雙閉環(huán)直流調速系統ACR設計(工程整定法)與系統實驗

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上基于工程整定法的雙閉環(huán)直流調速系統電流調節(jié)器設計摘要： （三）、調速系統參數測定1、實驗線路及原理晶閘管調速系統由整流變壓器、晶閘管整流調速裝置、平波電抗器、電動機-發(fā)電機組等組成。在本設計中整流裝置的主電路為三相橋式電路。控制電路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角a，從而獲得可調的直流電壓，以滿足實驗要求。本系統的組成原理如圖所示。電樞回路總電阻R包括電機的電樞電阻Rn、平波電抗器的直流電阻RL及整流裝置的內阻Rn，即R=Rn+RL+Rn由于阻值較小，用歐姆表或電橋測量，接觸電阻的影響很大，帶來的誤差也大，所以在本次測量

2、中采用直流伏安法測量電路總電阻。其測量線路如下圖所示。如上圖所示將變阻器R1、R2接入系統主電路中，在我們實際測試時是將D42三相可調電阻并聯接入系統中。在測試中電動機不加勵磁，讓電機堵轉。啟動電源調節(jié)給定使輸出直流電壓在30%Ued-70%Ued范圍內，然后調整R2使電樞電流在80%Ied-90%Ied范圍內，讀取電流表A和電壓表V的數值為I1、U1，然后調節(jié)三相可調電阻，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數值I2、U2,利用公式R=（U2-U1）/(I1-I2)即可得到電樞回路總電阻。 實驗所的數據U1U2I1I211441560.750.3421411490.800.45第一組數據計算電

3、阻第二組數據計算電阻總電阻4、主電路電磁時間常數Td的測定在本測定中采用電流波形測定電樞回路電磁時間常數Td，電樞回路突加給定電壓，電流id將按指數上升id=Id當t=Td時有id=Id=0.632Id在如下實驗線路所示，電機不加勵磁，調節(jié)給定使電機電樞電流在50%Ied-90%Ied范圍內。保持Ug不變，將給定的S2接地，然后拔動給定S2從接地到正電壓信號，并用數字示波器記錄波形，并利用波形在電流上升至穩(wěn)定的63.2%時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數Td。實驗接線圖如下；通過波形圖得出電磁時間常數Td=0.015s5、電動機電常數Ce和轉矩常數Cm的測定在測試過程中將電動機加額定勵磁，并

4、使其空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應的轉速n即可算出Ce，并由Ce算出Cm。 實驗所得數據Ud1Ud2n1n21127213985.41500215320110221412由公式 計算得計算得所以得總電勢時間常數轉矩常數Cm的單位為,并且6、系統機電時間常數Tm測定系統的機電時間常數可由公式求的。由于在系統TmTd，便可以近似的把系統看成一階慣性壞節(jié)，即當電樞突加給定電壓時，轉速n將俺只是規(guī)律上升，當n達到穩(wěn)態(tài)值的63.2%時，所經歷過的時間即為整個系統的機電時間常數。在本測試中電樞回路中的附加電阻全部切除，突然給電樞加電壓，用數字示波器整個過程曲線，最后由曲線求出機電時間常數。最后由求的

5、機電時間常數為Tm=0.06s7、晶閘管整流裝置放大倍數的測定實驗線路如下圖所示，示波器可以不用接，電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對應的Ug、Utg、Ud、Nde 數值若干組即可，在本設計系統中我們即可讀出Ug和Ud即可求出晶閘管整流裝置的放大倍數曲線。 實驗所得數據UgUdUgUd10.106981.0614020.237891.1414630.63109101.2715640.71115111.4516850.78120121.6318060.86126131.8919670.92130142.21216由實驗數據繪制出晶閘管整流裝置放大倍數曲線曲線繪制如下：并

6、由曲線得放大倍數為Ks70（四）、調節(jié)器設計2、電流調節(jié)器的作用（1）作為內環(huán)的調節(jié)器，在外環(huán)轉速的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即自動恢復正常。這個作用對系統的可靠運行來說是十分重要的。數據計算一下就可以。這樣變使設計方法規(guī)范化，大大減少了設計的工作量。4、電路調節(jié)器的設計（1）調節(jié)器結構的選擇第一我們應該考慮把電流調節(jié)器校正成哪一類典型系統。從系

7、統穩(wěn)定要求來看，希望電流無靜差，并得到理想的堵轉特性，如圖所示：在實際系統中一般采用I型系統就可滿足。再從動態(tài)特性上看，實際系統不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，來保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，然而對電網電壓波動的及時抗擾作用成為次要因素。因此在電流環(huán)應該以跟隨性能為主，即如上所說的典型I型系統。上圖表明電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成I型系統，應該采用PI調節(jié)器，其傳遞函數可以寫成如下形式：在式中 Ki電流調節(jié)器的比例參數； i電流調節(jié)器的超前時間常數；為了讓調節(jié)器零點與控制對象的大時間常數極點對消，選擇i=則電流環(huán)的動態(tài)結構框圖便成為下圖所示的典型形式，其中現將上述假定

8、條件歸納如下 ，以便設計時校驗（1）電力電子變換純滯后的近似處理（2）忽略反電動勢對電流的動態(tài)影響（3）電流環(huán)小慣性群的近似處理5、電流調節(jié)器參數計算由式可以看出，電流調節(jié)器的參數是Ki和i，其中i已經選定，只有比例系數Ki，可根據所需要的動態(tài)性能指標選定 ，由于在設計要求電流超調量所以可選則有下式由上兩式根據實際系統的跟隨性能指標要求的不同，進行相應的改變，若對電流環(huán)的抗擾性能也有具體要求的，還得再校驗抗擾性能指標是否滿足。6、電流調節(jié)器的實現含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調節(jié)器的電路原理圖如下圖所示，圖中為電流給定電壓，為電流反饋電壓，調節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓Uc。

9、根據放大電路原理圖可以很容易的算出 根據上三個式子計算出電流調節(jié)器的電路具體參數。7、電流調節(jié)器參數計算過程（1）確定時間常數 整流裝置滯后時間常數Ts，根據三相橋式電路的平均失控時間Ts=0.0017s。 電流濾波時間常數。三相橋式電路的每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭有（1-2）=3.33ms，在此取=2ms=0.002s 電流環(huán)小時間常數之和。安小時間常數近似處理，=Ts+Toi=0.0037s。 系統的時間常數由上實驗測得Tm= 同時系統的時間常數也由上求得=Td= 電流反饋系數（2）選擇電流調節(jié)器的結構根據設計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I型系統設計電流調節(jié)器。電

10、流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調節(jié)器。（3）參數計算電流調節(jié)器超前時間常數：=0.01s電流環(huán)開環(huán)增益：并要求，取=0.5，因此于是，ACR的比例系數為（4）校驗近似條件電流環(huán)截止頻率： 晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 電流環(huán)小時間常數近似處理條件 計算電流調節(jié)器電阻和電容由調節(jié)器電路圖得，按所使用運算放大器取Ro=40k，各電阻和電容為(五)、系統調試1、雙閉環(huán)系統 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統結構圖 雙閉環(huán)直流調速電路原理圖 雙閉環(huán)直流調速系統穩(wěn)態(tài)結構框圖 雙閉環(huán)直流調速系統動態(tài)結構圖2、系統調試原則（1）先部件，后系統。即將各個單元

11、的特性調好，然后才組成系統。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)。即使系統在開環(huán)在正常運行，然后在確定電流和轉速均為負反饋時組成閉環(huán)系統。（3）先內環(huán)，后外環(huán)。即先調試電流內環(huán)，然后調試轉速外環(huán)。（4）先調整穩(wěn)態(tài)精度，后調整動態(tài)指標。3、移相控制電壓Uct調節(jié)范圍的確定直接將DJK04給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，“正橋三相全控整流”輸出接電阻負載R，負載電阻放在最大值，輸出給定到零。按下啟動按鈕，給定電壓Ug由零調大，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數值時Ug時，Ud的波形會出現缺相現象，這時Ud反而會隨Ug的增大而減少。實驗過程中調節(jié)Ug、并觀察Ud的變化，當Ud變

12、化到最大值是并下降時刻記錄下Ug的值。如下表所示：Ug7.78Uctmax=0.9Ug7.0024、調節(jié)器調零如下圖所示，將電流調節(jié)器的所有輸入接地，將R1電阻接13k阻值。電容短路，使電流調節(jié)器成為比例調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，并用萬用表的豪伏檔測量電流調節(jié)器的“11”端，使調節(jié)器的輸出電壓Uc盡可能為零。同理調節(jié)速度調節(jié)器。5、電流反饋系數與轉數反饋系數的整定直接將給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負載R，負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，Ud=220V時減小負載的阻值，調節(jié)“電流反饋與過流保

13、護”上的電流反饋點位器RP1，使得負載電流Id=1.3A時，測出“2“端If的電流反饋電壓Uri。反饋系數=Uri/Id，實驗用萬用表測的Uri=4.99，所以得=4.99/1.30=3.78直接將給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流“電路接直流電動機負載，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，接通勵磁電源，從零逐漸增加給定，使電動機提速到1500rpm，調節(jié)速度變換上的RP1，使得該轉速反饋電壓Ufn=-6V，實際用萬用表測得通過調節(jié)RP1反饋電壓Ufn最多可達到-5.26，所以得到轉速反饋系數a=5.26/1490=0.00356、系統開環(huán)特性測定（1）將DJK

14、02-1控制電壓Uct由Ug給定直接輸入，“三相全控整流”電路接電動機，Ld用DJK02上的300MH，直流發(fā)電機接負載電阻R，并且負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。（2）按下啟動按鈕，接通勵磁電源，然后從零開始逐漸增加“給定”。使電機啟動升速，調節(jié)Ug和R使電動機電流Id=Ied，轉速到達1200rpm。（3）增大負載電阻R，測開環(huán)外特性n=f（Id）實驗所測數據：n（rpm）1199118311511124117510411025Id(A)0.840.880.961.021.131.221.247、系統靜特性測試（1）按照雙閉環(huán)直流調速電路原理圖接線，DJK04的給定Ug輸出為正電壓，轉速反饋為負電壓，直流發(fā)電機接負載電阻R，Ld接300mH，負載電阻放在最大值，給定輸出調零。將速度調節(jié)器，電流調節(jié)器都接成P（比例）調節(jié)器，接入系統，形成雙閉環(huán)不可逆系統，按下啟動按鈕，接通勵磁電源，增加給定，觀察系統能否正常運行，確認整個系統的接線正確后，將“速度調節(jié)器”“電流調節(jié)器”恢復成PI調節(jié)器，構成實驗系統。（3）機械特性n=f（Id）、發(fā)電機先空載，從零開始逐漸調大給定電壓Ug，使電動機轉速接近n=1200rpm，然后接入發(fā)電機負載電阻R，逐漸改變負載，直至Id=Ied，測出系統的靜態(tài)特性曲線n=f（Id），測