湖北理工學(xué)院控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、海小方了舉卷電氣與電子信息工程學(xué)院控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告名稱：直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真和審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：2011級(jí)（3）班學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：胡學(xué)芝、陳學(xué)珍設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年12月8日一2014年12月19日設(shè)計(jì)地點(diǎn)：K2-414、306課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20142015學(xué)年第一學(xué)期學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：2011電氣工程及其自動(dòng)化3班指導(dǎo)教師胡學(xué)芝陳學(xué)珍工作部門:電氣學(xué)院電氣自動(dòng)化教研室一、課程設(shè)計(jì)題目：直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真和審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)建模及仿真二、設(shè)計(jì)目的：控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是繼“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課之后開設(shè)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)課程。由于它是一門理論深、綜合性

2、強(qiáng)的專業(yè)課，單是學(xué)習(xí)理論而不進(jìn)行實(shí)踐將不利于知識(shí)的接受及綜合應(yīng)用。本課程設(shè)計(jì)將起到從理論過渡到實(shí)踐的橋梁作用，通過該環(huán)節(jié)訓(xùn)練達(dá)到下述教學(xué)目的：1、通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)充在交直流調(diào)速及相關(guān)課方面的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力。2、通過課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生獨(dú)立完成一項(xiàng)直流或交流調(diào)速系統(tǒng)課題的基本設(shè)計(jì)工作，使學(xué)生熟悉設(shè)計(jì)過程，了解設(shè)計(jì)步驟，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)能力、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料能力的目的、培養(yǎng)學(xué)生工程繪畫和編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。3、通過課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，綜合分析和解決實(shí)際工程問題的能力。通過它使學(xué)生理論

3、聯(lián)系實(shí)際，以實(shí)際系統(tǒng)作為實(shí)例，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵循的原則、基本內(nèi)容、設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)步驟方法及系統(tǒng)調(diào)試步驟。通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和實(shí)事求是的工作作風(fēng)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，為今后走向工作崗位從事技術(shù)打下良好基礎(chǔ)。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容(含技術(shù)指標(biāo))1 .直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真題目和設(shè)計(jì)要求(一)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的選題電動(dòng)機(jī)型號(hào)Pn(KW)U(V)In(A)NN(r/min)R(Q)GD2(NmP極對(duì)數(shù)Z2-812623011314500.527.441(1)電機(jī)數(shù)如下表:(2)技術(shù)數(shù)據(jù)1 .電樞回路總電阻取R=2Ra;總飛輪力矩：GD22.5G

4、D2。2 .其他參數(shù)可參閱教材中“雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)舉例”的有關(guān)數(shù)據(jù)。3 .要求：調(diào)速范圍。=10,靜差率S5%:穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i%5%；啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量n10%。4 .要求系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護(hù)。5 .要求觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。6 .要求給拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置給定積分器。(3)設(shè)計(jì)的內(nèi)容1 .調(diào)速的方案選擇(1) 直流電動(dòng)機(jī)的選擇(根據(jù)上表按小組順序選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào))(2) 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇(要求通過方案比較后，采用晶閘管三相全控整流器供電方案)；(3) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇(要求通過方案比較后，采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu))；(4) 確定直流調(diào)速系統(tǒng)的

5、總體結(jié)構(gòu)框圖。(1)2.主電路的計(jì)算(可參考“電力電流計(jì)算。(2) 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算。a)交流側(cè)過電壓的保護(hù)；b)阻容保護(hù)、壓敏電阻保護(hù)計(jì)算；c)直流側(cè)過電壓保護(hù)；d)晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù)；e)過電流保護(hù)。f)交流側(cè)快速熔斷器的選擇，與元件全連的快速熔斷器的選擇，直流側(cè)快速熔斷器的選擇。電子技術(shù)”中有關(guān)主電路技術(shù)的章節(jié))(3) 整流變壓器計(jì)算，二次側(cè)電壓計(jì)算；一、二次側(cè)電流的計(jì)算；容量的計(jì)算。(4) 晶閘管元件的選擇。晶閘管的額定電壓、(5) 平波電抗器計(jì)算。3 .觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)觸發(fā)電路種類多，可直接選用，電路中元器件參數(shù)可參照有關(guān)電路進(jìn)行選用。4 .控制電路設(shè)計(jì)計(jì)算：

6、主要包括：給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算、轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算。5 .雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：主要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，可參閱雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。6 .對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真校驗(yàn)并上交設(shè)設(shè)說明書。2.交流調(diào)速系統(tǒng)建模及仿真串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)建模及仿真：系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)：380V,50HZ,三相交流供電電源繞線式三相交流異步電動(dòng)機(jī)，額定功率PN=2.2kW,額定電壓U=380v,額定電流In=5A,額定轉(zhuǎn)速nN=1460r/min,J=0.045kgm2,Rs=1.435Q,P=2。建立串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，并進(jìn)行參

