a雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)目錄一、課程設(shè)計任務(wù)簡述3二、設(shè)計總體方案41雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2簡述工作原理三、整流變壓器參數(shù)選擇61變壓器容量2過電流，過電壓保護元件參數(shù)四、觸發(fā)電路及同步相位選擇8五、動態(tài)設(shè)計91固有特性92雙閉環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖113調(diào)節(jié)器選擇121確定時間常數(shù)2計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)3選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)4計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)5檢驗近似條件設(shè)計任務(wù)簡述系統(tǒng)設(shè)計要求設(shè)計性能指標系統(tǒng)無靜差；電流超調(diào)量I5；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時超調(diào)N10已知電機參數(shù)PN2400KWUN750VIN3600A25RA0016NN100R/MINIFN897A電機電樞回路總電阻R0028電機電樞回路總電感L198MH電機飛輪慣量604250NM2GD2ACR,ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為8V,8V一設(shè)計步驟及說明書要求1畫出雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并簡要說明工作原理2根據(jù)已知的電機參數(shù)選擇整流管及整流變壓器二次側(cè)電壓有效值，并根據(jù)晶閘管的參數(shù)選擇過壓、過流保護元件3分析觸發(fā)電路1同步環(huán)節(jié)2鋸齒波形成環(huán)節(jié)3移相和脈沖輸出環(huán)節(jié)4雙脈沖輸出環(huán)節(jié)4設(shè)計ASR，ACR并滿足性能指標要求二、設(shè)計總體方案1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有兩調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。一個是電流環(huán),一個是轉(zhuǎn)速環(huán)。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面稱內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊稱外環(huán)。兩個環(huán)配合調(diào)節(jié)，電流環(huán)先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)，轉(zhuǎn)速環(huán)后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)，系統(tǒng)的抗干擾能力較強。2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖ASRACRKS1/CERUN_UIUIIDUCUNUD0_IDREN3簡述工作原理因在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR包括不飽和、飽和、退飽和三種情況，因此整個動態(tài)過程可分為三個階段。第一個階段是電流上升階段。突加給定電壓U后，經(jīng)N兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，U、U、I都隨之上升，但是在IC0D沒有達到負載電流I前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當IIDDLD后,電動機開始起動。由于機電慣性的作用,轉(zhuǎn)速不會很快L增長,因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差UUU的數(shù)值NN仍較大,其輸出電壓保持限幅值U,強迫電樞電流I迅速IMD上升。直到II,UU,電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了I的DMII增長,標志著這一階段的結(jié)束。在這一階段ASR很快進入并保持飽和狀態(tài),而ACR一般不飽和。第二個階段是恒流升速階段,是起動過程中的主要階段。在這個階段ASR始終是飽和的,轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán),系統(tǒng)成為在恒值電流給定U下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng),基本上保持電流IMI恒定,因而系統(tǒng)的加速度恒定,轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同D時電動機的反電動勢E也按線性增長,對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說,E是一個線性漸增的擾動量。為了克服這個擾動,U和U也0DC必須基本上按線性增長,才能保持I恒定。當ACR采用PID調(diào)節(jié)器時,要使其輸出量按線性增長,其輸入偏差電壓UUU必須維持一定的恒值,也就是說,I應(yīng)略低于IIIMID。此外還應(yīng)指出,為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用,在起動D過程中ACR不應(yīng)飽和。第三個階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當轉(zhuǎn)速上升到給定值NN時,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零,但其輸出卻0由于積分作用還維持在限幅值U,所以電動機仍在加速,使IM轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后,ASR輸入偏差電壓變負,使它開始退出飽和狀態(tài)，U和I很快下降。但是,只要I仍大于負IDD載電流I,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到II時，轉(zhuǎn)矩,DLDDLLET則,轉(zhuǎn)速N才達到峰值。此后,電動機開始在負載的阻0TN力下減速,與此相應(yīng)，,直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整DLI定得不夠好,也會有一段振蕩過程。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi),ASR和ACR都不飽和,ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用,而ACR則力圖使I盡快地跟隨其給定值U,或者說,電流內(nèi)環(huán)DI是一個電流隨動子系統(tǒng)。三、根據(jù)已知的電機參數(shù)選擇整流管晶閘管并確定過流，過壓保護元件和參數(shù)及整流變壓器容量KWPN240VUN750AIN3605整流元件額定值1整流變壓器二次測電壓有效值的確定要比較精確地計算二次相電壓必考慮以下因素A最小控制角。對于要求直流輸出電壓保持恒定或要求電轉(zhuǎn)速MIN恒定的整流裝置,需能自動調(diào)節(jié)進行補償,這就要求變壓器二次電壓留有一定的調(diào)節(jié)裕量,不能以0計算。一般可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)的IN取3035,不可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)的取1015,對于電阻MINMIN性負載,可取0INB電網(wǎng)電壓波動。根據(jù)規(guī)定電網(wǎng)允許波動510,考慮在電網(wǎng)電壓最底時要求仍能保證最大整流輸出電壓,故通常取波動系數(shù)90C變壓器漏抗產(chǎn)生的換相壓降DEDLDLRIIUMIXU22半導(dǎo)體變流技術(shù)（第2版）莫正康D晶閘管或整流二極管正向?qū)▔航悼紤]了以上因素以后,變壓器二次電壓的計算公式為NDLDICUAU2MINAX2COS半導(dǎo)體變流技術(shù)（第2版）莫正康式中A理想情況整流電壓與二次電壓之比0C線路接線方式系數(shù)U變壓器短路電壓比,100KVA以下取U005,容量DLDL越大,U也越大最大為01L變壓器二次側(cè)實際工作電流與變壓器二次側(cè)額定電NI2流之比過載倍數(shù)為了簡化計算，可用理想情況時的電壓計算值增加15來計算。所以3421502DUU736859（V）2）額定電壓23TNUMM623685990256V2323TNUM90286180571270857V取2500VTN3額定電流152IDIKFB半導(dǎo)體變流技術(shù)（第2版）莫正康三相橋式電路0367FB2536009000ANDIDFBTIK251152036790001523303495456606A取6000ATI4晶閘管關(guān)斷過電壓阻容保護計算公式FICT31042半導(dǎo)體變流技術(shù)（第2版）莫正康310RIT3104F362F1取010R5過流保護在大容量場合一般采取直接快速開關(guān)保護，它的動作時間僅2MS。