自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計---晶閘管轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　《自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計》設(shè)計報告書</p><p>　　題 目：轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)整系統(tǒng)</p><p>　　（院） 系： 電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　學(xué)生姓

2、名: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　起 迄 日 期: 2012年2月20日——2012年3月9日</p><p>　　自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書(題目號)<

3、/p><p><b>　　一．課程設(shè)計題目：</b></p><p>　　晶閘管轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　二．課程設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)計一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，采用他勵直流電動機、</p><p>　　晶閘管三相全控橋

4、式整流電路，其數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　直流電動機電流過載系數(shù)取1.5，電樞電阻計算系數(shù)取0.5，電機軸上總轉(zhuǎn)動慣量86;</p><p>　　晶閘管觸發(fā)與整流裝置的放大系數(shù) =30 ；三相供電線電壓380V，相電壓220V，電網(wǎng)波動系數(shù)b=0.95；</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓=10 V；</p><p>　　調(diào)節(jié)器飽和

5、輸出電壓 10 V；</p><p>　　調(diào)速范圍 D=10; </p><p>　　系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能指標：無靜差，電流超調(diào)量,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p><p><b>　　三．課程設(shè)計要求：</b></p><p>　　1. 進行晶閘管整流器主電路形式選擇、整流變壓器的選擇(二次電壓、電流、變壓

6、器視在功率)、整流器件的選擇、平波電抗器的選擇、觸發(fā)電路的選擇；</p><p>　　2.系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計與計算（整流器內(nèi)阻、平均失控時間、電樞回路總阻、電樞回路總電感、電機電勢常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)、電磁時間常數(shù)、機電時間常數(shù)、電流反饋濾波時間常數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)、</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)、電流反饋系數(shù)）</p><p>　　3．設(shè)計電流調(diào)節(jié)器并作性能

7、指標校驗；</p><p>　　4．設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器并作性能指標校驗；</p><p>　　5．計算空載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量；</p><p>　　6. 對設(shè)計的系統(tǒng)進行MATLAB仿真；</p><p>　　7．繪制系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）。</p><p>　　四 設(shè)計完成后應(yīng)繳交設(shè)計說明書一

8、分，包括上述設(shè)計基本內(nèi)容、計算過程、線路圖、結(jié)論及心得體會。</p><p>　　五 設(shè)計完成期限：本設(shè)計任務(wù)書于2012年2月20日發(fā)出，2012年3月9日上交設(shè)計說明書。 </p><p>　　一．晶閘管整流器設(shè)計6</p><p>　　1.進行主電路形式選擇：6</p><p>　　2整流變壓器的選擇：6</p>

9、<p>　　3.整流器件的選擇：10</p><p>　　二 .系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計與計算16</p><p>　　三 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計思路19</p><p>　?。ㄒ唬╇娏髡{(diào)節(jié)器的設(shè)計22</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計25</p><p><b>　　(三

10、) 校驗29</b></p><p>　　2.性能指標校驗：30</p><p>　　四 MATLAB結(jié)構(gòu)圖仿真31</p><p>　　五 系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）。32</p><p><b>　　主電路32</b></p><p><b>　　

11、觸發(fā)電路33</b></p><p><b>　　控制電路34</b></p><p>　　六 結(jié)論及心得體會35</p><p>　　一．晶閘管整流器設(shè)計</p><p>　　進行主電路形式選擇：</p><p>　　整流器主電路聯(lián)結(jié)形式的確定：整流器主電路聯(lián)結(jié)形式多種多樣，選

12、擇時應(yīng)考慮以下情況：</p><p>　?。?）.可供使用的電網(wǎng)電源相數(shù)及容量；（2）.傳動裝置的功率；</p><p>　　（3）.允許電壓和電流脈動率；（4）. 傳動裝置是否要求可逆運行，是否要求回饋制動；</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)已規(guī)定采用晶閘管三相全控橋式整流電路，具有以下特點：</p><p>　　三相全控橋式計算系數(shù)<