7、數(shù)設(shè)置。做出仿真結(jié)果，上交說明書。2)實(shí)施過程：1 .學(xué)生分組、布置題目。按學(xué)號(hào)分組，然下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，原則上每小組一個(gè)題目。2 .熟悉題目并選題，收集資料。設(shè)計(jì)開始，每個(gè)學(xué)生根據(jù)所選的題目，充分了解技術(shù)要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集資料，包括參考書、手冊(cè)和圖表等，為設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備3 .直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真。正確選定系統(tǒng)方案，并進(jìn)行主電路和保護(hù)電路設(shè)計(jì)、計(jì)算和元器件選型，認(rèn)真畫出系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。4 .直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路的方案選定、設(shè)計(jì)、計(jì)算和元器件選型，完成操作電路原理設(shè)計(jì)和元件選型，最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并校驗(yàn)是否達(dá)到要求。5 .交流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真，先簡(jiǎn)要講述基本原理，然后進(jìn)行建模仿真，給

8、出仿真結(jié)果。6 .校核整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，編制元件明細(xì)表。7 .繪制正規(guī)系統(tǒng)原理圖，整理編制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。五、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1、進(jìn)度表序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容所用時(shí)間1布置任務(wù)，查閱資料及調(diào)研。1天2直流系統(tǒng)部分方案的選擇論證1天3直流部分主電路設(shè)計(jì)1天4直流部分控制電路設(shè)計(jì)1天5直流部分仿真實(shí)驗(yàn)及校驗(yàn)及繪制電路圖1天6針對(duì)交流部分任務(wù)查資料并進(jìn)行原理分析1天7交流部分建模1天8交流系統(tǒng)仿真調(diào)試1天9交流系統(tǒng)仿真調(diào)試答辯1天10答辯、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書1天11合計(jì)10天2、時(shí)間安排時(shí)間2014年12月8日2013年12月19日(共2周)星期一星期二星期三星期四星期五星期一星期二星期三星期四星期五上午12節(jié)下午上午下

9、午上午下午上午下午上午下午上午下午上午下午上午下午上午下午上午下午安排查資料指導(dǎo)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)自行設(shè)計(jì)指導(dǎo)自行設(shè)計(jì)編寫報(bào)告編寫報(bào)告答解地占八、設(shè)計(jì)指導(dǎo)地點(diǎn)：K2414,306查閱資料、自行設(shè)計(jì)地點(diǎn)：K2電力電子實(shí)驗(yàn)室、圖書館、上網(wǎng)地點(diǎn)或其它答工解若在周五沒有全部完成資料整理，則答辯時(shí)間可另行安排。3、執(zhí)行要求(1)直流調(diào)速設(shè)計(jì)的十三題中選做一題，在交流調(diào)速仿真四題中選一題。(2)要求獨(dú)立完成，并在答辯過程中檢測(cè)。(3)為了避免雷同，在設(shè)計(jì)中所采用的方案不能一樣。六、設(shè)計(jì)報(bào)告本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)包括兩部分內(nèi)容：直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并校驗(yàn)和交流調(diào)

10、速建模與仿真。(一)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分提交：1 .題目及技術(shù)要求2 .系統(tǒng)方案和總體結(jié)構(gòu)。3 .系統(tǒng)工作原理介紹。4 .具體設(shè)計(jì)說明：包括主電路和控制電路。5 .元件明細(xì)表。6 .系統(tǒng)原理圖：繪制原理圖紙一張。7 .指標(biāo)校驗(yàn)與仿真實(shí)現(xiàn)。8 .仿真模型和仿真結(jié)果.9 .畫PCBS圖（選彳）。（二）交流部分提交對(duì)給定的調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行原理分析、建模與仿真，并提交仿真結(jié)果。七、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定評(píng)定項(xiàng)目基本內(nèi)涵分值設(shè)計(jì)過程考勤10分自行設(shè)計(jì)、態(tài)度認(rèn)真、按進(jìn)度完成任務(wù)等10分設(shè)計(jì)報(bào)告完成設(shè)計(jì)任務(wù)30分報(bào)告規(guī)范性、參考文獻(xiàn)充分等情況10分設(shè)計(jì)報(bào)告創(chuàng)新性、雷同率等情況10分答辯回答問題情況30分總分100分0

