直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真

1、-. z 目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc11580 第一篇 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真 HYPERLINK l _Toc18076 1 系統(tǒng)方案選擇和總體構(gòu)造設(shè)計(jì)1.1調(diào)速方案的選擇 HYPERLINK l _Toc15108 1.2總體構(gòu)造設(shè)計(jì). HYPERLINK l _Toc4241 2控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 HYPERLINK l _Toc32706 2.1給定環(huán)節(jié)的選擇 HYPERLINK l _Toc18641 2.2控制電路的直流電源 HYPERLINK l _Toc24109 3主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 HYPERLINK l _Toc28461 3.

2、1晶閘管的選擇 HYPERLINK l _Toc8414 3.1.1晶閘管的額定電流 HYPERLINK l _Toc12245 3.1.2晶閘管的額定電壓 HYPERLINK l _Toc28818 3.2整流變壓器的設(shè)計(jì) HYPERLINK l _Toc21986 3.2.1變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算 HYPERLINK l _Toc30345 3.2.2 一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算 HYPERLINK l _Toc3388 3.2.3變壓器容量的計(jì)算 HYPERLINK l _Toc4673 4觸發(fā)電路的選擇 HYPERLINK l _Toc7278 4.1 觸發(fā)電路的選擇 HYP

3、ERLINK l _Toc43 5雙閉環(huán)勵(lì)磁設(shè)計(jì)和校驗(yàn) HYPERLINK l _Toc30806 5.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn) HYPERLINK l _Toc26400 5.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)6轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣總圖 HYPERLINK l _Toc24539 7直流系統(tǒng)MATLAB仿真 HYPERLINK l _Toc25033 7.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 HYPERLINK l _Toc7881 7.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出第二篇 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 HYPERLINK l _Toc12137 8 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及特性 HYPERLINK l _

4、Toc27332 8.1 異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性 HYPERLINK l _Toc26160 8.2 閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 HYPERLINK l _Toc19428 8.3 閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖 HYPERLINK l _Toc12688 9 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的Matlab仿真 HYPERLINK l _Toc8228 9.1 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的建模 HYPERLINK l _Toc2512 9.2 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真總結(jié)參考文獻(xiàn)摘要 轉(zhuǎn)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)。具有調(diào)速圍廣、精度高、性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣

5、傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。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根底，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)一步完善和開展，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)展復(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。第一篇 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真1 系統(tǒng)方案

6、選擇和總體構(gòu)造設(shè)計(jì)1.1調(diào)速方案的選擇EQ EQ 本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z2-92型，其具體參數(shù)如下表1-1所示表1-1 Z2-92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()GDa2Nm2P極對(duì)數(shù)Z2-926723029114500.268.601EQ 一電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。靜止可控整流器又稱V-M

7、系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 EQ EQ EQEQ EQ ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選V-M系統(tǒng)。在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋

8、式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。二調(diào)速方案的選擇由 v min/r,當(dāng)電流連續(xù)時(shí)， 系統(tǒng)額定速降為: r/min, .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:，大大超過了S5%.假設(shè)D=10，S5%.，則，可知開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降是1090.4，而工藝要求的是7.6，故開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)無能為力，需采用反應(yīng)控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因調(diào)速要求較高，應(yīng)選用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)，采用電流截止負(fù)反應(yīng)進(jìn)展限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由過流繼

9、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。1.2總體構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可近似在電機(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，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

10、級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反應(yīng)，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)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)反應(yīng)，不靠電流負(fù)反應(yīng)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。而雙閉環(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)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動(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)。直流調(diào)速系統(tǒng)的框圖如圖1-1所示： 圖1-1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造圖圖1-2 主電路圖回路 2控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1

11、給定環(huán)節(jié)的選擇觸發(fā)器的移相控制電壓為正值，給定電壓經(jīng)過兩個(gè)放大器它的輸入輸出電壓極性不變，也應(yīng)是正值。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)15V的直流電源，用一個(gè)2.2、1W的電位器引出給定電壓。2.2控制電路的直流電源這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源. 如圖4-1所示：圖21直流穩(wěn)壓電源原理圖3主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1晶閘管的選擇3.1.1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大于實(shí)際流過管子電流最大有效值，即=1.57 或 =K 考慮1.52倍的裕量 =1.52K式中K=/1.57-電流計(jì)算系數(shù)。取。應(yīng)選晶閘管的型號(hào)為KP20

12、-7。3.1.2晶閘管的額定電壓晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以23倍的平安裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即=23整流電路形式為三相全控橋，查表得，則取V.3.2整流變壓器的設(shè)計(jì)3.2.1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)，一般可按下式計(jì)算，即：I2/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：式中A-理想情況下，=0時(shí)整流電壓與二次電壓之比, 即A=/；B-延遲角為時(shí)輸出電壓與之比，即B= /；電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；(11.2)考慮各種因數(shù)的平安系數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式：由表查得 A=2.34；取=0.9；

