v-m不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p>　　設(shè)計題目：V-M不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　系 別：電子信息與控制工程系</p><p>　　專業(yè)班級：自動化091</p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　電力拖動自動控制系統(tǒng)是把

2、電能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置，它被廣泛地應用于一般生產(chǎn)機械需要動力的場合，也被廣泛應用于精密機械等需要高性能電氣傳動的設(shè)備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到應用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管—電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)），和旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上

3、都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)即速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。又采用電流截止負載環(huán)節(jié)，限制了起（制）動時的最大電流。這對一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已經(jīng)能滿足要求。但是由于電流截止負反饋限制了

4、最大電流，加上電動機反電勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達最大值后迅速降下來，這樣，電動機的轉(zhuǎn)矩也減小了，使起動加速過程變慢，起動的時間久比較長。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時間，所以就希望能夠充分利用晶閘管元件和電動機所允許的過載能力，使起動的電流保護在最大允許值上，電動機輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升，使過渡過程的時間大大的縮短。另一方面，在一個調(diào)節(jié)器的輸出端綜合幾個信號，各個參數(shù)互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點就應用轉(zhuǎn)速，

5、電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) MATLAB</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　《電力拖動自動控制系統(tǒng)》設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………3</p><p>　　設(shè)計方案的選擇………………………………………4

6、</p><p>　　主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成…………………………5</p><p>　　整體設(shè)計………………………………………………………5</p><p>　　主電路…………………………………………………………5</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性……………………………6</p><p>　　閉環(huán)調(diào)

7、速系統(tǒng)…………………………………………………7</p><p>　　電機形式的確定…………………………………………………10</p><p>　　晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定………………………………………11</p><p>　　閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成…………………………………………11</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算…………

8、…12</p><p>　　整流變壓器容量計算…………………………………………12</p><p>　　晶閘管的電流、電壓定額計算………………………………13</p><p>　　平波電抗器電感量計算………………………………………13</p><p>　　保護電路的設(shè)計計算…………………………………………14</p><p

9、>　　驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計…………………………… 17</p><p>　　5.1 集成觸發(fā)電路……………………………………………… 17</p><p>　　5.2 三相橋式全控整流電路分析…………………………………18</p><p>　　第6章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動態(tài)設(shè)計………………………… 19</p><p>　　6.1

10、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計……………………………………………19</p><p>　　6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計……………………………………………21</p><p>　　6.3 檢測電路參數(shù)設(shè)置……………………………………………23</p><p>　　電氣原理總圖及其波形圖…………………………………………24</p><p>　　第7章 MATLA

11、B/SIMULINK仿真軟件…………………………25</p><p>　　7.1仿真軟件介紹……………………………………………………25</p><p>　　7.2 仿真軟件操作過程……………………………………………26</p><p>　　第8章 仿真設(shè)計………………………………………………27</p><p>　　8.1 仿真波形圖……

12、………………………………………………29</p><p>　　第9章 仿真結(jié)果分析………………………………………………32</p><p>　　設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………32</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………33</p><p>　　第一章《電力拖動自動控制系統(tǒng)》設(shè)計任務(wù)書&l

13、t;/p><p>　　一．設(shè)計題目：V-M不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　二．技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　直流他勵電動機：額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，磁極對數(shù)，勵磁電壓，勵磁電流，電樞電阻，電樞電感，磁場與電樞互感，整流器內(nèi)阻，，平波電抗器。,電流反饋濾波時間常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)，過載倍數(shù)，轉(zhuǎn)速

14、調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為12V，輸出限幅為10V，額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速給定，電流給定最大值。</p><p>　　系統(tǒng)主電路：0.71，0.012。</p><p><b>　　三．設(shè)計要求</b></p><p>　　1．該調(diào)速系統(tǒng)能進行平滑的速度調(diào)節(jié)，負載電機不可逆運行，具有較寬的調(diào)速范圍</p><p>　　D≥10

15、，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≤5%）</p><p>　　3．動態(tài)性能指標：電流超調(diào)量，空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p><b>　　。</b></p><p>　　4．系統(tǒng)在5%負載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù)。</p><p

16、>　　5．調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護，并且有制動措施。</p><p>　　6.主電路采用三相全控橋整流電路。</p><p><b>　　四．設(shè)計內(nèi)容</b></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

17、．調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算。</p><p>　　3．驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計。</p><p>　　4．動態(tài)設(shè)計計算：根據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標的要求。</p><p>　　5．繪制V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時對直流電動機動

18、態(tài)性能的影響。</p><p>　　6．對所設(shè)計的系統(tǒng)進行計算機仿真實驗，即可面向傳遞函數(shù)的MATLAB仿真方法，也可用面向電氣系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖的MATLAB仿真方法。</p><p>　　第二章 設(shè)計方案的選擇</p><p>　　速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。又采用電流截