11、100分：優(yōu)；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：/、及格六、參考資料1、陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20042、石玉等.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19983、王兆安.電力電子技術(shù).第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20004、王離九等.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).武漢：華中科技大學(xué)出版社，19915、胡壽松.自動(dòng)控制原理：第4版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社6、洪乃剛等。電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLA昉真。機(jī)械工業(yè)出版社，2007。7、李華德主編。交流調(diào)速控制系統(tǒng)。電子工業(yè)出版社，20038、胡崇岳等?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)

12、。機(jī)械工業(yè)出版社，20019、黃忠霖等。控制系統(tǒng)MATLAB設(shè)計(jì)及仿真。機(jī)械工業(yè)出版社，200110、電工手冊(cè)指導(dǎo)教師：胡學(xué)芝，陳學(xué)珍2014年10月教研室主任簽名：胡學(xué)芝2014年10月10日第1章緒論-6-1.1 電力拖動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展-6-1.2 交直流調(diào)速系統(tǒng)的分類-7-第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真第2章直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定-8-2.1 系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)及要求-8-2.2 調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇-8-2.2.1 主電路的選擇-9-2.2.2 觸發(fā)電路的選擇-9-第3章主電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算-11-3.1 主電路的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2 整流變壓器的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。3.3 晶閘管元件的

13、選擇錯(cuò)誤！未定義書簽。3.5 平波電抗器的計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書簽。3.6 主電路的保護(hù)設(shè)計(jì)與計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書簽。3.7 勵(lì)磁電路元件的選擇錯(cuò)誤！未定義書簽。第4章觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1 觸發(fā)電路的選擇錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2 同步變壓器設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。4.3 控制電路的直流電源-18-第5章雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)195.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)21第6章系統(tǒng)MATLA防真216.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置236.1.1 系統(tǒng)的建模236.1.2 模型參數(shù)設(shè)置236.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析23第2篇審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)建模及仿真第7章斬波審級(jí)調(diào)速原理267.1 斬波審級(jí)調(diào)

14、速原理267.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)277.3 斬波審調(diào)系統(tǒng)的建模28第8章斬波申調(diào)系統(tǒng)的仿真298.1 系統(tǒng)的仿真參數(shù)318.2 仿真結(jié)果分析31-32-8.3 結(jié)論31參考資料第1章緒論1.1 電力拖動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程的要求，需要采用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械，這些生產(chǎn)機(jī)械大多采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的任務(wù)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式來完成各種工藝要求。隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)其工藝特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械和拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也不斷提出各種不同的要求，有的要求電動(dòng)機(jī)能迅速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；有的要求多臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速按一定的比例協(xié)調(diào)動(dòng)動(dòng)；有的要求電動(dòng)

15、機(jī)達(dá)到極慢的穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)；有的要求電動(dòng)機(jī)啟、制動(dòng)平穩(wěn)，并能準(zhǔn)確地停止在給定的位置。這些不同的工藝要求，都是靠電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)和機(jī)機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的?？梢姼鞣N拖動(dòng)系統(tǒng)都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此，調(diào)速控制技術(shù)是最基本的電力拖動(dòng)控制技術(shù)。1.1.1 直流調(diào)速控制技術(shù)發(fā)展概況由于直流調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速等性能，目前在調(diào)速領(lǐng)域中仍占主要地位。按供電方式，它可分交流機(jī)組供電、水銀整流供電和晶閘管供電三類，相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)列于表1-1。表1-1直流調(diào)速系統(tǒng)的三種供電方式供電方式調(diào)速效率響應(yīng)時(shí)間/s功率放大倍數(shù)交流機(jī)組0.79110水銀整流器0.8410-3103晶閘管整流器0.8910

16、-3103從表1-1看出，晶閘管供電的直流調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，在國(guó)內(nèi)外已取代了其他兩種供電方式。目前，我國(guó)的直流調(diào)速控制主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行著研究。提高調(diào)速的單機(jī)容量。我國(guó)現(xiàn)有最大單機(jī)容量為7000kW,國(guó)外單機(jī)容量已達(dá)14500kW提高電力電子器件的生產(chǎn)水平，增加品種。20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)的無自關(guān)斷能力的半控型普通晶閘管是第一代電力電子器件。70年代以后，出現(xiàn)了能自關(guān)斷的全控型器件，如電力晶體管（GTR、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、電力場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET靜電感應(yīng)晶體管（SIT）和靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）等稱之為第二代電力電子器件，