13、角考慮10裕量，則 B=cos=0.985取U2=130V。電壓比K=U1/U2=380/130=2.92。3.2.2 一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算由表查得 =0.816, =0.816考慮變壓器勵(lì)磁電流得：3.2.3變壓器容量的計(jì)算 ； 式中-一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；由表查得=338081.32=92.704KVA=3130237.46=92.609 KVA =1/292.704+92.609=92.657 KVA取S=92.7 KVA4觸發(fā)電路的選擇4.1 觸發(fā)電路的選擇觸發(fā)器的電路圖如下列圖所示：圖4-1 觸發(fā)電路從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管KP20-7的觸發(fā)電流為(5100)mA觸發(fā)電

14、壓3.5V。由條件可以計(jì)算出 觸發(fā)器選用15V電源，則：Ks=。因?yàn)椋?.5V，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為取14:1，設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為100mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于100/14=7.14mA即可。這里選用3DG12B NPN管作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù).觸發(fā)電路需要三個(gè)互差120，且與主電路三個(gè)電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設(shè)計(jì)一個(gè)三一樣步變壓器。這里用三個(gè)單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY型。同步電壓二次側(cè)取30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。5雙閉環(huán)勵(lì)磁設(shè)計(jì)和校驗(yàn)5.1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)：有則

15、，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)。2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器構(gòu)造：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 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：，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 。ASR的比例系數(shù)為：。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。5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取=40，則，取1000。，取0.1，取1。故。校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4，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=4時(shí)，查得=77.5%，所以 =0.00792 =0.79% ，滿足條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化

16、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。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=5.40440=216.16，取220，取0.1，取0.2。故=。 6 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣總圖 圖6-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣總圖7直流系統(tǒng)MATLAB仿真7.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置1電流環(huán)流局部參數(shù)設(shè)定：Toi=0.002s、KS=40、R=0.4、TOn=0.01、TL=0.03、=0.0017、TM=1.332轉(zhuǎn)速環(huán)局部：參數(shù)設(shè)定：TOn=0.01 Kn=47.17.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出圖7-3 電流環(huán)的仿真波形圖 圖7-4 轉(zhuǎn)

17、速環(huán)空載高速起動(dòng)仿真波形圖圖7-5 轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動(dòng)仿真波形圖電流環(huán)仿真波形、轉(zhuǎn)速環(huán)空載、滿載仿真波形中，過載電流=1.5圖7-4、7-5上部為電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線，下部為電機(jī)電流曲線。加電流啟動(dòng)時(shí)電流環(huán)將電機(jī)速度提高，并且保持為最大電流，而此時(shí)速度環(huán)則不起作用，使轉(zhuǎn)速隨時(shí)間線性變化，上升到飽和狀態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)速換起主要作用，保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。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)反應(yīng)不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因

18、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。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。電機(jī)電流曲線。直流電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，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，到達(dá)限幅值，迫使電流急速上升。當(dāng)電流值到達(dá)限幅電流時(shí)，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使電流不再增加。當(dāng)負(fù)載突然增大時(shí)，由于轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

19、器ASR起主要的調(diào)節(jié)作用，因此，電流調(diào)節(jié)器ACR電流有所下降，同啟動(dòng)時(shí)一樣，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，到達(dá)限幅值，使電流急速上升。但是由于電流值到達(dá)限幅電流時(shí)，電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使電流不再增加。當(dāng)擾動(dòng)取電以后，電流調(diào)節(jié)器ACR電流又有所增加，此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力作用下減速，電流也在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。 第2篇交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真第8章 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及特性8.1 異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個(gè)假定條件下：忽略空間和時(shí)間諧波；忽略磁飽和；忽略鐵損，異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路如圖8-1所示。圖8-1 異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路、定子每相電阻和

20、折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻、定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感 定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)磁電感、定子相電壓和供電電角頻率 轉(zhuǎn)差率由圖可以導(dǎo)出 8-1其中，在一般器情況下， 則，這相當(dāng)于將上述假定條件的第條改為“忽略鐵損和勵(lì)磁電流。這樣，電流公式可簡(jiǎn)化成 8-2令電磁功率，同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速，為極對(duì)數(shù)，則異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為 8-3式8-3就是異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特征方程式。它說明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。這樣，不同電壓下的機(jī)械特性便如圖8-2。表示額定定子電壓。將式8-3對(duì)s求導(dǎo)，并令，可求出最大轉(zhuǎn)矩及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率8-4；8-5 8.2 閉環(huán)控制

21、的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性采用普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行變電壓調(diào)速時(shí)，調(diào)速圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電動(dòng)機(jī)可以增大調(diào)速圍，但機(jī)械特性又變軟，因此當(dāng)負(fù)載變化時(shí)靜差率很大，開環(huán)控制很難解決這個(gè)矛盾。為此，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，要求調(diào)速圍大于2時(shí)，往往采用帶轉(zhuǎn)速反應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖8-2a所示。 a) b)圖8-2 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)a原理圖 b靜特性圖圖8-2b所示的是閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載在A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載增大引起轉(zhuǎn)速下降，反應(yīng)控制作用能提高定子電壓，從而在右邊一條機(jī)械特性上找到新的工作點(diǎn)。同理，當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，會(huì)在左邊一條特性上得到定子電壓低一些的工作點(diǎn)。