19、止負載環(huán)節(jié)，限制了起（制）動時的最大電流。這對一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已能滿足要求。但是由于電流截止負反饋限制了最大電流，加上電動機反電勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達最大值后迅速降下來，這樣，電動機的轉(zhuǎn)距也減小了，使起動加速過程變慢，起動（調(diào)整時間ts）的時間就比較長。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時間，所以希望能夠充分利用晶閘管元件和電動機所允許的過載能力，使起動的電流保護在最大允許值上，電動機輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線

20、迅速上升，使過渡過程的時間大大縮短。另一方面，在一個調(diào)節(jié)器輸出端綜合幾個信號，各個參數(shù)互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點就應用轉(zhuǎn)速，電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速.電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖1-1如下:.</p><p>　　圖1-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　本設(shè)計采用三相全控橋整流電路，在直流側(cè)串有平波電抗器，該電路能

21、為電動機負載提供穩(wěn)定可靠的電源，利用控制角的大小可有效的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并在直流交流側(cè)安置了保護裝置，保證各元器件能安全的工作，同時由于使用了閉環(huán)控制，使得整個調(diào)速系統(tǒng)具有很好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。</p><p>　　第三章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成</p><p><b>　　3.1 整體設(shè)計</b></p><p>　　直流電機的供電需要三

22、相直流電，在生活中直接提供的三相交流380V電源，因此要進行整流，則本設(shè)計采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達到要求把電源提供給直流電動機。如圖2.1設(shè)計的總框架。</p><p>　　圖2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計總框架</p><p>　　本設(shè)計中直流電動機由單獨的可調(diào)整流裝置供電，采用三相橋式全控整流電路作為直流電動機的可調(diào)直流電源。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角а的大小來控制輸出電

23、壓Ud的大小，從而改變電動機M的電源電壓。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機械特性方程式: </p><p>　　注解：整流電壓 , 為整流裝置內(nèi)阻，由此可知，改變，可改變轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　3.2 主電路</b></p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)常用的直流電源有三種①旋轉(zhuǎn)變流機組；②靜止式可控整流器；③直流斬波器或脈寬調(diào)制

24、變換器。</p><p>　　1957年晶閘管問世，已生產(chǎn)成套的晶閘管整流裝置，即右圖2.2晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))的原理圖。通過調(diào)節(jié)閥裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。和旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實出較大的優(yōu)越性。</p><p>　　雖然三相半波可

25、控整流電路使用的晶閘管個數(shù)只是三相全控橋整流電路的一半，但它的性能不及三相全控橋整流電路。三相全控橋整流電路是目前應用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動小，適合直流電動機的負載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。把該電路應用于本設(shè)計，能實現(xiàn)電動機連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動機不可逆運行等技術(shù)要求。主電路圖如下：</p><p>　　三相全控橋整流電路實際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽極

26、組串聯(lián)電路。三相全控橋整流電路可實現(xiàn)對共陰極組和共陽極組同時進行控制，控制角都是 。在一個周期內(nèi)6個晶閘管都要被觸發(fā)一次，觸發(fā)順序依次為：VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，6個觸發(fā)脈沖相位依次相差60°。為了構(gòu)成一個完整的電流回路，要求有兩個晶閘管同時導通，其中一個在共陽極組，另外一個在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴格按編號輪流導通。晶閘管與按A相，晶閘管與按B相，晶閘管與按C相，晶閘管接成共陽極組，晶閘管接成共陰

27、極組。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時導通時，才構(gòu)成完整的整流電路。如圖2.3所示。</p><p>　　由于電網(wǎng)電壓與工作電壓（U2）常常不一致，故在主電路前端需配置一個整流變壓器，以得到與負載匹配的電壓，同時把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的干擾。</p>

28、;<p>　　考慮到控制角α增大，會使負載電流斷續(xù)，并且負載為直流電動機時，由于電流斷續(xù)和直流的脈動，會使晶閘管導通角θ減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動機的機械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動機的損耗，故在直流側(cè)串接一個平波電抗器，以限制電流的波動分量，維持電流連續(xù)。</p><p>　　為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電壓、過電流保護裝置。</p>

29、;<p>　　3.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性</p><p>　　在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2.4-（a）所示。當電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。</p>&

30、lt;p>　　在實際工作中,我們希望在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想起動過程波形如圖1-（b）所示，這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。</

31、p><p>　　(a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程 </p><p>　　(b)理想快速起動過程</p><p>　　圖2.4 調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控

32、制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再靠電流負反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。</p><p>　　3.4 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p>&

33、lt;p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，如圖2所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因為PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜

34、差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間實行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸

35、入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉</p><p>　　圖2.5 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。圖中標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際

36、極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可改變電動機的轉(zhuǎn)速。如果負載的生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，但是，對靜差率有較高要求時，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　3.4.1 雙閉環(huán)調(diào)速