17、使得變流器結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、緊湊。80年代后，出現(xiàn)了電力集成電路（PIC）,屬于第三代電力電子器件，在PIC中，不僅含有主電路的器件，而且把驅(qū)動(dòng)電路以及過壓、過電流保護(hù)、電流檢測(cè)甚至溫度自動(dòng)控制等電路都集成在一起，形成一個(gè)整體。當(dāng)今，電力電子器件正在向大功率化、高頻化、模塊化、智能化發(fā)展。提高控制單元水平。目前國(guó)內(nèi)使用較多的仍是小規(guī)模集成運(yùn)放和組件構(gòu)成的交直流調(diào)速控制系統(tǒng)，觸發(fā)裝置甚至仍是分立元件的，相當(dāng)于國(guó)外第二代產(chǎn)品。目前，國(guó)外的第四代產(chǎn)品以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，具有控制、監(jiān)視、保護(hù)、診斷及自復(fù)原等多種功能。1.1.2 交流調(diào)速控制技術(shù)概況由于直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向存在一些問題，如最大供電電壓受到限制

18、，機(jī)械強(qiáng)度也限制了轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)形式不適應(yīng)于，腐蝕、易爆性和含塵氣體的特殊場(chǎng)合。因此人們轉(zhuǎn)向研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)行可靠、便于維護(hù)、價(jià)格低廉的交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。自從微處理機(jī)出現(xiàn)后，國(guó)外的繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速、無換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速、籠式異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制以及脈寬調(diào)制技術(shù)方面，都已獲得了重大突破與發(fā)展，進(jìn)入了工為應(yīng)用階段。尤其是20世紀(jì)70年代后不斷涌現(xiàn)出新型電力電子器件，變頻技術(shù)獲得了日新月異的發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美，目前，交流調(diào)速逐步取代直流調(diào)速已成為明顯的發(fā)展趨勢(shì)。特別是“節(jié)能型”交流調(diào)速控制技術(shù)，已得到很快的發(fā)展。在過去大量應(yīng)用的所謂不變速傳動(dòng)系統(tǒng)中，

19、有相當(dāng)一部分是風(fēng)機(jī)、水泵壓縮機(jī)等傳動(dòng)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)約占工業(yè)電力拖動(dòng)總量的一半。其中有些并不是真的不需要變速，只是由于過去的交流電動(dòng)機(jī)都不能調(diào)速，因而不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)流量，同時(shí)也消耗了大量的電能。如果換成交流調(diào)速，則消耗在擋板、閥門上的功率就可以節(jié)省下來，每臺(tái)至少約可節(jié)能10%以上，總的了能效果是很可觀的。在交流電動(dòng)機(jī)的控制策略方面，20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制原理，為高性能交流控制奠定了理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)像直流電動(dòng)機(jī)那樣的對(duì)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。矢量控制理論的提出和成功應(yīng)用，開創(chuàng)了用交流調(diào)速系統(tǒng)代替直流調(diào)速系統(tǒng)的時(shí)代。80年代掀起了交流調(diào)速熱，矢量控制理論進(jìn)一步完善和發(fā)展

20、，一些新的控制策略和方法相繼提出并被采用，例如“直接轉(zhuǎn)矩控制”就是80年代中期提出的又一交流調(diào)速控制技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制利用觀察電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和寬一子磁鏈，不需在進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換，采用閉環(huán)控制，直接控制電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，控制更加直接，受到各國(guó)學(xué)者的重視。近10年來，各國(guó)學(xué)者正致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，利用檢測(cè)定子電壓、電流等容易測(cè)量的物理量進(jìn)行速度估算，以取代速度傳感器，由于無速度傳感器控制技術(shù)不需要檢測(cè)硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等麻煩，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本，因而引起了廣泛興趣。1.2 交直流調(diào)速系統(tǒng)的分類隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，交直流調(diào)速

21、系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防理來的一切部門。按生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來分類，交直流調(diào)速控制系統(tǒng)可分為： 速度控制系統(tǒng)，即調(diào)速控制系統(tǒng)。例如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，磁帶的速度調(diào)節(jié)等等。調(diào)速控制系統(tǒng)又可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，又常稱為直流傳動(dòng)系統(tǒng)和交流傳動(dòng)系統(tǒng)。 位置控制系統(tǒng)，即位置隨動(dòng)（伺服）系統(tǒng)。例如液面位置的控制，雷達(dá)方位角的控制，火炮角位置的控制，機(jī)械加工中的軌跡控制等等。 張力控制系統(tǒng)。例如在加工各種帶材和線材的過程中，必須保持一定的卷進(jìn)卷出張力，才能使帶材卷得緊而齊，線材拉得粗細(xì)均勻而不斷。 多電機(jī)同步控制系統(tǒng)。即整個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)，每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)由一個(gè)電機(jī)拖動(dòng)單元拖動(dòng)