13、/p><p>　　2整流變壓器的選擇：</p><p>　　整流變壓器一次側(cè)接交流電網(wǎng)，二次側(cè)連接整流裝置。整流變壓器的選擇主要內(nèi)容有連接方式、額定電壓、額定電流、容量等。</p><p>　?。?）整流變壓器的作用和特點</p><p>　　1）整流變壓器的作用：變換整流器的輸入電壓等級。由于要求整流器輸出直流電壓一定，若整流橋路的交流輸入電壓

14、太高，則晶閘管運行時的觸發(fā)延遲角需要較大；若整流器輸入電壓太低，則可能在觸發(fā)延遲角最小時仍不能達到負載要求的電壓額定值。所以，通常采用整流變壓器變換整流器的輸入電壓等級，以得到合適的二次電壓。實現(xiàn)電網(wǎng)與整流裝置的電氣隔離，改善電源電壓波形，減少整流裝置的諧波對電網(wǎng)的干擾。</p><p>　　2）整流變壓器的特點：由于整流器的各橋臂在一周期內(nèi)輪流導(dǎo)通，整流變壓器二次繞組電流并非正弦波（近似方波），電流含有直流分量

15、，而一次電流不含直流分量，使整流變壓器視在功率比直流輸出功率大。當整流器短路或晶閘管擊穿時，變壓器中可能流過很大的短路電流。為此要求變壓器阻抗要大些，以限制短路電流。整流變壓器由于通過非正弦電流引起較大的漏抗壓降，因此它的直流輸出電壓外特性較軟。整流變壓器二次側(cè)可能產(chǎn)生異常的過電壓，因此要有很好的絕緣。</p><p>　　3）整流變壓器的聯(lián)結(jié)方式</p><p>　?。?）.整流變壓器二

16、次相電壓的計算</p><p>　　1）整流變壓器的參數(shù)計算應(yīng)考慮的因素。由于整流器負載回路的電感足夠大，故變壓器內(nèi)阻及晶閘管的通態(tài)壓降可忽略不計，但在整流變壓器的參數(shù)計算時，還應(yīng)考慮如下因素：</p><p>　　a)最小觸發(fā)延遲角：對于要求直流輸出電壓保持恒定的整流裝置，應(yīng)能自動調(diào)節(jié)補償。一般可逆系統(tǒng)的取30°~35°，不可逆系統(tǒng)的取10°~15°

17、;。</p><p>　　b)電網(wǎng)電壓波動：根據(jù)規(guī)定，電網(wǎng)電壓允許波動范圍為+5%~-10%，考慮在電網(wǎng)電壓最低時，仍能保證最大整流輸出電壓的要求，通常取電壓波動系數(shù)b=0.9~1.05。</p><p>　　c)漏抗產(chǎn)生的換相壓降。</p><p>　　d)晶閘管或整流二極管的正向?qū)▔航怠?lt;/p><p>　　2)二次相電壓的計算<

18、/p><p>　　a)用于轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)的整流變壓器</p><p>　　式中 ——變壓器二次相電壓（V）;</p><p>　　——電動機的額定電壓（V）;</p><p>　　——整流電壓計算系數(shù)；</p><p>　　b——電壓波動系數(shù)，一般取b=0.90~1.05；</p><p>　　

19、——晶閘管的最小觸發(fā)延遲角；</p><p>　　——換相電感壓降計算系數(shù)；</p><p>　　——變壓器阻抗電壓比，100KVA以下取0.05，容量越大，越大（最大為0.1）;</p><p>　　——變壓器的最大工作電流,它與電動機的最大工作電流相等（A）；</p><p>　　——電動機的額定電流（A）。</p><

20、;p>　　——電動機的電樞電阻（）。</p><p>　　b)要求不高的場合，還可以采用簡便計算，即</p><p>　　c)當調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式整流電路并帶轉(zhuǎn)速負反饋時，一般情況下變壓器二次側(cè)采用Y聯(lián)結(jié)，也可按下式估算：</p><p><b>　　對于不可逆系統(tǒng)：</b></p><p><b>　