37、系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器， TG—測速發(fā)電機，TA—電流互感器，UPE—電力電子變換器，</p><p>　　Un*—轉(zhuǎn)速給定電壓，Un—轉(zhuǎn)速反饋電壓，Ui*—電流給定電壓，Ui—電流反饋電壓 </p><p>　　3.4.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　首先要畫出雙閉

38、環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2.7所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)太特征。一般存在兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值；不飽和——輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)太時總是為零。</p><p>　　圖2.7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　實際上，

39、在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。</p><p>　　3.4.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型</p><p>　　雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.8所示。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的

40、動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流顯露出來，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.5 電動機型式的確定</p><p>　　3.5.1 電動機電壓等級的選用</p><p>　　電動機電壓等級要與工廠企業(yè)或車間的供電電壓一致。一般中、小型交流電動機額定電壓為 220/380V或 3

41、80/660V。當電動機由晶閘管整流裝置直接供電時，為配合不同的整流電路聯(lián)結(jié)，新改型直流電動機還增設(shè)了 160V（配合單相全波整流）及 440V（配合三相橋式整流）等新的電壓等級。</p><p>　　3.5.2 電動機額定轉(zhuǎn)速的選用</p><p>　　一般可分為下列三種情況：</p><p>　　（1）電動機連續(xù)工作，很少起動、制動或反轉(zhuǎn)。對幾個不同的額定轉(zhuǎn)速進

42、行全面比較，最后確定電動機的額定轉(zhuǎn)速。</p><p>　?。?）電動機經(jīng)常起動、制動及反轉(zhuǎn)，此時除考慮初期投資外，主要根據(jù)過渡過程能量損耗為最小的條件來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。</p><p>　　（3）電動機經(jīng)常起動、制動及反轉(zhuǎn)，主要根據(jù)過渡過程持續(xù)時間為最短的條件來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。</p><p>　　3.5.3電動機額定功率的選用</p>

43、<p>　　額定功率的選用考慮電動機的發(fā)熱、過載能力及起動能力三個方面。電動機額定功率的選擇一般可分為三步：</p><p>　　（1）計算負載功率 PL。這是決定電動機額定功率的依據(jù)。</p><p>　?。?）根據(jù)負載功率，預選電動機的額定功率 PN≥ PL，盡量接近 PL。</p><p>　?。?）校核預選電動機。</p><p

44、>　　3.5.4 電動機的額定功率</p><p>　　決定電動機功率的主要因素有三個：</p><p>　?。?）電動機的發(fā)熱與溫升，這是決定電動機功率的最主要因素。</p><p>　?。?）允許短時過載能力。</p><p>　?。?）對于籠型交流電動機還要考慮起動能力。</p><p>　　在生產(chǎn)實際中，

45、還需要考慮具體生產(chǎn)機械的特殊情況，進行補充和靈活運用。</p><p>　　3.5.5 電動機的選型</p><p>　　型號：Z4-180-42 額定轉(zhuǎn)速：3000r/min 額定功率：90KW</p><p>　　電壓：電樞220V 激磁：220V 電樞電流：221A</p><p>　　慣量矩：2.2 Kg.m.m 重量：41

46、0Kg</p><p>　　3.6 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定</p><p>　　晶閘管整流是把交流變直流。整流的過程中,采用三相橋式全控整流電路。可控整流的原理：當晶閘管的陽極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然導通。當晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關(guān)斷。</p><p>　　根據(jù)電動機

47、的額定電壓的不同，確定整流變壓器的輸出電壓和可控整流電路的結(jié)構(gòu)形式，一般情況，當控制角為0時，整流輸出電壓的有效值應約等于1.1倍的電動機額定電壓,運算關(guān)系參照下表1。</p><p><b>　　表1運算關(guān)系</b></p><p>　　電路結(jié)構(gòu)確定后既要進行晶閘管的型號選擇：一般取晶閘管的額定電壓為1.5-2倍的、額定電流大于2倍的電動機額定電流確定。</p

48、><p>　　3.7 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可改變電動機的轉(zhuǎn)速。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間

49、實行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　第四章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算</p><p>　　4.1 整流變壓器容量計算</p><p>　　4.1.1 次級電

50、壓U2</p><p>　　為了保證負載能正常工作，當主電路的接線形式和負載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓U2。影響U2值的因素有：</p><p>　　（1）U2值的大小首先要保證滿足負載所需求的最大直流值Ud</p><p>　?。?）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導通時有一定的管壓

51、降，用UT表示</p><p>　?。?）平波電抗器有一定的直流電阻，當電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降</p><p>　?。?）電樞電阻的壓降</p><p>　　綜合以上因素得到的U2精確表達式為：</p><p>　　A= Ud0/U2，表示當控制角α=0°時，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比。</p&g