22、,組成了多單元同步控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中各單元就能同時(shí)按規(guī)定的速比穩(wěn)速運(yùn)行，并有良好的統(tǒng)調(diào)、單調(diào)性。系統(tǒng)對(duì)啟、制動(dòng)要求一般不高，啟動(dòng)時(shí)，一般緩慢均勻協(xié)調(diào)升速，制動(dòng)時(shí)要求停車迅速協(xié)調(diào)。-7 -第1篇直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第2章直流調(diào)速系統(tǒng)的方案確定2.1 系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)及要求電動(dòng)機(jī)型號(hào)PN(KW)UN(V)In(A)M(r/min)R(Q)GD2(Nrm)P極對(duì)數(shù)Z2-812623011314500.527.441設(shè)計(jì)要求：系統(tǒng)調(diào)速范圍D=10,S<5%,電流脈動(dòng)系數(shù)Si010%2.2 調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇計(jì)算電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce：0.12° v min/r,UnInRa2301130.

23、5由CeNAnN1450當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，系統(tǒng)額定速降為：nNIdN RCe113 2 0.50.120941.7 r/min,R 2Ra.開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率onNSNnN nN941.71450 941.7100% 39.4% ,大大超過了 S< 5%.若 D=10, S< 5%., WJnN snN-D 1 s14500.057.6r/min,可知開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的1010.05額定速降是941.7r/min,而工藝要求的是7.6r/min,故開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)無能為力，需采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因調(diào)速要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流

24、保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由過流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡(jiǎn)單，工作可靠，裝載體積小,宜用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)器該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定。采用三相全控橋式整流電路供電。調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un,與給定電壓Un相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓Un,經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大后，作為電流調(diào)節(jié)器的給定，與電流反饋信號(hào)相減后得到電流偏差Ui,經(jīng)電流調(diào)節(jié)器放大后，去控制觸發(fā)器的導(dǎo)通角，從而改變輸出電壓，達(dá)到變壓調(diào)速的目的。2.2.1 主電路的選擇一般說來，對(duì)晶閘管整流裝置在整流器功率很小時(shí)（4KW以下），用單相

25、整流電路，功率較大時(shí)用三相整流電路。這樣可以減小負(fù)載電流的脈動(dòng)。由于所提供的電動(dòng)機(jī)為10KW故主電路采用三相整流電路。在三相整流電路中，主要有三相零式整流電路、三相全控橋式整流電路和三相半控橋式整流電路。三相零式電路突出的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對(duì)需要220V電壓的用電壓的用電設(shè)計(jì)直接用380V電網(wǎng)供電，而不需要另設(shè)整流變壓器。但缺點(diǎn)是要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動(dòng)大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。因零線流過負(fù)載電流，在零線截面小時(shí)壓降大。而三相全控橋式整流電路，在輸出電流和電壓相同時(shí)，電源相電壓可較三相零式整流電路小一半。因此顯

26、著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。變壓器二次繞組電流中沒有直流分量，種用率高。輸出整流電壓脈動(dòng)小，所以平波電抗器容量就可以小一些。三相全控橋式整流電路的缺點(diǎn)是整流器件用得多，需要六個(gè)觸發(fā)電路，需要220V電壓的設(shè)備也不能用380電網(wǎng)直接供電，而要用整流變壓器。三相半控橋式整流電路，雖然只用三只晶閘管、三個(gè)觸發(fā)電路，但整流輸出電壓脈動(dòng)大，且不能用于需要有源逆變的場(chǎng)合。綜合上述三種三相整流電路，及根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，主電路選用三相全控橋式整流電路。又由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V,為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采

27、用D/Y聯(lián)結(jié)。2.2.2 觸發(fā)電路的選擇目前觸發(fā)電路主要有阻容移相觸發(fā)電路、單結(jié)晶體觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路、鋸齒波同步觸發(fā)電路，以及集成觸發(fā)電路等。對(duì)常見的幾種觸電發(fā)電路進(jìn)行綜合考慮，集成觸發(fā)電路具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而選用集成觸發(fā)電路。觸發(fā)集成芯片采用目前比較常用的KC系列。-10 -第3章主電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定電壓為230V,為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。3.1 整流變壓器的設(shè)計(jì)3.1.1 變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過

28、大又會(huì)造成延遲角“加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即：UdmaxnUTU2二二ITA(c0sminCUsh-)I2N(3-1)式中Udmax-整流電路輸出電壓最大值;nUT-主電路電流回路n個(gè)晶閘管正向壓降;C-線路接線方式系數(shù);Ush-變壓器的短路比，對(duì)10100KVAUsh=0.050.1;I2N-變壓器二次實(shí)際工作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。在要求不高場(chǎng)合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即:UdU211.2AB(3-2)式中A-理想情況下，a=0。時(shí)整流電壓Ud0與二次電壓U2之比,即A=Ud0/U2；B-延遲角為a時(shí)輸出電壓U2與Ud0之比，即B

