電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-- v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　題 目: V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p><b>　　1．技術(shù)數(shù)據(jù)： </b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)：PN=3KW , U

2、N=220V , IN=17.5A , nN=1500r/min , Ra=1.25Ω 堵轉(zhuǎn)電流 Idbl=2IN , 截止電流 Idcr=1.5IN ，GD2=3.53N.m2</p><p>　　三相全控整流裝置：Ks=40 , Rrec=1. 3Ω</p><p>　　平波電抗器：RL=0. 3Ω</p><p>　　電樞回路總電阻 R=2.85Ω

3、，總電感 L=200mH , </p><p>　　電動(dòng)勢系數(shù)： (Ce= 0.132V.min/r)</p><p>　　系統(tǒng)主電路：(Tm=0.16s ，Tl=0.07s)</p><p>　　濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.002s , Ton=0.01s,</p><p>　　其他參數(shù)：Unm*=10V , Uim*=10V , Ucm=1

4、0V ，σi≤5% , σn≤10</p><p><b>　　2．技術(shù)指標(biāo) </b></p><p>　　穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差（靜差率s≤10%, 調(diào)速范圍 D≥20 ）</p><p>　　動(dòng)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn≤10%，電流超調(diào)量δi≤5%，動(dòng)態(tài)速降Δn≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤0.5s</p><

5、;p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p><b>　　1．技術(shù)要求： </b></p><p>　　(1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 </p><p>　　(2) 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率s≤2） </p><p>　

6、　(3) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜8%，電流超調(diào)量δi＜5%，動(dòng)態(tài)速降Δn≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤1s </p><p>　　(4) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù) </p><p>　　(5) 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動(dòng)措施</p><p><b>　　2．設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b>&

7、lt;/p><p>　　(1) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖 </p><p>　　(2) 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等） </p><p>　　(3) 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及

8、進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求 </p><p>　　(4) 繪制V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖） </p><p>　　(5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直

9、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)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。常用的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)和電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，二者都可以在一定程度上克服開環(huán)系統(tǒng)造成的電動(dòng)機(jī)靜差率，但是不夠理想。實(shí)際設(shè)計(jì)中常采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，一般使電流環(huán)(ACR)作為控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)作為控制系統(tǒng)的外環(huán)，以此來提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。本文是按照工程設(shè)計(jì)的方法來設(shè)

10、計(jì)轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的。使電動(dòng)機(jī)滿足所要求的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。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)，而轉(zhuǎn)速環(huán)以抗擾性能為主，即應(yīng)選用典型Ⅱ型系統(tǒng)為主。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流雙閉環(huán) 調(diào)速系統(tǒng) 電流調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)任務(wù)<

11、;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　1)技術(shù)數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)：PN=3KW , UN=220V , IN=17.5A , nN=1500r/min , Ra=1.25Ω 堵轉(zhuǎn)電流 Idbl=2IN , 截止電流 Idcr=1.5IN ，GD2=

12、3.53N.m2</p><p>　　三相全控整流裝置：Ks=40 , Rrec=1. 3Ω</p><p>　　平波電抗器：RL=0. 3Ω</p><p>　　電樞回路總電阻 R=2.85Ω ，總電感 L=200mH , </p><p>　　電動(dòng)勢系數(shù)： (Ce= 0.132V.min/r)</p><p>　　

13、系統(tǒng)主電路：(Tm=0.16s ，Tl=0.07s)</p><p>　　濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.002s , Ton=0.01s,</p><p>　　其他參數(shù)：Unm*=10V , Uim*=10V , Ucm=10V ，σi≤5% , σn≤10</p><p><b>　　2)技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>

14、　　穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差（靜差率s≤10%, 調(diào)速范圍 D≥20 ）</p><p>　　動(dòng)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn≤10%，電流超調(diào)量δi≤5%，動(dòng)態(tài)速降Δn≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤0.5s</p><p>　　3) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖 </p><p>　　4) 調(diào)速