52、t;<p>　　B=Udα/Ud0，表示控制角為α時和α=00時整流電壓平均值之比。</p><p>　　UK%—變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取UK%=5，100~1000千伏安的變壓器取UK%=5~8</p><p>　　ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。根據(jù)規(guī)定，允許波動+5%~-10%，即ε=1.05~0.9</p><p>　　C是與整

53、流主電路形式有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　，表示電動機電樞電路總電阻的標么值，對容量為15~150KW的電動機，通常=0.08~0.04</p><p>　　nUT—表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降</p><p>　　對于本設(shè)計：為了保證電動機負載能在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn),計算所得的U2應有</p><p>　　一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗所

54、知,公式中的控制角應取300為宜。</p><p>　　ε=0.9,A=2.34,B=0=，C=0.5，UK%=5</p><p>　　= =366V 取U2=370V</p><p>　　4.1.2 次級電流I2和變壓器容量</p><p>　　I2=KI2·Id , KI2為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負載電流平均值之

55、比。對于本設(shè)計KI2取0.816,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故：A </p><p>　　4.2 晶閘管的電流、電壓定額計算</p><p>　　題目中要求晶閘管整流裝置=0.5Ω, , =136A ，</p><p>　　晶閘管參數(shù)計算如下： =1.1=1.1220=242V</p><p>　　=1.5=1.5220=33

56、0V</p><p>　　=2=2136=272A</p><p>　　從《電氣工程師手冊》中查得滿足晶閘管型號選擇的晶閘管型號為：KP500</p><p><b>　　表2 KP500</b></p><p>　　4.3 平波電抗器電感量計算</p><p>　　由于電動機電樞和變壓器存在漏感

57、，因而計算直流回路附加電抗器的電感量時，要從根據(jù)等效電路折算后求所需電感量中，扣除上述兩種電感量。</p><p>　　4.3.1 電樞電感量LM按下式計算</p><p>　　P—電動機磁極對數(shù)，KD—計算系數(shù)，對一般無補償電機：KD=8~12</p><p>　　對于本設(shè)計，P=2，KD=10</p><p><b>　　則&l

58、t;/b></p><p>　　4.3.2 整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感LB按下式計算</p><p>　　U2—變壓器次級相電壓有效值</p><p>　　Id—晶閘管裝置直流側(cè)的額定負載電流</p><p>　　KB—與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　對于本設(shè)計，KB=3.9，=5

59、</p><p><b>　　則</b></p><p>　　4.3.3 變流器在最小輸出電流Idmin時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量L</p><p><b>　　下式計算</b></p><p>　　K是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋K取0.693</p><p&g

60、t;<b>　　則：</b></p><p>　　4.3.4 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L平</p><p>　　L平=L-LM-2LB=23.31-2.77-2×0.33=19.22()</p><p>　　電抗器電感量應大于15 </p><p>　　4.4 保護電路的設(shè)計計算</p><

61、;p>　　4.4.1 過電壓保護</p><p>　?、俳涣鱾?cè)過電壓的保護如圖3-1</p><p>　　圖4-1交流側(cè)過電壓保護電路</p><p>　　采用RC過電壓抑制電路如圖一所示，在變壓器次級并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的

62、震蕩。本設(shè)計采用三相全控橋整流電路，變壓器的繞組為△—Y聯(lián)結(jié)，阻容保護裝置采用三角形接法，故可按下式計算阻容保護元件的參數(shù)</p><p><b>　　電容C的耐壓 ： </b></p><p><b>　　電阻R的功率：</b></p><p>　　式中 ST—變壓器每相平均計算容量（VA）</p>&l

63、t;p>　　U2—變壓器次級相電壓有效值（V）</p><p>　　—勵磁電流百分比，當ST≤幾百伏安時=10，當ST≥1000伏安時=3~5</p><p>　　UK%—變壓器的短路電壓百分比</p><p>　　IC,UC—當R正常工作時電流電壓的有效值（A，V） </p><p>　　對于本設(shè)計，UK%=5， =5，ST=145.

64、41/3=48.47KVA</p><p><b>　　（1）電容器的計算</b></p><p><b>　　,取4</b></p><p><b>　　,取1200V</b></p><p>　　選擇=4μF，耐壓1200V的金屬化紙介電容</p><p

65、>　　(2) 電阻值的計算</p><p><b>　　取R=20</b></p><p>　　RC支路電流IC近似為</p><p><b>　　電阻R的功率為</b></p><p>　?、谥绷鱾?cè)的過電壓保護如圖：</p><p>　　圖3-2直流側(cè)過電壓保護電路

66、 </p><p>　　圖4-2直流側(cè)過電壓保護</p><p>　　整流器直流側(cè)開斷時，如直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷等情況，也在A、B之間產(chǎn)生 過電壓，如圖3-2所示本設(shè)計用非線性元氣件抑制過電壓，在A、B之間接入的是壓敏電阻。壓敏電阻的額定電壓U1mA的選取可按下式計算</p><p>　　Ud0為晶閘管控制角=00時直流輸出電壓