29、=Ud/Ud0;s電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù);(11.2)考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式:U211.2UdAB8(3-3)由表查得A=2.34;取e=0.9；a角考慮10°裕量，則B=cosa=0.985111 133 V/c2301.22.340.90.985取U2=120V電壓比K=U1/U2=380/120=3.17。3.1.2 一次、二次相電流II、I2的計(jì)算由表查得K11=0.816,92=0.816考慮變壓器勵(lì)磁電流得:I11.0530 .54 AKMId0.8161131.05K3.17I 2 K 121d0.816 11390.21 A3.1.3 變壓器容量的計(jì)算&

30、amp;miUM(3-4)S2lm2U2I2>(3-5)S1/2(S1S2)；(3-6)式中m1,m2-一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；由表查得m13,m23&m1U1I1=3X380X30.54=34.816KVAS2ml2U2I2=3X120X90.21=32.476KVAS1/2(S1S2)=(34.816+32.476)/2=33.646KVA取S=33.6KVA3.2晶閘管元件的選擇3.2.1 晶閘管的額定電壓晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓UTN，乘以(23)倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓Utn,即Utn=(23)Um整流電路形式為三相全控橋，查表得U

31、mJ6U2,則Utn23Um23<6U22366120587.9881.8V(3-7)取UTN700V.3.2.2 晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值ITN大于實(shí)際流過管子電流最大有效值1T，即Itn=1.57It(av)>It或It(av)>'=上上=KId(3-8)1.571.57Id考慮(1.52)倍的裕量(3-9)(3-10)It(av)=(1.5-2)Kid式中K=It/(1.57Id)-電流計(jì)算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40C時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降

32、低元件的額定電流值。關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。由表查得K=0.367,考慮(1.52)倍的裕量ItAV1.52Kid1.520.36811362.483.2A取It70Ao故選晶閘管的型號(hào)為MFC-70A。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，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(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。3.3.1 過電壓保護(hù)以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。(1)交流側(cè)過電壓保護(hù)1)阻容保護(hù)即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和

33、電容C進(jìn)行保護(hù)。本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=33.6KVA,U2=120VIem取值：當(dāng)S=50100KVA時(shí)，對(duì)應(yīng)的Iem=41,所以Iem取3。06IemS/U22=6X3X33.6X103/1202=42口耐壓1.5Um=1.5X120X22=254.6V選取50F,而寸壓300V的鋁電解電容器。Ush選取：S=33.6KVA,S=50100KVAUsh=15,所以Ush=32-Ush233R>2.3U2/SJ=2.3X120/33.6X1013=0.98Q取R=1QIc=2兀fCUCX10-6=2%X50X50X120X10-6=1.884APr>(3-4)Ic2R=(34)

34、X1.8842X1=(10.6414.20)W選取電阻為2Q,20W的金屬膜電阻。2)壓敏電阻RV1的計(jì)算U1mA=1.3%巧U2=1.3XV2X120=220.6V流通量取5KA=選MY31-330/5型壓敏電阻(允許偏差+10%)作交流側(cè)浪涌過電壓保護(hù)。(2)直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。U1Ma(1.82)Udc=(1.82.2)X230=414460V選MY31-660/5型壓敏電阻(允許偏差+10%)作直流側(cè)

35、過壓保護(hù)。(3)閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù)查下表：表3-1阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定晶閘管額定電流/A1020501002005001000電容/科F0.10.150.20.250.512電阻/1008040201052抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值Um的1.11.15倍。由于1T70A由上表得C=0.25WF,R=20Q,電容耐壓1.5Um=1.5XJ6U2=1.5xJ6X120=441V選C為0.25曠的CZ40-2型金屬化紙介質(zhì)電容器，耐壓為450V。Pr2fcUc2106=50X0.25X(73120)21

36、06=0.54W選R為30Q,1W的普通金屬膜電阻器。3.3.2 過電流保護(hù)快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。1、 晶閘管串連的快速熔斷器的選擇接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管的有效值1T1d/.3113/.3=65.3A選取RLS-100快速熔斷器，熔體額定電流100A。(2)過電流繼電器的選擇因?yàn)樨?fù)載電流為113A,所以可選用吸引線圈電流為30A的JL14-11ZS型手動(dòng)復(fù)位直流過電流繼電器，整定電流取1.25X113=141.25A=140A3.4 平波電抗器的計(jì)算為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流

37、，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器Ld,稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。(1)算出電流連續(xù)的臨界電感量L1可用下式計(jì)算，單位mH,U2L1K1(3-11)1 dmin式中Ki為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；Idmin為最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%10%計(jì)算。根據(jù)本電路形式查得K1=0.695所以120L1=0.695=14.76mH1135%(2)限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量L2由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常負(fù)

