雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)目錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)簡述3二、設(shè)計(jì)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(hù)元件參數(shù)四、觸發(fā)電路及同步相位選擇8五、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)91固有特性92雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖113調(diào)節(jié)器選擇121確定時(shí)間常數(shù)2計(jì)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(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)5檢驗(yàn)近似條件設(shè)計(jì)任務(wù)簡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)性能指標(biāo)系統(tǒng)無靜差；電流超調(diào)量I5；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)超調(diào)N10已知電機(jī)參數(shù)PN2400KWUN750VIN3600A25RA0016NN100R/MINIFN897A電機(jī)電樞回路總電阻R0028電機(jī)電樞回路總電感L198MH電機(jī)飛輪慣量604250NM2GD2ACR,ASR調(diào)節(jié)器限幅值調(diào)到為8V,8V一設(shè)計(jì)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(jī)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(hù)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(jì)ASR，ACR并滿足性能指標(biāo)要求二、設(shè)計(jì)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(gè)是電流環(huán),一個(gè)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(gè)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(xì)調(diào)、慢調(diào)，系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)。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(dòng)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(gè)動(dòng)態(tài)過程可分為三個(gè)階段。第一個(gè)階段是電流上升階段。突加給定電壓U后，經(jīng)N兩個(gè)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(dá)到負(fù)載電流I前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)IIDDLD后,電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。由于機(jī)電慣性的作用,轉(zhuǎn)速不會(huì)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(qiáng)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(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài),而ACR一般不飽和。第二個(gè)階段是恒流升速階段,是起動(dòng)過程中的主要階段。在這個(gè)階段ASR始終是飽和的,轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)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(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢E也按線性增長,對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說,E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量。為了克服這個(gè)擾動(dòng),U和U也0DC必須基本上按線性增長,才能保持I恒定。當(dāng)ACR采用PID調(diào)節(jié)器時(shí),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(dòng)D過程中ACR不應(yīng)飽和。第三個(gè)階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值NN時(shí),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(dòng)機(jī)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(fù),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(fù)IDD載電流I,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到II時(shí)，轉(zhuǎn)矩,DLDDLLET則,轉(zhuǎn)速N才達(dá)到峰值。此后,電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)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(huì)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(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。三、根據(jù)已知的電機(jī)參數(shù)選擇整流管晶閘管并確定過流，過壓保護(hù)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(jì)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M(fèi)IN恒定的整流裝置,需能自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)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(jì)算。一般可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)的IN取3035,不可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)的取1015,對于電阻MINMIN性負(fù)載,可取0INB電網(wǎng)電壓波動(dòng)。根據(jù)規(guī)定電網(wǎng)允許波動(dòng)510,考慮在電網(wǎng)電壓最底時(shí)要求仍能保證最大整流輸出電壓,故通常取波動(dòng)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(jì)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(shí)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(jì)算，可用理想情況時(shí)的電壓計(jì)算值增加15來計(jì)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(hù)計(jì)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(hù)在大容量場合一般采取直接快速開關(guān)保護(hù)，它的動(dòng)作時(shí)間僅2MS。3過流時(shí)調(diào)節(jié)器保護(hù)系統(tǒng)中接入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，當(dāng)電流大于臨界截止電流時(shí)，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(dāng)電流小于臨界截止電流時(shí)，將電流反饋切斷，電流自由隨負(fù)載增減。2失磁保護(hù)電機(jī)磁通的過度減少會(huì)引起電機(jī)超速，即弱磁升速，一般的，在勵(lì)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(lì)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)1固有特性（各環(huán)傳遞函數(shù)）1電機(jī)的傳遞函數(shù)為12STCESWMLM）（電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)因?yàn)椤⒍己苄。裕@一項(xiàng)很小可以略去，電機(jī)的傳遞MTL2STLM函數(shù)可以近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)1STCEWM）（電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)2晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳遞函數(shù)為1STKWSS）（電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖電流環(huán)NSSUISUC0SDSIDSIDL1STON1STOI1STOIASRKSACR1STRLSMCE1ONSUES3根據(jù)性能指標(biāo)選擇設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器（1）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)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(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(shí)間常數(shù)I電磁時(shí)間常數(shù)為LT0728091SRLTL電路邱關(guān)源MIN9246103675RVNIUCENA電機(jī)原理及拖動(dòng)彭鴻才1560924330NEM電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)機(jī)電時(shí)間常數(shù)為MT09841569243750637552SCEMRGD電機(jī)原理及拖動(dòng)彭鴻才轉(zhuǎn)速環(huán)反饋系數(shù)為MIN10RVNUN電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)電流環(huán)反饋系數(shù)為0936528AVIUNIM電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器,要求電流超調(diào)量5I1確定時(shí)間常數(shù)1整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)為STQFS21電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(shí)間常數(shù)OI三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)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(shí)間常數(shù)之和為IT0367201670SOISI電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)SRLTLI07電流環(huán)開環(huán)增益要求時(shí)，5I50IIK24136701STKII整流與觸發(fā)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)SK75100CDSUK409752824136KSRIII電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)校驗(yàn)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(dòng)勢變化時(shí)對電流環(huán)動(dòng)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(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1398203413021670313STOISCI滿足近似條件計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容R由運(yùn)算放大器而定，在此取R040K0KRKII1640FCIII01673取045FFRTCOIOI201430取022轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)電氣原理圖如下1確定時(shí)間常數(shù)A電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)07343602/15IIITKB轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)TON根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波，取TON001SC轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)TNT1/KITON000734001001734SN電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(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)按跟隨和抗擾性能都較好的原則,取H5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為SHTNN0867017345電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為21392017452/152/1STHKNN電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)ASR的比例系數(shù)為570134281052/0984260915/NMNRTHCEHK電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)4檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為26340871391/SNKCNNN電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）陳伯時(shí)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(shí)間常數(shù)近似條件為31CNONISTK187/滿足近似條件計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)選取的運(yùn)算放大器選KR400RNKNR0K3057CN