15、系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等） </p><p>　　5) 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求 </p><p>　　6) 繪制V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖）</p><

16、p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D≥20），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 </p><p>　　2) 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率s≤10%） </p><p>　　3) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜10%，電流超調(diào)量δi＜5%，動(dòng)態(tài)

17、速降Δn≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts≤0.5s </p><p>　　4) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù) </p><p>　　5) 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動(dòng)措施</p><p>　　2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　改變電樞兩端的電壓能使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向。盡管電樞反接需要

18、較大容量的晶閘管裝置，但是它反向過程快，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。如圖1所示兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，可以做到互不干擾，都能靈活地控制電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行，所以本設(shè)計(jì)采用兩組晶閘管反并聯(lián)的方式。并且采用三相橋式整流。雖然兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的問題，但是兩組裝置的整

19、流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，，稱作環(huán)流，一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該在正組處于整流狀態(tài)、Udof 為正時(shí)，強(qiáng)迫讓反組處于逆變狀態(tài)、使Udor為負(fù)，且幅值與Udof相等，使逆變電壓Udor把整流電壓Udof頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是</p><p&

20、gt;<b>　　又由于</b></p><p>　　其中，分別為VF和VR的控制角。由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓是一樣的，因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有</p><p>　　如果反組的控制角用逆變角表示，則 按照這樣控制就可以消除環(huán)流。</p><p>　　圖1 兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路</p>

21、<p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則為：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖2為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，圖3為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級連接，即把電流調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，再用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力

22、電子變換器UPE。</p><p>　　兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。</p><p>　　為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的

23、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。</p><p>　　圖3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1主電路電氣原理圖及其說明</p><p>　　主電路采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使電流環(huán)(ACR)作為控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)作為控制系統(tǒng)的外環(huán)，以此來

24、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。二者串級連接，即把電流調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，再用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過電流和轉(zhuǎn)速反饋電路來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無靜差的運(yùn)行。</p><p>　　圖4 系統(tǒng)電氣原理框圖</p><p>　　3.2平波電抗器參數(shù)的計(jì)算：</p><p>　　Ud=2.34U2cos </p>&

25、lt;p>　　Ud=UN=220V, 取=0° U2=</p><p>　　Idmin=(5%-10%)IN,這里取10% 則</p><p><b>　　L=0.693</b></p><p>　　3.3變壓器參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　變壓器副邊電壓采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：</p&

26、gt;<p>　　因此變壓器的變比近似為：</p><p>　　一次側(cè)和二次側(cè)電流I1和I2的計(jì)算</p><p>　　I1=1.05×287×0.861/3.45=75A</p><p>　　I2=0.861×287=247A</p><p><b>　　變壓器容量的計(jì)算</b&g

27、t;</p><p>　　S1=m1U1I1=3×380×75=85.5kVA</p><p>　　S2=m2U2I2=3×110×247=81.5kVA</p><p>　　S=0.5×(S1+S2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA</p><p>　　因此整流變壓

28、器的參數(shù)為：變比K=3.45，容量S=83.5kVA</p><p>　　3.4晶閘管元件參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管的額定電壓通常選取斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。晶閘管的額定電流一般選取其通態(tài)平均電流的1.5-2倍。在橋式整流電路中晶閘管兩端承受的最大正反向電壓均為，晶閘管的額定電壓一般選取其最大正反向電壓的2-3倍。&l

29、t;/p><p>　　帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流有效值I2是其輸出直流電流有效值Id的一半，而對于橋式整流電路，晶閘管的通態(tài)平均電流IVT=I，則在本設(shè)計(jì)中晶閘管的額定電流IVT(AV)=523-698A</p><p>　　本設(shè)計(jì)中晶閘管的額定電壓UN=311-466V</p><p>　　3.5保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　對于