67、 </p><p><b>　　對于本設(shè)計：</b></p><p>　　用于中小功率整流器操作過電壓保護，壓敏電阻通流容量可選擇（3~5）KA</p><p>　　③晶閘管換相過電壓保護</p><p><b>　　如圖： </b></p

68、><p>　　圖4-3換相過電壓保護電路</p><p>　　如上圖，在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，起到晶閘管換相過電壓的保護。串聯(lián)電阻R的作用一是阻尼LTC回路的震蕩，二是限制晶閘管開通瞬間的損耗且可減小電流上升率di/dt。R、C值可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取，對于本設(shè)計晶閘管額定電流為220A，故C可取0.3,R可取20.</p><p>　　4.4.2 過電流保護</

69、p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　圖4-4 過電流保護電路 </p><p>　　第五章 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計</p><p><b>　　5.1集成觸發(fā)電路</b></p><p>　　集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試

70、方便。隨著集成電路制作技術(shù)的提高。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及。目前國內(nèi)常用KJ和KC系列，兩者生產(chǎn)廠家不同，但很相似。采用KJ004集成觸發(fā)電路的同步電壓應滯后于主電路電壓180度的觸發(fā)觸發(fā)脈沖。其工作原理可參照鋸齒波同步的觸發(fā)電路進行分析，或查閱有關(guān)的產(chǎn)品手冊。集成電路只需用3個KJ004集成塊和隔離電路組成，再由六個晶體管進行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路，如圖5-1所示：</p><p>　

71、　圖5-1 采用集成化六脈沖觸發(fā)電路的三相全控橋整流電路</p><p>　　本設(shè)計主電路整流變壓器采用D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器采用D，y-11，5聯(lián)結(jié)。同步變壓器如圖5-3。</p><p>　　圖5-3同步變壓器和整流變壓器接法 </p><p>　　這時，同步電壓選取的結(jié)果見表3。 </p><p>

72、;　　表3 各晶閘管的同步電壓 </p><p>　　5.2 三相橋式全控整流電路分析</p><p>　　三相橋式全控整流電路相當于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來構(gòu)成的。習慣上將晶閘管按照其導通順序編號，共陰極的一組為VT1、VT3和VT5，共陽極的一組為VT2、VT4和VT6。其電路如圖5-4所示：</p><p>　　圖5

73、-4　三相橋式電阻性負載全控整流電路</p><p>　　要求共陰極的一組晶閘管要在自然換相點1、3、5點換相，而共陽極的一組晶閘管則會在自然換相點2、4、6點換相。因此，對于可控整流電路，就要求觸發(fā)電路在三相電源相電壓正半周的1、3、5點的位置給晶閘管VT1、VT3和VT5送出觸發(fā)脈沖，而在三相電源相電壓負半周的2、4、6點的位置給晶閘管VT2、VT4和VT6送出觸發(fā)脈沖，且在任意時刻共陰極組和共陽極組的晶閘管

74、中都各有一只晶閘管導通，這樣在負載中才能有電流通過，負載上得到的電壓是某一線電壓。其波形如圖5-5所示。</p><p>　　圖5-5　三相橋式電阻性負載a=0°時波形</p><p>　　觸發(fā)電路與驅(qū)動電路是電力電子裝置的重要組成部分。為了充分發(fā)揮電力電子器件的潛力、保證裝置的正常運行，必須正確設(shè)計與選擇觸發(fā)電路與驅(qū)動電路，如圖5-6 。   &

75、#160;晶閘管的觸發(fā)信號可以用交流正半周的一部分，也可用直流，還可用短暫的正脈沖。為了減少門極損耗，確保觸發(fā)時刻的準確性，觸發(fā)信號常采用脈沖形式。晶閘管對觸發(fā)電路的基本要求有如下幾條： （1）觸發(fā)信號要有足夠的功率</p><p>　　（2）觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，前沿要陡</p><p>　?。?