21、　對于可逆系統(tǒng)：</b></p><p>　　(3)二次相電流的計算</p><p>　　式中 ——二次相電流計算系數(shù)；</p><p>　　——整流器額定直流電流（A）。</p><p>　　當整流器用于電樞供電時，一般取。在有環(huán)流系統(tǒng)中，變壓器通常設(shè)有兩個獨立的二次繞組，其二次相電流為</p><

22、p>　　式中——平均環(huán)流，通常。</p><p>　　(4)一次相電流計算</p><p>　　式中 ——一次相電流計算系數(shù)；</p><p>　　——變壓器的電壓比。</p><p>　　考慮變壓器自身的勵磁電流時，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)。</p><p>　　(5)變壓器的容量計算 </p>

23、<p><b>　　平均總?cè)萘浚?</b></p><p>　　式中 、——變壓器一次、二次繞組相數(shù)，對于三相全控橋；</p><p>　　——一次相電流計算系數(shù)；</p><p>　　——整流器空載電壓（V）;</p><p>　　——二次相電流計算系數(shù)；</p><p>　　—

24、—整流電壓計算系數(shù)。</p><p>　　3.整流器件的選擇：</p><p>　　晶閘管選擇：晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流的運行條件，計算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號規(guī)格。在工頻整流裝置中一般選擇KP型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流值。</p><p>　　額定電壓選擇應(yīng)考慮下列因素：</p><p>　　分析電路運行時晶

25、閘管可能承受的最大電壓值。</p><p>　　考慮實際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的裕量。通?？煽紤]2~3倍的安全裕量。即</p><p>　　式中 ——晶閘管可能承受的最大電壓值（V）.</p><p>　　當整流器的輸入電壓和整流器的連接方式已確定后，整流器的輸入電壓和晶閘管可能承受的最大電壓有固定關(guān)系，常采用查計算系數(shù)表來選擇計算，即</p><

26、;p>　　式中安全裕量取2.5。</p><p>　　式中 ——晶閘管的電壓計算系數(shù)；</p><p>　　——整流變壓器二次相電壓（V）。</p><p>　　3)按計算值換算出晶閘管的標準電壓等級值。</p><p>　　（2）額定電流選擇：晶閘管是一種過載能力較小的元件，選擇額定電流時，應(yīng)留有足夠的裕量，通常考慮選擇1.5~2倍

27、的安全裕量。</p><p><b>　　1）通用計算式：</b></p><p>　　式中 ——流過晶閘管的最大電流有效值（A）。</p><p>　　2）實際計算中，常常是負載的平均電流已知，整流器連接及運行方式已經(jīng)確定，即流過晶閘管的最大電流有效值和負載平均電流有固定系數(shù)關(guān)系。這樣通過查對應(yīng)系數(shù)使計算過程簡化。當整流電路電抗足夠大且整

28、流電流連續(xù)時，可用下述經(jīng)驗公式近似地估算晶閘管額定通態(tài)平均電流。</p><p>　　式中 ——晶閘管電流計算系數(shù)；</p><p>　　——整流器輸出最大平均電流（A）;當采用晶閘管作為電樞供電時，取為電動機工作電流的最大值。</p><p>　　整流二極管計算與選擇和晶閘管方法相同。</p><p>　　4.平波電抗器的選擇：<

29、/p><p>　　平波和均衡電抗器在主回路中的作用及布置</p><p>　　晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動的，為了限制整流電流的脈動、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。</p><p>　　在有環(huán)流可逆系統(tǒng)中，環(huán)流不通過負載，僅在正反向兩組變流器之間流通，可能造成晶閘管過流損壞。為此，通常在環(huán)流通路中串入環(huán)流電抗器（稱均衡電抗

30、器），將環(huán)流電流限制在一定的數(shù)值內(nèi)。</p><p>　　電抗器在回路中位置不同，其作用不同。對于不可逆系統(tǒng)，在電動機電樞端串聯(lián)一個平波電抗器，使得電動機負載得到平滑的直流電流，取合適的電感量，能使電動機在正常工作范圍內(nèi)不出現(xiàn)電流斷續(xù)，還能抑制短路電流上升率。</p><p>　　(1)平波電抗器選擇</p><p>　　電抗器的主要參數(shù)有額定電抗、額定電流、額定電

