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文檔簡介
1、電氣工程綜合課程設(shè)計,安徽工業(yè)大學(xué) 電氣信息學(xué)院 自動化系 2011.11.24,主講:黃松清E-mail: sqhuang@ahut.edu.cnMb: 13339059209,電氣工程綜合設(shè)計的目的,促進(jìn)知識(書本)到實際工程的轉(zhuǎn)化能力的培養(yǎng);總工程師與工程師,系統(tǒng)與子功能塊之間的關(guān)系電子電路、微機(jī)原理(已經(jīng)進(jìn)行),電氣工程綜合課程設(shè)計(即將進(jìn)行);,電氣工程綜合設(shè)計的目
2、的(續(xù)),在校學(xué)習(xí):知識通過一門門課程學(xué)習(xí),現(xiàn)場問題是綜合、復(fù)雜的系統(tǒng),要學(xué)會知識綜合能力的培養(yǎng);要善于應(yīng)用知識,多知識領(lǐng)域的交叉;培養(yǎng)大家運用知識、綜合知識的能力;學(xué)習(xí)知識能力的培養(yǎng);從事實際工程能力;,電氣工程綜合設(shè)計的知識架構(gòu),電路原理、電工基礎(chǔ)模電/數(shù)電、自動控制理論、過程控制、智能控制;PLC等DP\PA\FA設(shè)備,總線(DCS\FCS)技術(shù);計算機(jī)原理與應(yīng)用及計算機(jī)控制系統(tǒng);電力拖動基礎(chǔ)(運動控制系統(tǒng))、電力拖動控
3、制系統(tǒng);電力電子技術(shù)、工廠供、配電系統(tǒng);系統(tǒng)仿真等,電氣工程綜合設(shè)計的任務(wù)與要求,控制理論與控制工程(雙控專業(yè))控制理論控制工程過程控制運動控制1)以速度控制為目的的調(diào)速系統(tǒng);2)以位置控制為目的的伺服系統(tǒng),電氣工程綜合設(shè)計的任務(wù)與要求,以傳動系統(tǒng)為例,以下幾個方面應(yīng)該注意:通過傳動系統(tǒng)設(shè)計,掌握工程背景的設(shè)計問題解決方法;對象:傳動執(zhí)行機(jī)構(gòu),具體電機(jī),直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、同步電機(jī)或相關(guān)的控制電機(jī);控制策略,P
4、ID、先進(jìn)控制策略、智能控制、自適應(yīng)控制、MAC、MPC、GMPC、反饋控制等;控制手段:DDC、LSI、時序電路、CPU、計算機(jī)、PLC、工業(yè)控制計算機(jī)等,電氣工程綜合設(shè)計的任務(wù)與要求(續(xù)),電機(jī)驅(qū)動的電源,電力電子技術(shù)的應(yīng)用,四種基本變換電路,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排,選擇課題主電路設(shè)計:主電路的方案、參數(shù)選擇;保護(hù)電路:電流、電壓保護(hù);電力電子裝置中緩沖電路(Snubber電路);控制電路:控制方法(PID參數(shù)選擇
5、等)相關(guān)仿真(在工企樓301)實驗驗證(在工企樓101)課程設(shè)計報告,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排(續(xù)),課題選擇:在進(jìn)行課程設(shè)計前思考,提出方案,有指導(dǎo)老師進(jìn)行判定是否可行,實驗室是否有條件開出等;電路設(shè)計、仿真設(shè)計:1~3天;仿真:安排兩個單元時間;硬件實驗:兩個單元時間;實驗總結(jié):分析實驗,寫出課程設(shè)計總結(jié)報告。,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排(續(xù)),硬件實驗:同學(xué)相互組合,4~6人一組,接線、測量、調(diào)試、記錄
6、協(xié)調(diào)配合;仿真:一人一機(jī),根據(jù)自身設(shè)計的方法,設(shè)計仿真程序,進(jìn)行仿真,分析仿真結(jié)果,尤其要檢驗參數(shù)設(shè)計是否合理;仿真在 Matlab平臺上進(jìn)行。,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排(續(xù)),課程設(shè)計的主要成果應(yīng)該在課程設(shè)計報告中。課程設(shè)計報告應(yīng)該包含以下內(nèi)容 1.課題內(nèi)容; 2.設(shè)計方案與原理敘述; 3.裝置元、器件選擇; 4.仿真結(jié)果與分析。,電氣工程綜合設(shè)計的時間安排,第七學(xué)期的最后兩周;首先集中
7、講解,分組;分散實驗;,電氣工程綜合設(shè)計的相關(guān)約束(紀(jì)律),思想上要認(rèn)真對待,執(zhí)行學(xué)校的學(xué)籍管理規(guī)定、上課紀(jì)律;加強(qiáng)學(xué)習(xí)主動性,按時實驗,及時上機(jī),完成實驗報告;如果沒有完成,只能隨下一屆,與生產(chǎn)實習(xí)一樣,電氣工程綜合設(shè)計的相關(guān)約束(紀(jì)律)(續(xù)),按時實驗和上機(jī)。由于實驗條件限制,大家要在指定的時間段完成實驗和上機(jī),這就要求大家一定要預(yù)習(xí),有準(zhǔn)備的進(jìn)行課程設(shè)計;實驗和上機(jī)結(jié)束后,經(jīng)指導(dǎo)老師同意、檢查實驗與仿真結(jié)果后,才能夠離開,
