument"轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 14\o"CurrentDocument"第三章基于MATLAB的調(diào)速系統(tǒng)的仿真 17\o"CurrentDocument"第四章設(shè)計總結(jié) 20\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 21第一章控制系統(tǒng)的設(shè)計1．1設(shè)計內(nèi)容和要求設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)題目的技術(shù)要求，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)組成的原理框圖。調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算。驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計。動態(tài)設(shè)計計算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。繪制V—M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時對直流電動機(jī)動態(tài)性能的影響。設(shè)計要求：該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍（D>10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率S<2）。動態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量5n<8%，電流超調(diào)量§i<5%，動態(tài)最大轉(zhuǎn)速降A(chǔ)n<8?10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）-1S。系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)。調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流保護(hù)，并且有制動措施。主電路采用三項(xiàng)全控橋。1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(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)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級連接，如圖2所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速和電流取閉環(huán)貫流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)圖中U*n、Un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓U*i、Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓 ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—測速發(fā)電機(jī) TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器1．3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計框圖在生活中，直接提供的是三相交流760V電源，而直流電機(jī)的供電需要三相直流電，因此要進(jìn)行整流，本設(shè)計采用三相橋式整流電路將三相交流電源變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動機(jī)。如圖設(shè)計的總框架。如上圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計總框架

三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，它將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。本設(shè)計使用的是晶閘管，即半控型器件。驅(qū)動電路對半控型只需要提供開通控制信號，對于晶閘管的驅(qū)動電路叫作觸發(fā)電路。直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級控制的方式。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度；電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動態(tài)限流性能和抗擾動性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。1．4.1主電路的結(jié)構(gòu)形式在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采用的是晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）的原理圖如圖所示。它通過調(diào)節(jié)處罰裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過調(diào)節(jié)控制角a大小來調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動較小時應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源供電。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因?yàn)槿喟氩ㄕ麟娐吩谄渥儔浩鞯亩蝹?cè)含有直流分量，故本設(shè)計采用了三相全控橋整流電路來供電，合直流電動機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。三相全控制整流電路由晶閘管VT1、VT3、VT5接成共陰極組，晶閘管VT4、VT6、VT2接成共陽極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時導(dǎo)通時，才構(gòu)成完整的整流電路。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，在三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。1.4.2主電路的設(shè)計變流變壓器的設(shè)計一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要變流變壓器，通過變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變流裝置的互相干擾。這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接。S為整流變壓器的總?cè)萘?，S為變壓器一次側(cè)的容量，U1為一次側(cè)電壓，11為一次側(cè)電流，S2為變壓器二次側(cè)的容量，U2為二次側(cè)電壓，12為二次側(cè)的電流，m1、m2為相數(shù)。為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓U2。影響U2值的因素有：max(1)U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大電流值的1max(2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時有一定的管壓降，用匕

表示。變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降。平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降。電樞電阻的壓降。U[1+r(dmax-U[1+r(dmax-1+]lUNaITd~

CU%IA[￡B- K -~dmax]100I

dUA=為電動機(jī)額定電壓；U2式(3-1)UB=—Ud0及C見表1-1；式中UNIRr=—n—s-aUn，IN為電動及額定電流，R工為電動機(jī)電樞電路總電阻；nUt表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降；￡為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取0.9?1.05，供電質(zhì)量較差，電壓波動較大的情況￡應(yīng)取較小值；UK%為變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，100?1000千伏安的變壓器取Uk%=5?10；Idmax—負(fù)載電九=dmax流最大值；Idmax=XIdN所以 IdN，九表示允許過載倍數(shù)。U2也可以用下述簡化公式計算UaU2=(1.0-1.2)A￡BUa或U2=(1.2-1.5)A其中，系數(shù)(1.0-1.2)和(1.2-1.5)為考慮各種因素的安全系數(shù)，Ua為整流輸出電壓。對于本設(shè)計:為了保證電動機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，計算所得U2應(yīng)有一定的裕量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知，公式中的控制角a應(yīng)取300為宜。3B=cosa=cos30O=-￡=0.9，A=2.34， 2，C=0.5，U%=5，(其