38、載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量L2(單位為mH)可用下式計(jì)算L2K2-(3-12)SId式中K2-系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，Si-電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路Si<(510)%。根據(jù)本電路形式查得K2=1.045,所以.5120L2K2=1.045=11.1mHSId10%113(3)電動(dòng)機(jī)電感量LD和變壓器漏電感量LT電動(dòng)機(jī)電感量Ld(單位為mH可按下式計(jì)算LDKd 1032pnk(3-13 )-21 -式中Ud,Id,n直流電動(dòng)機(jī)電壓、

39、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入;P電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；Kd計(jì)算系數(shù)。一般無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取812,快速無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取68,有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取56。本設(shè)計(jì)中取Kd=8、UD=Un=230V、ID=1n=113A、n=1450r/min、p=1Ud3230“3LdKd10=810=5.615mH2pnlD211450113變壓器漏電感量Lt (單位為mH可按下式計(jì)算LTKtUshU2100ID(3-14)式中Kt計(jì)算系數(shù)，查表可得USh變壓器的短路比，取3。本設(shè)計(jì)中取Kt=3.9、Ush=3所以Lt=3.9X3X120/(100X113)=0.124mH(4)實(shí)際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電

40、感量：LdmaxL2,L1(LD2LT)14.76(5.61520,124)8.897mH如上述條件均需滿足時(shí)，應(yīng)取Ld作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取Ld=10H作為平波電抗器的電感值。3.5勵(lì)磁電路元件的選擇整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取700V。額定電流可查得K=0.367,取Il=1.2AID(AV)=(1.52)KIl=(1.52)X0.367X1.2A=0.60.88A可選用ZP型3A、700V的二極管。RPex為與電動(dòng)機(jī)配套的磁場(chǎng)變阻器，用來調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場(chǎng)回路中串入了欠電流繼電器KA2,動(dòng)作電流通過RPI調(diào)整。根據(jù)額定勵(lì)磁電流Iex=1.2

41、A,可選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。9111111911345101R48R42W4圖41集成六脈沖觸:T1234564.2控制電路的直流電源這里選用集成穩(wěn)壓電路CM7813口CM7915如圖3-3所示。7_7815r1-0+15V2COA3D1r7D3D2-J0-15V圖3-3±15V直流穩(wěn)壓電源原理圖第5章雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)5.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts對(duì)于三相全控橋式整流電路，可取Ts0.0017so電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi對(duì)于三相全控橋式整流電路，可取Toi2ms0.002s。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)TT

42、iTsToi0.00170.0020.0037s。電流調(diào)節(jié)器的選擇因?yàn)殡娏鞒{(diào)量i5%,并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控EKi1制對(duì)象是雙慣性型的，故可用PI型電流倜節(jié)器WACRsi。其模擬電路圖如圖5-1所is示。二極管3VD1和3VD2起運(yùn)放輸入限幅，保護(hù)運(yùn)放的作用。二極管3VD34VD4和電位器3RW13RW湘于正負(fù)限幅，調(diào)節(jié)3RW1或3RW或可以改變下輸出幅值或負(fù)限幅值。3R1是為了避0免運(yùn)算放大器長(zhǎng)期工作產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，其阻值較大，可取4.7MQOUc4DV3 十*電流反饋系數(shù)型0.05V/AIdm電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：Ti0.03R電流調(diào)節(jié)器

43、超前時(shí)間常數(shù)：iTi0.03電流環(huán)開環(huán)增益：要求i5%時(shí)，就取KIT0.5,因此KI 0.5/T_10.5/0.0037135.1s于是，電流環(huán)的比類系數(shù)為校驗(yàn)近似條件Ki生Ks135.1 0.03 0.5 1 0140 0.05電流環(huán)截止頻率:ci =KI =135.1晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：3Ts 3 0.0017 1196.1S 1>ci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:130.18s 0.03s14Q82s。滿足條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:131 J1Ts Toi3 0.0017 0.0021180.8sci ,滿足條件。計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)

44、算放大器的 3 Ri =40k ，有RiKi R0=0.42 40=16.8 k ，取 18k故 Wacr0.03180001.7 F ,取 1.74Toi4 0.002Coi-Z-R040k0.2 F，取 0.2 F 0Ki i 1is1.010.03s 1 .0.03s其結(jié)構(gòu)圖如下所示:37瓦 CiW2RJO/2圖51電流調(diào)節(jié)器5.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)(1) 確定時(shí)間常數(shù):1有 Ki T i 0.5,則 Ki2Ti2 0,0037s 0.0074s,已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)Ton =0.01S ,故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)1一 Ton 0.0074 0.01 0,0174s。 Ki(2)選擇轉(zhuǎn)速