76、）觸發(fā)脈沖的移相范圍應能滿足主電路的要求</p><p>　　圖5-6　三相橋式全控整流電路觸發(fā)脈沖</p><p>　　雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動態(tài)設(shè)計</p><p>　　6.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p>　　6.1.1 時間常數(shù)的確定 </p><p>　　表4 各種整流電路的失控時間（f=50Hz）

77、</p><p>　　系統(tǒng)電磁時間常數(shù)：由上可知=35.98mH，=0.5，</p><p><b>　　按表4得：</b></p><p>　　整流裝置滯后時間常數(shù)：三相橋式電路的平均失控時間為=0.0017s。 </p

78、><p>　　電流濾波時間=0.002s， 電流環(huán)小時間常數(shù)之和：按小時間常數(shù)近似處理，</p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)之和：按小時間常數(shù)近似處理，取=0.0037s</p><p>　　6.1.2 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可

79、用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為，—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能： =0.142/0.0037=38.39，對照典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖如圖6-1：</p><p>　　圖6-1 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>

80、;　　6.1.3 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)τi==0.07s。</p><p>　　電流開環(huán)增益：要求時，按表5應取=0.5，</p><p>　　因此=0.5/ =0.5/0.0037=。</p><p>　　取=40，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5 =10/（1.5×136）=0.0

81、5V/A，</p><p>　　于是ACR的比例系數(shù)為</p><p>　　表5 典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　6.1.4 近似條件校驗 </p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：。</b></p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:&l

82、t;/p><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　　忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件:</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件:</p><p><b>　　，滿足近似條件。&

83、lt;/b></p><p>　　6.1.5 電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　按所用運算放大器取=40KΩ，各電阻和電容值為</p><p>　　Ri=KiR0=1.642×40=65.68kΩ，取65 kΩ；</p><p>　　Ci=τi/Ri=0.07/（65×103）≈1.08×10-6F=1

84、.08μF，取1.1μF；</p><p>　　Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6μF，取0.2μF。</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為 =4.3%＜5%</p><p>　　（見表5），滿足設(shè)計要求。</p><p>　　6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計<

85、;/p><p>　　6.2.1 時間常數(shù)的確定</p><p>　　電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI：已取=0.5，</p><p>　　則1/KI=2T∑i=2×0.0037=0.0074s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01s。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小

86、時間常數(shù)T∑n：按小時間近似處理, </p><p>　　T∑n=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s </p><p>　　6.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　按照設(shè)計要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　。</b></p>&

87、lt;p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖如圖6-2：</p><p>　　圖6-2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　6.2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，</p><p>　　則ASR的超前時間常數(shù)為τn=hT∑n=5×0.0174=0.087s，</p><

88、;p>　　可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益，</p><p>　　因為Ce=（UN-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1000=0.234V?min/r，</p><p>　　α=10V/ nN =10/1800=0.006 V?r/min，于是</p><p>　　可得ASR的比例系數(shù)：</p><p>　　6.2.4

89、近似條件校驗 </p><p>　　由式K=ω1ωc得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：</p><p><b>　　，滿足簡化條件。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：</p

90、><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　　6.2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　取R0=40kΩ，則Rn=KnR0=3.36×40=134.48kΩ，取1400kΩ；</p><p>　　Cn=τn/Rn=0.087/（140×103）≈0.621×10-6

91、F=0.621μF，取0.7μF；</p><p>　　Con=4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1×10-6=1μF，取1μF。</p><p>　　6.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　當h=5時，由表6查得，=37.6%，不能滿足設(shè)計要求。實際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不

92、符合線性系統(tǒng)的前提，應該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。</p><p>　　表6 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標（按Mmin準則確定參數(shù)關(guān)系）</p><p>　　設(shè)理想空載起動時，負載系數(shù)z=0，已知λ=1.5，IN=220A，nN=1800r/min，Ce=0.234V?min/r，Tm=0.1s，T∑n=0.0174s。當h=5時，由表7查得，</p><

93、;p>　　ΔCmax/Cb=81.2%，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降ΔnN=INR∑/ Ce=220×0.12/0.234=94.01 r/min，代入式</p><p><b>　　，</b></p><p>　　計算得：σn= 能滿足設(shè)計要求。</p><p>　　表7 典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系&

94、lt;/p><p>　　6.2.7 直流測速發(fā)電機的選型</p><p>　　型號：ZYS-3A 電壓：110V 電流：0.2A 功率：22W 轉(zhuǎn)速：2000r/min</p><p>　　6.3 檢測電路參數(shù)設(shè)置</p><p>　　6.3.1轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和電路參數(shù)</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的

95、反饋系數(shù)為： ，而： = 2 Cetg ，</p><p>　　其中Cetg為測速發(fā)電機的電動勢系數(shù)， 2為其輸出電位器的分壓系數(shù)。在根據(jù)連接方式和電動機最大轉(zhuǎn)速確定了測速發(fā)電機信號后，測速發(fā)電機的電動勢系數(shù)Cetg確定。一般對 2先試取=0.2，再檢驗是否合適。</p><p><b>　　其阻值為：</b></p><p><b&g

96、t;　　校驗其功耗：</b></p><p>　　為了使電位器溫度不致很高，實選瓦數(shù)應為所消耗功率的一倍以上。</p><p>　　6.3.2 電流反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和電路參數(shù)</p><p>　　電流檢測電路如圖6-3所示：</p><p>　　圖 6-3 電流檢測電路</p><p>　　V-M雙閉環(huán)不