3過流時調(diào)節(jié)器保護系統(tǒng)中接入電流截止負反饋環(huán)節(jié)，當電流大于臨界截止電流時，將電流反饋信號加到放大器的輸入端，保持電流基本不變；當電流小于臨界截止電流時，將電流反饋切斷，電流自由隨負載增減。2失磁保護電機磁通的過度減少會引起電機超速，即弱磁升速，一般的，在勵磁回路加電磁式電流繼電器。吸合電流一般整定在08倍的額定勵磁電流即7176。整流變壓器容量903652NDII573422122AIIDDDKVIUS32108814655734683半導(dǎo)體變流技術(shù)（第2版）莫正康四、鋸齒波觸發(fā)電路雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用的是鋸齒波觸發(fā)電路五、動態(tài)設(shè)計1固有特性（各環(huán)傳遞函數(shù)）1電機的傳遞函數(shù)為12STCESWMLM）（電動機電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時因為、都很小，所以，這一項很小可以略去，電機的傳遞MTL2STLM函數(shù)可以近似為一個慣性環(huán)節(jié)1STCEWM）（電動機電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時2晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳遞函數(shù)為1STKWSS）（電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時3濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為A電流環(huán)的濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為1STWOII電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時B轉(zhuǎn)速環(huán)的濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為1STWONN電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時上述環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)組合起來就可組成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖電流環(huán)NSSUISUC0SDSIDSIDL1STON1STOI1STOIASRKSACR1STRLSMCE1ONSUES3根據(jù)性能指標選擇設(shè)計調(diào)節(jié)器（1）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計首先考慮應(yīng)把電路環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)，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，采用I型系統(tǒng)就夠了。再從動態(tài)要求上看，實際系統(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)電壓波動的及時抗繞作用只是次要的因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。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，它的傳遞函數(shù)為SKSWIIACR1電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；IK電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)I電磁時間常數(shù)為LT0728091SRLTL電路邱關(guān)源MIN9246103675RVNIUCENA電機原理及拖動彭鴻才1560924330NEM電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時機電時間常數(shù)為MT09841569243750637552SCEMRGD電機原理及拖動彭鴻才轉(zhuǎn)速環(huán)反饋系數(shù)為MIN10RVNUN電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時電流環(huán)反饋系數(shù)為0936528AVIUNIM電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時設(shè)計要求設(shè)計電流調(diào)節(jié)器,要求電流超調(diào)量5I1確定時間常數(shù)1整流裝置滯后時間常數(shù)為STQFS21電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時Q由整流方式所決定的,此處為三相橋式整流Q6所以01675621SQFTS2電流濾波時間常數(shù)OI三相橋式電路每個波頭的時間是33MS,為了基本濾平波頭,應(yīng)有MSTOI321因此取SI023電流環(huán)小時間常數(shù)之和為IT0367201670SOISI電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)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,電氣原理圖如下結(jié)構(gòu)圖如下1計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)SRLTLI07電流環(huán)開環(huán)增益要求時，5I50IIK24136701STKII整流與觸發(fā)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)SK75100CDSUK409752824136KSRIII電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時校驗近似條件電流環(huán)截止頻率SKCII12436（A）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件169051016731STSCI滿足近似條件B忽略反電動勢變化時對電流環(huán)動態(tài)影響的條件8635049281307984131LMTCIS1滿足題目要求近似條件C電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件1398203413021670313STOISCI滿足近似條件計算調(diào)節(jié)器電阻和電容R由運算放大器而定，在此取R040K0KRKII1640FCIII01673取045FFRTCOIOI201430取022轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計電氣原理圖如下1確定時間常數(shù)A電流環(huán)等效時間常數(shù)07343602/15IIITKB轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)TON根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波，取TON001SC轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)TNT1/KITON000734001001734SN電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時2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3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,取H5,則ASR的超前時間常數(shù)為SHTNN0867017345電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為21392017452/152/1STHKNN電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時ASR的比例系數(shù)為570134281052/0984260915/NMNRTHCEHK電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時4檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為26340871391/SNKCNNN電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為31CNIISTK1264/滿足簡化條件2轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似條件為31CNONISTK187/滿足近似條件計算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)選取的運算放大器選KR400RNKNR0K3057CN