45、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu):按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器Wasr SKn nS(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=4,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為hTn40,01740.0696s,轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KN2T 22h T n5122516.1s1。240.0174ASR的比例系數(shù)為：Knh1CeTm2hRTn50050.1151.8240.0070.50.01741071轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為Wcn cn(4)檢驗(yàn)近似條件KNKNn516.10,069635.92s1。電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為1Ki1I13511637s3.00037WCn,滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為:(5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電

46、阻和電容:1R1113513Ton30.011387sNn,滿足近似條件。on取R0=40k,則RnKnR0107.1404284k，取4300kn0.0696Rn4300k4TonR040.0140k0.0162F,取0.02F故WASRKnns1107.10.0696s10.0696s其結(jié)構(gòu)圖如下:圖52轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4,查得n43.6%10%,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=4時(shí)，查得CmaxCb=77.5%,所以Cmax）（=CbTnTm=277.5%1.51520.60.11514500.01651.2%10%,滿足設(shè)計(jì)要求第6章系統(tǒng)MA

47、TLA昉真本次系統(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寸控制系統(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勺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PowerSystem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。6.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置6.1.1 系統(tǒng)的建模采用Simulink工具箱中的PowerSystem模塊組成的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖6-1所示。模型由晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)組成的主回路和轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器組成的控制回路兩部分組成。其中的主電路部分，

48、交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用PowerSystem模型庫的模塊?？刂苹芈返闹黧w是轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器。模型中轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋均取自電動(dòng)機(jī)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)速和電流輸出端，減小了測(cè)速和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，這不會(huì)影響仿真的真實(shí)性。電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出端其后面的環(huán)節(jié)運(yùn)算后，得到移相控制電壓，去控制整流橋的輸出電壓。而電流調(diào)節(jié)器ACR勺輸出限幅就決定控制角的最大和最小限制。6.1.2 模型參數(shù)設(shè)置轉(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8-1所

49、示。圖8-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASRACR限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，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Starttime設(shè)為0,Stoptime設(shè)為2.5。6.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖8-2是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下面分析一下仿真的結(jié)果。圖8.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

50、電流和轉(zhuǎn)速曲線啟動(dòng)過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，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(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)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。由于在本系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都

51、是在單片機(jī)內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。從以上的仿真結(jié)果可看出，所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足要求。第二篇串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)建模及仿真第七章斬波串級(jí)調(diào)速原理7.1 斬波審級(jí)調(diào)速原理具有斬波控制的審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖7-1所示。圖7-1斬波控制審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖具有斬波控制的審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與普通用調(diào)系統(tǒng)相比在直流回路中增加了開關(guān)器件CH、隔離二極管Vd,濾波電容C。此三個(gè)元件構(gòu)成斬波升壓電路。有源逆變器Ui的逆變角選擇可以一個(gè)最小的固定的min,因此Ui為固定電壓。Ui2.34U2TCOSmm在CH導(dǎo)通時(shí)，1d增加、vd截止。在CH截止時(shí)，1d通過vd流入逆變器，1d下降。直流回路各點(diǎn)波形如

52、圖2-2所示。圖中為CH的開通時(shí)間，T為CH的開斷周期，Un為斬波器CH的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，UZ為CH兩端的電壓波形，iVD為經(jīng)流二極管弘的電流波形，iCH為流經(jīng)斬波器CH的電流波形。改變CH的開通占空比/T,就可以改變UZ的平均電壓。在交流電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，改變/T,就可以改變1d的大小，即改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩Te,從而達(dá)到調(diào)速的目的。斬波電路和逆變器UI的共同作用相當(dāng)于普通用調(diào)系統(tǒng)中可調(diào)的有源逆變器的作用。只是后者UI的功率因數(shù)比較高，接近0.9,且恒定。Unn n c .t 圖72斬波用調(diào)主電路波形7.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了提高靜態(tài)調(diào)速精度及獲得較好的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)采用具有電流負(fù)反饋與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的雙閉環(huán)控制方式。雙閉環(huán)系統(tǒng)是一種具有電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，較單閉環(huán)系統(tǒng)有著更為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特性。下面將著重介紹雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理。轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)：圖73為具有雙閉環(huán)控制的繞線異步電動(dòng)機(jī)斬波審級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。該調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子斬波閉環(huán)控制。圖中轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自于增量式光電編碼器，電流反饋信號(hào)Ui取自直流主回路中設(shè)置的霍爾電流傳感器。ASR,AC的別為速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，均為PI調(diào)節(jié)器，由數(shù)字信號(hào)處理信號(hào)（D