表3-1變流變壓器的計算系數(shù)整流電路單相雙半波單相半控橋單相全控橋三相半波三相半控橋三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形A=U/U0.90.90.91.172.342.341.17d0 2B=U/Uda d0cosa1+cosa2cosacosa1+cosa2cosacosaC0.7070.7070.7070.8660.50.50.5K=I/I 2 d—0.707110.5780.8160.8160.289中A、B、C可以查表3-1中三相全控橋），中A、B、C可以查表3-1中三相全控橋），IRr=—n——aU180x0.45440=0.18，dmaxIdN=1.7==272.890VU[1+r 1+nUNaITU= d—2 CU%IA[￡B— K?dmax]100Id440t+0.18(1.7—1)]+2x1根據(jù)主電路的不同接線方式，有表3-1查的Ki2=「P3 0.5x5%2.340.9x— x1.72/Id，即可得二次側(cè)電流的有效值1002=IdxK12，從而求出變壓器二次側(cè)容量S2=mU212。而一次相電流有效值11=12/（uJU2），所以一次側(cè)容量S1=S2=m2「P3 0.5x5%2.340.9x— x1.71001S=2（S1+S2）=mUI2222對于本設(shè)計KI2=°.8】6,m2=3，=248.844KVA12=IdxKI2=九xINxKI2=1?7x220x0.816=305.184=248.844KVA=m2U212=3x272-890x305-184設(shè)計時留取一定的裕量，可以取容量為350KV-A的整流變壓器。

電抗器的設(shè)計（1）交流側(cè)電抗器的選擇為限制短路電流，所以在線路中應(yīng)接入一個空心的電抗器，稱為進(jìn)線電抗器。（2）直流側(cè)電抗器的選擇直流側(cè)電抗器的主要作用為限制直流電流脈動；輕載或空載時維持電流連續(xù)；在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中限制環(huán)流；限制直流側(cè)短路電流上升率。限制輸出電流脈動的電感量Lm的計算（U U）（U U）x103U~dm■2-2SI式（3-2）式中，Si 電流脈動系數(shù)，取5%~20%，本設(shè)計取10%。輸出電流的基波頻率，單位為HZ，對于三相全控橋■V300HZ表3-2電感量的相關(guān)參數(shù)電感量的有關(guān)數(shù)據(jù)單相全控橋三相半波三相全控橋帶平衡電抗器的雙反星形Lmfd100150300300最大脈動時的a值900900900900U/11.20.880.800.80LK2.851.460.6930.348LLLK3.186.753.97.8BLjKj B 反并聯(lián)線路2.52父叉線路0.67輸出電流保持連續(xù)的臨界電感量ll的計算：L=KU/1 式（3-3）L L2dmin式中，Jmin為要求連續(xù)的最小負(fù)載的平均值，本設(shè)計中1min=S；U2

為變流裝置交流側(cè)相電壓有效值。代入已知參數(shù)，可求的L=4.25mHmL=20.33mHLLm和Ll包括了電動機(jī)電樞電感量LD和折算到變流變壓器二次側(cè)的每相繞組漏電感LB，所以應(yīng)扣除LD和LB，才是實(shí)際的限制電流脈動的電感Lma和維持電流連續(xù)的實(shí)際臨界電感LLa。式（3-4）式（式（3-4）式（3-5）L=K NX103DD2pnINKUU%B2K100I式中，N式中，KD---計算系數(shù)，對于一般無補(bǔ)償繞組電動機(jī)KD=8?12,于快速無補(bǔ)償繞組電動機(jī)KD=6?8,對于有補(bǔ)償繞組電動機(jī)KD=5?6,其余系數(shù)均為電動機(jī)額定值，這里KD取10。np——極對數(shù)，取np=2。UkUk%變壓器短路比，一般取為5%；440為計算系數(shù)，三相全控橋Kb=3?9440L=10 x103=4.17mH3.9X322.755X5L= =0.286mHBD3.9X322.755X5L= =0.286mHB實(shí)際要接入的平波電抗器電感LkL=max（L,L）一L一2L=20.33一4.17一2x0.286=15.59mHk mL D B電樞回路總電感L工L=L+2L+L=15.59+2x0.286+4.17=20.33mH可取20mH工 k B D保護(hù)電路的設(shè)計（1）過電壓保護(hù)通常分為交流側(cè)和直流側(cè)電壓保護(hù)。前者常采用的保護(hù)措施有阻容吸收

裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護(hù)。壓敏電阻是有氧化鋅，氧化鉍等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作是漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，此外，它對沖擊電壓反映快，體積又比較小故應(yīng)用廣泛。在三相的電路中，壓敏電阻的接法是接成星形或三角形如下圖所示。壓敏電阻額定電壓的選擇可按下式計算：U1mA—-—XU1mA0.8~0.9式（3-6）式中U1mA 壓敏電阻的額定電壓，VYJ型壓敏電阻的額定電壓有：100V、200V、440、760V、1000V等；e為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，可取1.05?1.10。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角?=300時輸出電壓Uda。由此可將式（1-6）轉(zhuǎn)化成TOC\o"1-5"\h\z1.05 -U> x\：6Ucoa1mA 0.8-0.9 2可得壓敏電「阻額定電壓1.05 廠 占U> xx322.755x=798.78?898.63V1mA 0.8?0.9 2所以壓敏電阻額定電壓取850V型壓敏電阻。2）過電流保護(hù)在本設(shè)計中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖如下：OQO如上圖一次側(cè)過電流保護(hù)電路（1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的線電壓為760V,熔斷器額定電壓可選擇800V。（2）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的電流1111=12U2/U廣341X322-755/760=144-82A熔斷器額定電流 Ifu-「611=232A因此,如上圖在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個熔斷器，按本課題的設(shè)計要求熔斷器的額定電壓可選400V,額定電流選232A。第二章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是建立在單閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)上的，實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)除要求對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整外,很多生產(chǎn)機(jī)械還提出了加快啟動和制動過程的要求,這就需要一個電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)。由啟動電流的變化特性可知，在電機(jī)啟動時,啟動電流很快加大到允許過載能力值I,并且保持不變，在這個條件下，轉(zhuǎn)速n得到線性增長,dm當(dāng)開到需要的大小時，電機(jī)的電流急劇下降到克服負(fù)載所需的電流I 值，fz對應(yīng)這種要求可控硅整流器的電壓在啟動一開始時應(yīng)為IR，隨著轉(zhuǎn)速ndmS的上升，U=IR+Cn也上升，達(dá)到穩(wěn)轉(zhuǎn)速時，U=IR+Cn。這就要求dmS e fzS e在啟動過程中把電動機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量，使之維持在電機(jī)允許的最大值Idm，并保持不變。這就要求一個電流調(diào)節(jié)帶截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動電流波形器來完成這個任務(wù)。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。（注：ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—直流測速發(fā)電機(jī)TA—電流互感器 UPE—電力電子裝置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)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級聯(lián)接，如圖2-1所示。這就是說把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面叫內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)，這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計1)時間常數(shù)的確定整流裝置滯后時間常數(shù)，即三相橋式電路的平均失控時間Ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù)Toi。三相橋式電路的每個波頭的時間是3.3ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1?2)T=3.3ms,因此取T=2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和T。按小時間常數(shù)近似處理，取SiT=Ts+Toi=0.0037s。"(4)電磁時間常數(shù)Ti的確定。由前述已求出電樞回路總電感。U 0.693X322.755L-K 2 — —10.17mHl 1I 0.1X220dmin則電磁時間常數(shù)L 10.17mHT-f- -0.0182s1R 0.56Q2)選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求b<5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)i計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為K(Ts+1)W= ~~i ACR(s) Tsi(5-1)式中K 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；iT 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。i檢查對電源電壓的抗擾性能：.=001竺=4.92，參照表5-1的典型IT 0.0037工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，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。表5-1典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性,能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0