31、壓降及結(jié)構(gòu)形式等。</p><p>　　計算各種整流電路中平波電抗器和均衡電抗器電感值時，應(yīng)根據(jù)電抗器在電路中的作用進行選擇計算。</p><p>　　a)從減少電流脈動出發(fā)選擇電抗器。</p><p>　　b)從電流連續(xù)出發(fā)選擇電抗器。</p><p>　　c)從限制環(huán)流出發(fā)選擇電抗器。</p><p>　　此外，還

32、應(yīng)考慮限制短路電流上升率等。</p><p>　　由于一個整流電路中，通常包含有電動機電樞電抗、變壓器漏抗和外接電抗器的電抗三個部分，因此，首先應(yīng)求出電動機電樞（或勵磁繞組）電感及整流變壓器漏感，再求出需要外接電抗器的電感值。</p><p>　　直流電動機電樞電感：</p><p>　　式中 ——直流電動機的額定電壓（V）;</p><p&g

33、t;　　——直流電動機的額定電流（A）;</p><p>　　——直流電動機的額定轉(zhuǎn)速（rpm/min）;</p><p>　　P——直流電動機的磁極對數(shù)；</p><p>　　——計算系數(shù)。一般無補償電動機取8~12，快速無補償電動機取6~8，有補償電動機取5~6。</p><p>　　2）整流變壓器的漏感。整流變壓器折合二次側(cè)的每相漏感：

34、 </p><p>　　式中 ——計算系數(shù)，三相全橋取3.9，三相半波取6.75；</p><p>　　——整流變壓器短路電壓百分比，一般取0.05~0.1；</p><p>　　——整流變壓器二次相電壓（V）;</p><p>　　——直流電動機額定電流（A）。</p><p>　　3）保證電流連

35、續(xù)所需電抗器的電感值。當電動機負載電流 小到一定程度時，會出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，將使直流電動機的機械特性變軟。為了使輸出電流在最小負載電流時仍能連續(xù)，所需的臨界電感值可用下式計算：式中 ——臨界計算系數(shù)，單相全控橋取2.87，三相半波1.46，三相全控橋0.693；</p><p>　　——整流變壓器二次相電壓（V）;</p><p>　　——電動機最小工作電流（A）,一般取電動機額定電流

36、的5%~10%。</p><p>　　實際串聯(lián)的電抗器的電感值</p><p>　　式中 N——系數(shù)，三相橋取2，其余取1。</p><p>　　4）限制電流脈動所需電抗器的電感值。由于晶閘管整流裝置</p><p>　　的輸出電壓是脈動的，該脈動電流可以看成是一個恒定直流分量和一個交流分量組成的。通常負載需要的是直流分量，而過大的交流分量會

37、使電動機換向惡化和鐵耗增加。因此，應(yīng)在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器以限制輸出電流的脈動量。將輸出電流的脈動量限制在要求的范圍內(nèi)所需要的最小電感量：</p><p>　　式中 ——臨界計算系數(shù)，單相全控橋4.5，三相半波2.25，三相全控橋1.045；</p><p>　　——電流最大允許脈動系數(shù)，通常單相電路取20%，三相電路取5%~10%；</p><p>　　——整流

38、變壓器二次側(cè)相電壓（V）;</p><p>　　——電動機最小工作電流（A）,取電動機 額定電流的5%~10%。</p><p>　　實際串接的電抗器的電感值：</p><p>　　式中 N——系數(shù)，三相橋取2，其余取1。</p><p>　　取兩者中較大的，故時，電流連續(xù)和脈動要求能同時滿足。此時，電動機電樞回路總電感</p>

39、<p><b>　　。</b></p><p>　　(2) 均衡電抗器選擇:</p><p>　　限制環(huán)流所需的電抗器的電感值：</p><p><b>　?。╩H）</b></p><p>　　式中 ——計算系數(shù)，單相全控橋2.87，三相半波1.46，三相全控橋0.693；</

