電力傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)-雙閉環(huán)晶閘管不可逆調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　電力傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　--雙閉環(huán)晶閘管不可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　班 級(jí)：電氣</b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</

2、b></p><p>　　日 期：2014.1.9</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　·了解閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理</p><p>　　·掌握雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法和參數(shù)的整定</p><

3、;p>　　·研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)一個(gè)雙閉環(huán)晶閘管不可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　給定參數(shù)：</b></p><p>　?。?）電機(jī)參數(shù)：額定電壓220V，額定勵(lì)磁電壓22

4、0V，額定電流1.1A</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速1600r/min，額定功率185W</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.004Vmin/r ，β=6V/A</p><p>　　2．動(dòng)態(tài)特性：電流超調(diào) ；轉(zhuǎn)速超調(diào)</p><p><b>　　靜態(tài)特性：無(wú)靜差</b></p><p>

5、;　　圖1 不可逆轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　G:給定器 DZS：零速封鎖器 ASR：速度調(diào)節(jié)器 ACR：電流調(diào)節(jié)器 GT：觸發(fā)裝置 FBS：速度變換器 FA：過(guò)流保護(hù)器 FBC：電流變換器 AP1：Ⅰ組脈沖放大器</p><p><b>　　三、測(cè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)</b></p><p>　

6、　為研究晶閘管－電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，須首先了解電樞回路的總電阻R、系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)Td與機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM，這些參數(shù)均需通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段來(lái)測(cè)定，具體方法如下</p><p>　　1.測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路總電阻值R </p><p>　　為測(cè)出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，可采用伏安比較法來(lái)測(cè)定電阻，其實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示。</p><p>　　圖2伏安比較法實(shí)驗(yàn)線路圖<

7、;/p><p>　　將變阻器R1、R2接入被測(cè)系統(tǒng)的主電路，測(cè)試時(shí)電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。合上S1、S2，調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓Ud在30%Ued～70%Ued范圍內(nèi)，然后調(diào)整R2使電樞電流在80%Ied～90%Ied范圍內(nèi)，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為I1、U1，則此時(shí)整流裝置的理想空載電壓為：</p><p>　　Udo=I1R+U1

8、 </p><p>　　調(diào)節(jié)R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關(guān)S2，在Ud的條件下讀取電流表、</p><p>　　電壓表的數(shù)值I2、U2，則</p><p>　　Ud=I2R+U2

9、 </p><p>　　求解上面兩式，可得電樞回路總電阻: </p><p>　　R=（U2-U1）/（I1-I2） </p><p>　　測(cè)量值：U1=101V I1=0.83A ；U2 =116.4V I2=0.3

10、1A </p><p>　　則由上式計(jì)算得R=29.6Ω</p><p>　　2.主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td的測(cè)定</p><p>　　采用電流波形法測(cè)定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流id按指數(shù)規(guī)律上升:</p><p>　　其電流變化曲線如圖2所示。當(dāng)t=Td時(shí)，有</p><p>　　圖3

11、電流上升曲線 圖4 測(cè)定Td的實(shí)驗(yàn)線路圖</p><p>　　實(shí)驗(yàn)線路如圖4所示。電機(jī)不加勵(lì)磁，調(diào)節(jié)給定使電機(jī)電樞電流在50%Ied～90%Ied范圍內(nèi)。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動(dòng)給定S2從接地到正電壓躍階信號(hào)，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄id=f（t）的波形，在波形圖上測(cè)量出當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。</p>

12、<p>　　由附錄1（示波器出圖）作圖得Td=16ms</p><p>　　3.系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測(cè)定</p><p>　　系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算 </p><p>　　由于TM>>Td，也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即</p><p>　　當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)穩(wěn)

13、態(tài)值的63.2%時(shí),所經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　測(cè)試時(shí)電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄過(guò) 渡過(guò)程曲線n=f(t)，即可由此確定機(jī)電時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　由附錄2（示波器出圖）作圖得TM=380ms</p><p>　　4.晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(Ug)和測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f

14、(n)的測(cè)定</p><p>　　實(shí)驗(yàn)線路如圖4所示，可不接示波器。電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對(duì)應(yīng)的Ug、UTG、Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線Ud=f(Ug)和UTG =f(n)。 </p><p>　　由Ud=f(Ug)曲線可求得晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)曲線Ks=f(Ug):</p><p>　　Ks =ΔUd/ΔU

15、g </p><p>　　測(cè)量數(shù)據(jù),得Ks =60 （將下面與作成近似直線求斜率所得）</p><p>　　四、器件模塊參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　1、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖5所示。圖中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓

16、，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓 。 </p><p>　　圖5 PI型電流調(diào)速器</p><p><b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。按書本表2-2，三相橋式電路的平均失控時(shí)間=0.0017s</p><p>　　電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3

17、ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1～2）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s</p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取=+=0.0037s</p><p>　?。?）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函

18、數(shù)為：</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： </p><p>　　（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)：</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：取，因此</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)</p><p>　?。?）校驗(yàn)近似條件：</p&g

19、t;<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： </p><p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　　檢驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件

20、：</p><p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　?。?）計(jì)算調(diào)節(jié)器電容：</p><p>　　已知調(diào)節(jié)器電阻 =13k，則 </p><p><b>　　，取1.2 </b></p><p>　　按

21、照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)更隨性性能指標(biāo)為 , 滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p><b>　　已取，則</b></p><p>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) </p><p

22、>　　轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。取=0.01s</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)常數(shù)近似處理，取</p><p><b>　　速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖6所示。圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓 。</p>

23、;<p>　　圖6 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</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><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：</b></p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件</b&

24、gt;</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為: </p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為:</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：</p><p>　　，滿足近似條件。

25、 </p><p><b>　　調(diào)節(jié)器電容計(jì)算</b></p><p>　　已知調(diào)節(jié)器電阻=120 k</p><p><b>　　取0.7</b></p><p>　　按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：</p><p>

26、;　?。ㄆ渲?取空載時(shí)Z=0, ==1600r/min =1.5）</p><p>　　即，所以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　五、小結(jié)</b></p><p>　　突加負(fù)載時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速只是在原轉(zhuǎn)速1000r/min下小幅度左右晃了下，說(shuō)明滿足無(wú)靜差調(diào)速。</p><p><b

27、>　　六、心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)不可逆轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的理解。其中涉及到多方面的知識(shí)，主要包括轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)、晶閘管的設(shè)計(jì)及給定器的設(shè)計(jì)，涉及到了電力電子、電力拖動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科。</p><p>　　雙閉環(huán)系統(tǒng)的核心是電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，在確定兩個(gè)調(diào)節(jié)器的類型、結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí)采用常用的工程設(shè)計(jì)

28、方法，電流調(diào)節(jié)器采用典型Ⅰ型系統(tǒng)，計(jì)算其基本參數(shù)后，校驗(yàn)近似條件，能夠滿足系統(tǒng)的要求，若不能滿足則要從新設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的類型和結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用典型Ⅱ型系統(tǒng)，和電流調(diào)節(jié)器一樣，計(jì)算其基本參數(shù)，校驗(yàn)近似條件，能滿足系統(tǒng)的要求。通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，不僅是我對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算掌握的更牢固，更加掌握了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中所起的作用。</p><p>　　注：本文是江蘇大學(xué)電氣學(xué)院電氣專業(yè)大四電力傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)，而實(shí)際