97、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖</p><p>　　本電路采用三相全控橋整流電路，在直流側(cè)串有平波電抗器，該電路能為電動機負載提供穩(wěn)定可靠的電源，利用控制角的大小可有效的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并在直流交流側(cè)安置了保護裝置，保證各元器件能安全的工作，同時由于使用了閉環(huán)控制，使得整個調(diào)速系統(tǒng)具有很好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。</p><p><b>　　電氣原理總圖</b></p&g

98、t;<p>　　第7 章MATLAB/SIMULINK仿真軟件</p><p><b>　　7.1仿真軟件介紹</b></p><p>　　利用MATLAB下的SIMULINK軟件和電力系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystems)進行系統(tǒng)仿真是十分簡單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK環(huán)境中的菜單直接啟動系統(tǒng)

99、的仿真過程，同時將結(jié)果在示波器上顯示出來。掌握了強大的SIMULINK工具后，會大大增強用戶系統(tǒng)仿真的能力。</p><p>　　MATLAB下的SIMULINK軟件具有強大的功能，而且在不斷地得到發(fā)展，隨著它的版本的更新，各個版本的模塊瀏覽器的表示形式略有不同，但本書所采用的都是基本仿真模塊，可以在有關(guān)的組中找到，在進一步地學習和應用SIMULINK軟件的其它模塊后，會為工程設(shè)計帶來便捷和精確。</p&g

100、t;<p>　　在工程設(shè)計時，首先根據(jù)典型I型系統(tǒng)或典型Ⅱ型系統(tǒng)的方法計算調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后利用MATLAB下的SIMULINK軟件進行仿真，靈活修正調(diào)節(jié)器參數(shù)，直至得到滿意的結(jié)果。也可用MATLAB仿真軟件包的設(shè)計工具箱設(shè)計其它各種控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器，鑒于篇幅不一一展開。電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展是現(xiàn)代科學技術(shù)的巨大成就之一。它對科學計術(shù)的幾乎一切領(lǐng)域，特別對數(shù)值計算，數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計分析，人工智能以及自動控制等方面產(chǎn)生了極其深遠

101、的影響。熟練掌握利用計算機進行科學研究和工程應用的技術(shù)，已經(jīng)成為廣大科研設(shè)技人員必須具備的基本能力之一。大部分從事科學研究和工程應用的讀者朋友可能都已經(jīng)注意到并為之所困擾的是，當我們的計算涉及矩陣運算或畫圖時，利用FORTRAN和C語言等計算機語言進行程序設(shè)計是一項很麻煩的工作。Matlab正是為了免除無數(shù)類似上述的尷尬局面而產(chǎn)生的。在1980年前后，美國的Cleve博士在New Mexico大學講授線性代數(shù)課程時，發(fā)現(xiàn)應用其它高級語言

102、編程極為不便，便構(gòu)思并開發(fā)了Matlab（MATrix LABoratory，即矩陣實驗室），它是集命令翻譯，科學計算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經(jīng)過</p><p>　　7.2 仿真軟件操作過程</p><p>　　7.2.1建立自控系統(tǒng)的數(shù)學模型</p><p>　　系統(tǒng)的數(shù)學模型，是描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學表達式。描述系統(tǒng)諸變量間靜態(tài)

103、關(guān)系的數(shù)學表達式，稱為靜態(tài)模型；描述自控系統(tǒng)諸變量間動態(tài)關(guān)系的數(shù)學表達式，稱為動態(tài)模型。常用最基本的數(shù)學模型是微分方程與差分方程，</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)各變量之間所遵循的物理、化學基本定律，例如牛頓定律、克希霍夫定律、運動動力學定律、焦耳楞次定律等來列寫出變量間的數(shù)學模型。這是解析法建立數(shù)學模型。</p><p>　　對于很多復雜的系統(tǒng)，則必須通過實驗方法并利用系統(tǒng)

104、辨識技術(shù)，考慮計算所要求的精度，略去一些次要因素，使模型既能準確地反映系統(tǒng)的動態(tài)本質(zhì)，又能簡化分析計算的工作。這是實驗法建立數(shù)學模型。</p><p>　　控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是系統(tǒng)仿真的主要依據(jù)。</p><p>　　7.2.2建立自控系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　原始的自控系統(tǒng)的數(shù)學模型比如微分方程，并不能用來直接對系統(tǒng)進行仿真。還得將其轉(zhuǎn)換為能夠?qū)ο到y(tǒng)進行

105、仿真的模型。</p><p>　　對于連續(xù)控制系統(tǒng)而言，有像微分方程這樣的原始數(shù)學模型，在零初始條件下進行拉普拉斯變換，求得自控系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)學模型。以傳遞函數(shù)模型為基礎(chǔ)，等效變換為狀態(tài)空間模型，或者將其圖形化為動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型，這些模型都是自控系統(tǒng)的仿真模型。</p><p>　　對于離散控制系統(tǒng)而言，有像差分方程這樣的原始數(shù)學模型以及類似連續(xù)系統(tǒng)的各種模型，這些模型都可以對離散系統(tǒng)直接進