40、p><p>　　——環(huán)流平均值（A）;</p><p>　　——整流變壓器二次側(cè)相電壓（V）。</p><p>　　實際串接的均衡電抗器的電感值：</p><p><b>　　（mH）</b></p><p>　　5.觸發(fā)電路的選擇；</p><p>　　二 .系統(tǒng)各主要參數(shù)的

41、估計與計算</p><p>　　系統(tǒng)的許多參數(shù)，要靠現(xiàn)場實驗測定。具備測試條件，當然很好。這里介紹的則是不具備測試條件時，如何進行估算的方法。</p><p>　　最低限度須掌握的原始數(shù)據(jù)：實際上大體為電動機銘牌數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　2 .派生參數(shù):</b></p><p>　　式中：——每周期換流次數(shù)；&

42、lt;/p><p>　　——整流變壓器短路電壓比，在銘牌數(shù)據(jù)標有，也可由電工手冊查，一般約為0.05；</p><p>　　——整流變壓器二次繞組相電壓（116.06V）;</p><p>　　——整流變壓器二次繞組相電流（306A）。</p><p>　　式中：——電樞回路總電感量（H）;</p><p>　　——電樞回

43、路總電阻值（）。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　——晶閘管整流器放大系數(shù)；</p><p><b>　　=30</b></p><p>　　——晶閘管整流器失控時間（s），可查表2-2；</p><p><b>　　=0.00

44、167s</b></p><p>　　——轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)（s）;</p><p><b>　　=0.01s</b></p><p>　　——電流濾波時間常數(shù)（s）;</p><p><b>　　=0.002s</b></p><p>　　——系統(tǒng)最大運行速度（r

45、/min）;</p><p>　　==1430r/min</p><p>　　——電動機允許最大電流（A）;</p><p><b>　??；</b></p><p>　　——電動機允許最大過載系數(shù)；</p><p><b>　　=1.5；</b></p><

46、;p>　　——轉(zhuǎn)速給定信號最大值（V）;</p><p><b>　　=10V</b></p><p>　　——電流給定信號最大值（V）；</p><p><b>　　=10V；</b></p><p>　　速度反饋系數(shù)（Vs/min）;</p><p>　　=10/1

47、430=0.006993Vmin/r;</p><p>　　電流反饋系數(shù)（V/A）;</p><p>　　=10/562.5=0.01778V/A;</p><p>　　三 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計思路</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流負反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流

48、調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) </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>　　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 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。</p><p>　　兩個調(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

49、出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR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>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系：</p><p>　　上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上， 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U*n決定的； ASR的輸出量U*i是由負載電流 IdL 決定的；</p><

50、;p>　　控制電壓 Uc 的大小則同時取決于 n 和 Id，或者說，同時取決于U*n 和 IdL。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) </b></p><p><b>　　電流反饋系數(shù) </b></p><p>　　圖2-22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　系統(tǒng)設(shè)

51、計的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”。即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　（一）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計分為以下幾個步驟：</p><p>　　1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化：簡化內(nèi)容：（1）忽略反電動勢的動態(tài)影響；（2）等效成單位負反饋系統(tǒng)：

52、</p><p>　?。?）小慣性環(huán)節(jié)近似處理：由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為T∑i = Ts + Toi =</p><p><b>　　簡化的近似條件為 </b></p><p>　　電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖3-19c。 </p><p>　　2.

53、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：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，由圖3-19c可以看出，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時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型系統(tǒng)。圖3-19c表明，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

54、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)器的超前時間常數(shù)。</p><p>　　3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p><p>　　為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇</p><p>　　則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖3-20a所示的典型

55、形式，其中 </p><p>　　在一般情況下，希望電流超調(diào)量i < 5%，由表3-1，可選 =0.707，KI Ti =0.5，則</p><p>　　4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　U*i —為電流給定電壓； –Id —為電流負反饋電壓；</p><p>　　Uc —電力電子變換器的控制電壓。</p>&

56、lt;p>　　（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：</p><p>　　1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)：電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖3-20a可知 </p><p>　　忽略高次項，上式可降階近似為 </p><p><b>　　近似條件

57、</b></p><p>　　式中 cn — 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。</p><p>　　接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 </p><p>　　2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)</b></p>