阻尼比g1.00.80.7070.60.5超調(diào)里g0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時間tg6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時間tg8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度丫76.3。69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率w0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T(3)計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：t=T=0.0182s,il電流開環(huán)增益：要求g<5%時，取KT=0.5,所以0.5T2ii0.5=135s110.003s7ACR系數(shù)為K所以0.5T2ii0.5=135s110.003s7ACR系數(shù)為KtRK= — =135.1x0.0182x0.56/(36x0.024丿=1.594iK卩s式中，B為電流反饋系數(shù)其值為卩U10V/九I=0.024N大系數(shù)Ks=36。(4)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：w=K=135.1s-1ci I1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件11= =196.1s-1>w3T 3x0.0017s cis晶閘管裝置放滿足近似件2)忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3：丄=3:TTm/3)電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件=48.54s-1<w0.21x0.0182 c~ = =180.78s-1>w3 3 0.0017sx0.002s c(5)計算調(diào)節(jié)器電阻和電容滿足近似條件滿足近似條件由圖5-3，按所用運(yùn)算放大器取R0=40kQ，各電阻和電容值為含濾波環(huán)節(jié)PI含濾波環(huán)節(jié)PI調(diào)節(jié)器R=KxR=1.594x40k0=63.76kQii0t 0.0182sC=—r= =0.285x10-6FR 63.76kQi4T 4x0.002C= or= F=0.2x10-6F=0.2卩FoiR 40x1030照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為a=4.3%<5%,i滿足設(shè)計要求。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/K”由前述已知，KT=0.5,貝I」TOC\o"1-5"\h\z丄 IZi1=2T=2x0.0037s=0.0074sK ZiI轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)t,根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取T=0.01s.on on轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)t。按小時間常數(shù)近似處理，取ZnZn=0.0074s+0.01s=0.0174sZnon選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為K(ts+1)W(s)=nnASR ts

計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，先取h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為t=hT=5x0.0174s=0.087sn Sn則轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益寸 h+1 6K= = s-2=396.4s-2N 2h2T2 2x52x0.01742Sn可得ASR的比例系數(shù)為(h+1)BCT(h+1)BCTem2haRTZZn=13.31式中電動勢常數(shù)C=e轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=檢驗(yàn)近似條件U-=13.31式中電動勢常數(shù)C=e轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=檢驗(yàn)近似條件U-IR440-220x0.06——N N——r=—n 1200N10V=0.0083V.min/r1200r/min=0.356V.min/r轉(zhuǎn)速截止頻率為cnK=cnK=曠=Kt=396.4ro Nn1x0.087s-1=34.5s-11）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為1:K 1 135.1廠= s-1=63.7s-1>roT 3 0.0037Si滿足簡化條件on132）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為on13135.1cns-1=38.7s-1>rocn0.01滿足近似條件5．計算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖5-4所示，取r=40k0，則取530k取530k0取0.2uFR=KR=13.31x40k0=532.4k0n n0t0.087C=—^= F=0.164x10-6FnR 530x103n4T 4x0.01C= on= F=1卩FonR 40x1030含濾波環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器第三章基于MATLAB的調(diào)速系統(tǒng)的仿真通過對整個控制電路的設(shè)計，用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。首先建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，可以參考該系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)形式，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖6-1所示：圖6-1雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)框圖把這些參數(shù)的值代入框圖中的公式就可得到以下框圖6-2。Step■10.015+1?airrl□JH87s+-1■10.087s-■0.0025+1TransferFcrHSaturationyransferFcn2Gain□JH3-13S+-136■廠0.0313s-■■0.00-17S+1TransferFcn3Saturation!TransferFcn4Saturation2■10.015+1?airrl□JH87s+-1■10.087s-■0.0025+1TransferFcrHSaturationyransferFcn2Gain□JH3-13S+-136■廠0.0313s-■■0.00-17S+1TransferFcn3Saturation!TransferFcn4Saturation20.0313s*1TransferFcn50.580.063sTransferFc：n6TransferFc：nScoped0.1250.0025+1TransferFcnSTransferFcn7TransferFcn90.-1330.00670.0-15+-1R7L0.003B9S二0.0-1s+-1SpeDeadZoneTransferFcrrlD圖