106、行仿真。</p><p>　　7.2.3編制自控系統(tǒng)仿真程序</p><p>　　對于非實時系統(tǒng)的仿真，可以用一般的高級語言，例如Basic、Fortran或C等語言編制仿真程序。對于快速的實時系統(tǒng)的仿真，往往用匯編語言編制仿真程序。當然也可以直接利用仿真語言。</p><p>　　如果應用MATLAB的Toolbox工具箱及其Simulink仿真集成環(huán)境作仿真工具

107、，這就是MATLAB仿真?？刂葡到y(tǒng)的MATLAB仿真是控制系統(tǒng)計算機仿真一個特殊軟件工具的子集。</p><p>　　第四步，進行仿真實驗并輸出仿真結(jié)果</p><p>　　進行仿真實驗，通過實驗對仿真模型與仿真程序進行檢驗和修改，而后按照系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結(jié)果。</p><p><b>　　第8章 仿真設(shè)計</b></p>

108、<p>　　由于本文只進行了理論性設(shè)計，故在系統(tǒng)安裝與調(diào)試階段只對控制電路部分進行了MATLAB仿真，以分析直流電機的啟動特性。采用MATLAB中的simulink工具箱對系統(tǒng)在階躍輸入和負載擾動情況下的動態(tài)響應（主要為轉(zhuǎn)速和電樞電流）進行仿真。仿真可采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法或面向電氣系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，本文采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。</p><p><b>　　8.1仿真波形圖：&

109、lt;/b></p><p><b>　　速度</b></p><p><b>　　電樞電流</b></p><p><b>　　勵磁電流</b></p><p><b>　　電磁轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　第9章 仿真

110、結(jié)果分析</p><p>　　圖上部為電機轉(zhuǎn)速曲線，下部為電機電流曲線。加電流啟動時電流環(huán)將電機速度提高，并且保持為最大電流，而此時速度環(huán)則不起作用，使轉(zhuǎn)速隨時間線性變化，上升到飽和狀態(tài)。進入穩(wěn)態(tài)運行后，轉(zhuǎn)速換起主要作用，保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。</p><p>　　9．1 電機轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　在電流上升階段，由于電動機機械慣性較大，不能立即啟動。此時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

111、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?shù)竭_恒流升速階段時，ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動機轉(zhuǎn)速呈線性增長直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時間內(nèi)完成啟動。當轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時，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，這時電流也保持為最大值，導致轉(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

112、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，電動機在負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。當突加給定負載時，由于負載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降，此時經(jīng)過ASR和ACR的調(diào)節(jié)作用后，轉(zhuǎn)速又恢復為先前的給定值，反映了系統(tǒng)的抗負載能力很強。</p><p>　　9．2 電機電流曲線</p><p>　　直流電機剛啟動時，由于電動機機械慣性較大，不能立即啟動。此時轉(zhuǎn)

113、速調(diào)節(jié)器ASR飽和，達到限幅值，迫使電流急速上升。當電流值達到限幅電流時，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使電流不再增加。當負載突然增大時，由于轉(zhuǎn)速下降，此時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)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，同啟動時一樣，當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，達到限幅值，使電流急速上升。但是由于電流值達到限幅電流時，電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使電流不再增加。當擾動取電以后，電流調(diào)節(jié)器ACR電流又有所增加，此后，電動機在負載的阻力作用下減速，

114、電流也在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。</p><p><b>　　設(shè) 計 總 結(jié)</b></p><p>　　通過本次對一個V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計使我對電力電子技術(shù)電力拖動自動控制系統(tǒng)有了進一步的了解與認識。對所學內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進一步認識到工程設(shè)計時與實際相聯(lián)系的重要性，比如在計算元件參數(shù)時計算出來的值往往與實際生產(chǎn)參數(shù)不符，這就需要根

115、據(jù)實際情況對參數(shù)進行取舍。另外，做設(shè)計時信息十分重要，我運用文件檢索工具查閱了大量的相關(guān)資料，這對設(shè)計大有益處。本次課程設(shè)計為對我將來的畢業(yè)設(shè)計和工作需要打下了扎實的基礎(chǔ)。以前一些不懂的知識點現(xiàn)在明白了。比如，電路可逆與不可逆的異同，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理與性能分析等。但是也有幾個知識點不知如何處理。超調(diào)量怎么分析，調(diào)整時間Ts與振蕩次數(shù)N的關(guān)系。該系統(tǒng)中調(diào)速系統(tǒng)采用比例積分調(diào)節(jié)器?？蓪崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速，有采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)，限制