8、否則視為缺席(后果非常嚴(yán)重?。。。?電氣工程綜合設(shè)計的相關(guān)約束(紀(jì)律)(續(xù)),在指定的時間、地點進(jìn)行指導(dǎo)和答疑;課程設(shè)計過程中,要多進(jìn)行交流、方案的比較,尤其要進(jìn)行仿真研究;課程報告要寫出心得,獨立完成。,電氣工程綜合設(shè)計的參考課題,一、不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計直流它勵電機(jī),額定功率555(kW),額定電壓750 (V) ,額定電流760 (A) ,額定轉(zhuǎn)速375(rpm) ,過載系數(shù)1.5 ,電樞電阻0.14 (Ω ) ,直流回路
9、總電阻(包括限流電抗器) 0.14 (Ω ) ,電機(jī)及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的綜合轉(zhuǎn)動慣量J,不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(續(xù)),轉(zhuǎn)動慣量J,勵磁電壓220(V),額定勵磁電流33.1(A),供電電源3相50(Hz)3000(V),有效值。,不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(續(xù)),調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)穩(wěn)態(tài)無靜差;電流調(diào)節(jié)器超調(diào)量不大于5%;轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器超調(diào)量不大于10%;,整流變壓器的設(shè)計,整流變壓器的參數(shù)一次側(cè)電壓U1、電流I1、二次側(cè)的電壓U2、電流I
10、2、變壓器的視在功率(容量)S。為了減少整流對電網(wǎng)的影響,整流變壓器一般采用Δ/Y、 Δ/Δ接線,具體的鐘點數(shù),根據(jù)具體情況決定。,整流變壓器的設(shè)計(續(xù)Ⅰ),一、整流變壓器電壓計算 整流變壓器的一次側(cè)電壓受電網(wǎng)電壓的限制,不需要計算。二次側(cè)電壓(U2)可以根據(jù)下面的公式計算:,整流變壓器的設(shè)計(續(xù)Ⅱ),二、整流變壓器的電流選擇 對于三相橋式整流:,整流變壓器的設(shè)計(續(xù)Ⅲ),整流變壓器的視在功率(S),交流側(cè)進(jìn)線
11、電抗器的設(shè)計,直接用交流電源,不用變壓器,則為了抑制SCR導(dǎo)通時的di/dt、限制短路時的短路電流的上升率,選擇交流側(cè)進(jìn)線電抗器(L)。,可控硅(SCR)的選擇,一、可控硅(SCR)額定電壓的選擇 可控硅(SCR)額定電壓是指斷態(tài)重復(fù)峰值電壓(UDRM)和反向重復(fù)峰值電壓(URRM)中的較小的值選取。 可控硅(SCR)額定電壓應(yīng)該根據(jù)整流輸入電壓的峰值來選擇。同時,要考慮SCR恢復(fù)阻斷時的換向過電壓,操作及
12、事故時的過電壓,應(yīng)該留一定的安全余量。安全余量取2-3倍,可控硅(SCR)的選擇(續(xù)Ⅰ),對于三相橋式整流,可控硅(SCR)額定電壓用下式計算,n 功率開關(guān)元件的串聯(lián)數(shù);KU均壓系數(shù),0.8-0.9,可控硅(SCR)的選擇(續(xù)Ⅰ),二、可控硅(SCR)額定電流IFAV是指SCR允許通過的最大通態(tài)電流(工頻半波平均值)。 決定SCR電流大小的是SCR的管芯溫度,因此最還從SCR的管芯溫度來校核額定電流最為合適,但非常復(fù)雜,
13、不實用。 工程上,根據(jù)SCR電流的有效值來選擇SCR的額定電流,同時考慮1.5-2倍的安全裕量。,可控硅(SCR)的選擇(續(xù)Ⅱ),直流電機(jī)電樞電感量的計算,C---補(bǔ)償系數(shù),有電樞反應(yīng)補(bǔ)償為0.1,無補(bǔ)償為0.4,平波電抗器電感量計算,U2變壓器二次側(cè)電壓有效值;Idmin整流橋的輸出最小電流,對于三相整流橋,直流回路總電感量:,平波電抗器電感量,三相整流變壓器漏感(LT )計算,電源頻率,I額定電機(jī)額定電流,勵磁回路計
14、算,勵磁電阻 Rf=Uf/If磁場與電樞間的互感 Lm=KE/If其中,KE是以弧度/秒為單位的電勢常數(shù),,電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計,1.確定電流環(huán)的時間常數(shù) 電流環(huán)時間常數(shù)包括整流器的失控時間常數(shù)TS、電機(jī)電磁時間常數(shù)TTEM、電流給定(反饋濾波)時間常數(shù)TOi、電流環(huán)的小時間常數(shù)T∑I、電流反饋系數(shù)β、系統(tǒng)直流回路的總電阻R.,電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)Ⅰ),2.確定電流調(diào)節(jié)器的結(jié)
15、構(gòu) 電流調(diào)節(jié)器(ACR, Automatic Current Regulator)一般按照典型Ⅰ系統(tǒng)設(shè)計,采用PID控制器。當(dāng)然PID就有許多種類,積分分離、微分先行等對不同的對象,PID不同。,電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)Ⅱ),3.確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù),=電機(jī)電磁時間常數(shù)TTEM,按照電流調(diào)節(jié)器超調(diào)量的要求,由典型系統(tǒng)的相關(guān)表格,查出Ki、電流環(huán)的小時間常數(shù)T∑I,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計,1.確定轉(zhuǎn)速環(huán)的時間常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)的時間常數(shù)包括電流