22、按照反應(yīng)控制規(guī)律，將、A 、 、連接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。盡管異步電動(dòng)機(jī)的開環(huán)機(jī)械特性和直流電動(dòng)機(jī)的開環(huán)特性差異很大，但是在不同電壓的開環(huán)機(jī)械特性上各取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，連接起來便得到閉環(huán)系統(tǒng)靜特性，這樣分析方法對(duì)兩種電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻可以很硬。如果采用PI調(diào)節(jié)器，照樣可以做到無靜差。改變給定信號(hào)，則靜特性平行的上下移動(dòng)，到達(dá)調(diào)速目的。根據(jù)8-2a可以畫出靜態(tài)構(gòu)造框圖，如圖8-3所示。圖中，為晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置的放大系數(shù)：，為轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)；ASR采用PI調(diào)節(jié)器； 是式7-3所表達(dá)的異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式，它是一個(gè)非線性函數(shù)。ASR圖8-3 異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)構(gòu)

23、造框圖穩(wěn)態(tài)時(shí)，,根據(jù)負(fù)載需要的n和可由式7-3計(jì)算出所需的 以及相應(yīng)的。8.3 閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)時(shí)，須先繪出構(gòu)造框圖。由圖8-5可以直接畫出如圖8-6所示的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖。其中多數(shù)環(huán)節(jié)的傳遞甘薯可以很容易地寫出來，只有異步電動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)須費(fèi)一番周折。圖8-4 異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖MA異步電動(dòng)機(jī) F|BS測(cè)速反應(yīng)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR常用PI調(diào)節(jié)器，用以消除靜差并改善動(dòng)態(tài)特性，其傳遞函數(shù)為晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置的輸入-輸出關(guān)系原則上是非線性的，在一定圍可假定為線性函數(shù)，在動(dòng)態(tài)中可以近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如直流調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管觸

24、發(fā)和整流裝置那樣，傳遞函數(shù)可寫成其近似條件是：，對(duì)于三相全波Y聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路，可取=3.3ms，對(duì)其他形式的調(diào)壓電路則須另行考慮。考慮到反應(yīng)濾波作用，測(cè)速反應(yīng)環(huán)節(jié)FBS的傳遞函數(shù)可寫成異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過程是由一組非線性微分方程描述的，要用一個(gè)傳遞函數(shù)來準(zhǔn)確地表示它的輸入-輸出關(guān)系是不可能的。在這里，可以先在一定的假定條件下，用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的微偏線性化方法求出一個(gè)近似的傳遞函數(shù)。由式電磁轉(zhuǎn)矩為當(dāng)s很小時(shí)，可以認(rèn)為后者相當(dāng)于忽略異步電動(dòng)機(jī)的漏感電磁慣性。在此條件下，這就是在前述條件下異步電動(dòng)機(jī)近似的線性機(jī)械特性。如果只考慮到之間的傳遞函數(shù)，可先取，小閉環(huán)傳遞函數(shù)可變換成于是，異步電動(dòng)機(jī)的近似線性化

25、傳遞函數(shù)為由于忽略了電磁慣性，只剩下同軸旋轉(zhuǎn)體的機(jī)電慣性，異步電動(dòng)機(jī)便近似成一個(gè)線性的一階慣性環(huán)節(jié)。 最后，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)下，具體適用圖8-6所示的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖時(shí)要注意下述兩點(diǎn)：由于它是微偏線性化模型，只能用于機(jī)械特性線性段上工作點(diǎn)附近的穩(wěn)定性判別和動(dòng)態(tài)校正，不適用于起制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速大圍變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。由于它完全忽略了電磁慣性，分析和計(jì)算有很大的近似性。 9 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的Matlab仿真9.1 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的建模如圖9-1所示的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。圖9-1交流調(diào)壓調(diào)速仿真模型9.2 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真1 設(shè)定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，負(fù)載為零，運(yùn)行仿真，得到如圖9-6所示運(yùn)行結(jié)果。從圖可以看出，空載起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速大約在0.4s到達(dá)給定轉(zhuǎn)速1500r/min，隨后出現(xiàn)超調(diào)，其峰值約到達(dá)1750r/min，隨后開場(chǎng)下降，最終穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速1500r/min。在這個(gè)啟動(dòng)過程中，電樞電流先是比擬大幅度地做衰減振蕩運(yùn)動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)速接近給定值，電樞電流也幾本穩(wěn)定在*個(gè)值上。但電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩一直處于振蕩狀態(tài)。2 設(shè)定轉(zhuǎn)速為1500r/min，負(fù)載設(shè)為10，啟動(dòng)仿真，得到如圖9-7所示的運(yùn)行結(jié)果。從圖可以看出，負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，