30、過電壓保護(hù)本設(shè)計(jì)采用RC過電壓抑制電路，該裝置置于供電變壓器的兩側(cè)或者是電力電子電路的直流上，如圖5所示。</p><p>　　對于過電流保護(hù)本設(shè)計(jì)采用在電力變壓器副邊每相母線中串接快速熔斷器的方法來保護(hù)電路</p><p><b>　　圖5 過壓保護(hù)電路</b></p><p><b>　　4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</b><

31、;/p><p>　　4.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡</p><p>　　電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化分為忽略反電動(dòng)勢的動(dòng)態(tài)影響、等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)、小慣性環(huán)節(jié)的近似處理等環(huán)節(jié)。</p><p>　　在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù) Tl遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)

32、勢變化的動(dòng)態(tài)影響，即E≈0。這時(shí)，電流環(huán)如圖6所示。</p><p>　　圖6 忽略反電動(dòng)勢動(dòng)態(tài)影響的電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改</p><p>　　成U*i(s) / ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖7所示。</p><p>　　圖7 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)的

33、電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　T∑i = Ts + Toi </p><p>　　則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖8</p><p>　　4.2電流環(huán)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　4.2

34、.1確定時(shí)間常數(shù)</p><p>　　1)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts。按表1，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。</p><p>　　2 )電流濾波時(shí)間常數(shù)本設(shè)計(jì)初始條件已給出，即Toi=0.002s。</p><p>　　3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑=Ts+Toi=0.0037s</p><p>　　表1 各種整流裝置的失控時(shí)

35、間</p><p>　　4.2.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　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。</p><p>　　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)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I

36、型系統(tǒng)。 </p><p>　　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，其傳遞函數(shù)可以寫成 </p><p>　　式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：，參照典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與

37、參數(shù)的關(guān)系表格，可以看出各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　4.2.3計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.07s。</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求δi＜5%時(shí)，應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為：</p><p>　　

38、4.2.4校驗(yàn)近似條件</p><p>　　電流環(huán)截止頻率：ci=KI=135.1s-1。</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　忽略反電動(dòng)勢變化對電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件</p><p><b>　　滿

39、足近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　4.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　由圖9，按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為</p><p>　　圖9 含給定濾波

40、與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為δi=4.3%<5%,滿足設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡</p><p>　　電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電

41、流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為Ui*(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為</p><p>　　用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖10所示</p><p>　　和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成U*n(s)/，再把時(shí)間常數(shù)為1 / KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中</p>

42、<p>　　圖10 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　最后轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖為圖11</p><p>　　圖11 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　5.2轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　5.2.1確定時(shí)間常數(shù)</p><p>　　1)

43、電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由電流環(huán)參數(shù)可知KIT∑i=0.5，則</p><p>　　2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton。根據(jù)已知條件可知Ton=0.01s</p><p>　　3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取</p><p>　　5.2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一

44、個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p

45、><p>　　5.2.3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 </p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p><p>　　5.2.4檢驗(yàn)近似條件</p>&

46、lt;p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 </p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 滿足近似條件</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 滿足近似條件</p><p>　　5.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　根據(jù)圖12，取R0=40k，則</p>&l

47、t;p>　　圖12 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　5.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　當(dāng)h=5時(shí)，查詢典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)的表格可以看出，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，上述表格是按照線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。此時(shí)超調(diào)量為：</p><

48、p><b>　　能滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　6控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　晶閘管整流電路是通過控制觸發(fā)角的大小，即控制觸發(fā)脈沖的起始相位來控制輸出電壓的大小。為保證整流電路的正常工作，應(yīng)確保觸發(fā)角的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。</p><p>　　為簡化設(shè)計(jì)過程，在本設(shè)計(jì)中采用集成觸發(fā)

49、器TC787作為晶閘管觸發(fā)電路主要元器件。</p><p>　　TC787具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡便，使用可靠。只需一片芯片即可完成三相橋式晶閘管驅(qū)動(dòng)工作。驅(qū)動(dòng)控制原理圖如圖13所示。</p><p>　　圖13 驅(qū)動(dòng)、控制電路原理圖</p><p><b>　　7電氣原理總圖</b>