58、<p>　　系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理：和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成 U*n(s)/，再把時間常數(shù)為 1 / KI 和 T0n 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為其和的慣性環(huán)節(jié)，其中</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化</b></p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須

59、有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中（見圖 3-22b），現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(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

60、前時間常數(shù)。 </p><p>　　這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</b></p><p>　　3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和 n。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式(3-29) </p><p>　　再由

61、式（3-30） </p><p><b>　　因此 </b></p><p><b>　　式中選</b></p><p>　　4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　圖3-23 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 </p><p>　　U*n —為轉(zhuǎn)速給定電壓， - n

62、 —為轉(zhuǎn)速負反饋電壓，</p><p>　　U*i —調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 </p><p><b>　　(三) 校驗</b></p><p><b>　　1.近似條件校驗：</b></p><p><b>　　2.性能指標校驗：</b></p>

63、<p>　　1）.ASR退飽和超調(diào)量計算：</p><p><b>　　2）.起動時間計算</b></p><p>　　四 MATLAB結(jié)構(gòu)圖仿真</p><p>　　五 系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）。</p><p><b>　　主電路</b></p><

64、p><b>　　觸發(fā)電路</b></p><p>　　圖1-10為鋸齒波移相觸發(fā)器。由圖可見該觸發(fā)器可分為五個部分，即鋸齒波產(chǎn)生、移相控制、脈沖形成。功率放大和脈沖輸出等環(huán)節(jié)。其基本原理是，由同步變壓器來的交流同步電壓vs加在二極管VD1的陰極。當vs為正半周時，+15v電壓經(jīng)R1對電容C1充電，三極管V2導(dǎo)通。+15v電源經(jīng)R3、R4、V1和R5，經(jīng)V2到地。此時，V3截止。當vs為

65、負半周時，VD1導(dǎo)通，-vs對C1反向充電。使2端的電位變負，致使V2截止。則+15v電壓對C2充電，使V3的基極電位線性上升。于是，在3端產(chǎn)生一正值的鋸齒波，設(shè)控制電壓uc和偏移電壓ub均為0伏，則正的鋸齒波使V4導(dǎo)通。4端的電位突降，使V5因基極電位為負而截止，則6點電位上升，V7、 V8導(dǎo)通，脈沖變壓器TP副邊輸出脈沖。該觸發(fā)器的偏移電壓ub 用來調(diào)整直流電壓vd的零點，即當控制電壓uc為0伏時，觸發(fā)脈沖應(yīng)位于90度（感性負 ）。

66、若vd仍大于0伏，則應(yīng)調(diào)節(jié)電位器R10,使vd等于0伏。這樣，當+vc增大時，脈沖前移，vd也增大。當-vc增大時，變流器處在逆變狀態(tài)，電動機變?yōu)樵偕苿?。這一概念在系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試時很有用。該觸發(fā)器設(shè)有雙脈沖形成及脈沖封鎖和強</p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　圖1-17b 速度和電流調(diào)節(jié)器(ST.LT)圖1-17b 為圖1-6b 裝

67、置上采用的調(diào)節(jié)器， 由圖可見速度調(diào)節(jié)器ST和電流調(diào)節(jié)器LT均采用PI控制，且比例系數(shù)可調(diào)。測速反饋電壓CF和電流反饋電壓LH分別輸入ST和LT，速度給定Ug從給定積分器GJ取得，而ST的輸出作為電流給定Us加于LT的輸入端。ST和LT的輸入和反饋端均接有T形濾波環(huán)節(jié)，由于LT的輸出端接有專門的輸出器，故LT無需輸出限幅環(huán)節(jié)，而ST的輸出用穩(wěn)壓管3W作為正限幅。3DW1可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α，4DW1整定電流反饋系數(shù)β。</p>

68、<p><b>　　六 結(jié)論及心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我實踐了課本上所學(xué)來的知識，完成了對晶閘管轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，其中包括對主電路的設(shè)計、系統(tǒng)參數(shù)的計算、估算，電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計。</p><p>　　還運用理論知識進行MATLAB仿真，與實際得符合很好。晶閘管轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由于有電流環(huán)的調(diào)