16、環(huán)等效時間常數(shù)2T∑i、轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T∑n、轉(zhuǎn)速給定(反饋濾波)時間常數(shù)Ton、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α. 轉(zhuǎn)速給定(反饋濾波)時間常數(shù)Ton取0.1.,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)Ⅰ),2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 按照工程實際,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR,Automatic Speed Regulator)按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計。 其傳遞函數(shù),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)Ⅱ),3.確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)參數(shù),h一般取h=5,計算轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)K
17、N、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)Kn,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)Ⅲ),注:上面的 ACR 、 ASR選定以后,一定要代入計算超調(diào)量進(jìn)行校核?。。。。。。。?!,電氣工程綜合設(shè)計的參考課題,二、可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計電機(jī)參數(shù)與課程設(shè)計一同;采用邏輯無環(huán)流或錯位無環(huán)流進(jìn)行設(shè)計(參考上海大學(xué),陳伯時,電力拖動控制系統(tǒng)),電氣工程綜合設(shè)計的參考課題,三、三相交流異步鼠籠電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計采用AD-DC-AC;AC/DCDC/ACLink電路設(shè)計、緩沖
18、電路設(shè)計開關(guān)器件:SCR、GTR 、 IGBT 、 MOSFET,三相交流異步鼠籠電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(續(xù)),保護(hù)電路設(shè)計,電流(變化)、電壓(變化)采樣、隔離、放大主控制器采用單片機(jī)、工控機(jī),三相交流異步鼠籠電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(續(xù)),三相交流鼠籠異步電動機(jī)參數(shù) 四極,額定電壓380(V),額定電流3.75(A),額定功率2.2(kW),額定轉(zhuǎn)速1485(rpm),額定功率因數(shù)0.85,折算到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J=0.
19、19(kg*m*m),折算到定子側(cè)的定子電阻0.435(Ω),折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻(Ω),定、轉(zhuǎn)子間的互感為0.002(mH),定子繞組自感0.002( mH ),定子自感0.002( mH )。,手機(jī)充電電源的設(shè)計,四、手機(jī)充電器的設(shè)計提出手機(jī)充電器的性能參數(shù);具有恒流功能不得采用降壓變壓器可以采用CPU、單片機(jī)電源性能指標(biāo)符合國家相關(guān)要求,太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計,五、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計太陽能發(fā)電輸出在30∽80(V),
20、可變直流電壓,要求可以對用戶單獨供電,可以并網(wǎng)運行。并網(wǎng)電源:220(V)50(Hz),智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計,六、智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計實驗室能夠提供的條件:水箱系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)控制系統(tǒng)PLC常用接觸器、繼電器,電氣工程綜合設(shè)計的評分標(biāo)準(zhǔn),課程設(shè)計成績由三部分組成實驗成績仿真成績課程設(shè)計報告,實驗成績(30分),考勤 10分獨立工作能力,工作主動性 10實驗報告 10分,仿真成績(30分),考勤
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