目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"述論 2\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 2\o"CurrentDocument"2.1任務(wù)和要求： 22.1.1原始參數(shù)(選擇C組) 2-?1?-?”:/：???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????—W基本要求 3\o"CurrentDocument"可逆系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"3.1主回路方案 3\o"CurrentDocument"3.2控制回路方案 4\o"CurrentDocument"4參數(shù)設(shè)計(jì) 5?1 ‘yI■???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5.1.1 jI￥，］ ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4?1?1 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6\o"CurrentDocument"4.1.3, 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 64.1.4? 枚驗(yàn)近彳以條件 6\o"CurrentDocument"4.\.5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 7\o"CurrentDocument"4.2速度調(diào)節(jié)器(ASR)設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"5主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇 9\o"CurrentDocument"6 MATLAB仿真 9\o"CurrentDocument"感想 10參考文獻(xiàn) 111.述論采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉壞調(diào)速可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求很高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這主要是因?yàn)樵陂]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)矩。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者串級(jí)連接。如下圖設(shè)計(jì)任務(wù)和要求2.1任務(wù)和要求：2丄1原始參數(shù)（選擇C組）直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe=145KW,額定電壓Ue=220V,額定電流Ie=733A,磁極對(duì)數(shù)P=2,ne=430r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=0.0015Q,^電路總電阻R=0.036Q,瓦=41.5,電磁時(shí)間常數(shù)Tl=O0734s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.0926s,濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Tol=0.01s,過(guò)載倍數(shù)九=1.2,電流給定最大值速度給定最大值U：=10V2?1?2?主要任務(wù)（一） 系統(tǒng)各壞節(jié)選型1、 主回路方案確定。2、 控制回路選擇：給定器、調(diào)節(jié)放人器、觸發(fā)器、穩(wěn)壓電源、電流截止壞節(jié)，調(diào)節(jié)器鎖零電路、電流、電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)、同步變壓器接線方式（須對(duì)以上環(huán)節(jié)畫出線路圖，說(shuō)明其原理）。（二） 主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇1、 整流變壓器計(jì)算：變壓器原副方電壓、電流、容量以及聯(lián)接組別選擇。2、 晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計(jì)算及定額選擇。3、 系統(tǒng)各主要保護(hù)壞節(jié)的設(shè)計(jì)：快速熔斷器計(jì)算選擇、阻容保護(hù)計(jì)算選擇計(jì)算。4、 平波電抗器選擇計(jì)算。（三） 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算1、 電流調(diào)節(jié)器ACR中計(jì)算Ci、Rio2、 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中計(jì)算Cn、Rn。3、 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算。（四） 畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖（使用A4圖紙，計(jì)算機(jī)畫圖）。2?1?3?基本要求1、 使學(xué)生進(jìn)一步熟悉和掌握單、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理，了解工程設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。2、 熟練掌握主電路結(jié)構(gòu)選擇方法，主電路元器件的選型計(jì)算方法。3、 熟練掌握過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)方式的配置及其整定計(jì)算。4、 掌握觸發(fā)電路的選型、設(shè)計(jì)方法。5、 掌握同步電壓相位的選擇方法。6、 掌握速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的典型設(shè)計(jì)方法。7、 掌握電氣系統(tǒng)線路圖繪制方法。8、 掌握撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告的方法?？赡嫦到y(tǒng)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3-1主回路方案考慮到在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合中，直流調(diào)速系統(tǒng)一般使用三相交流電，故在本設(shè)計(jì)中采用了三相交流電來(lái)為直流調(diào)速系統(tǒng)供電。直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路包括以下幾個(gè)部分：交流電源、變壓器、晶閘管可控整流電路、保護(hù)壞節(jié)、平波電抗器和直流電動(dòng)機(jī)，電氣原理圖如下所示。如圖，電源接入主回路之前先接一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，以保護(hù)主回路，再經(jīng)過(guò)整流變壓器降壓，電源由380V（AC）變?yōu)?20V（AC）,再經(jīng)過(guò)各相一個(gè)快速熔斷器接入晶閘管全橋整流電路，這些熔斷

器主要保護(hù)晶閘管，作為過(guò)電流保護(hù)器件。變壓器一次側(cè)和二次側(cè)過(guò)電流保護(hù)均采用阻容吸收保護(hù)電路。此外，為避免三次諧波對(duì)電源的干擾，整流變壓器采用D/YJ1聯(lián)結(jié)的三相全控橋式接法。形成向負(fù)載供電的回路，其中1個(gè)晶閘管是共陰極組的，形成向負(fù)載供電的回路，其中1個(gè)晶閘管是共陰極組的，1個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同一相的晶閘管。2)6個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖按VDTgTgTgTgTVT&的順序相為、位依次相差60。.共陰極組的脈沖依次差12(r,共陽(yáng)極組也依次差12(r,同一相的上下兩個(gè)橋臂即YT1與VT4,VT3與VT6,燈5與兀脈沖相差18(7。3)整流輸出電壓W一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣。4)在整流電路合閘啟動(dòng)過(guò)程中或電流斷續(xù)時(shí)，為保證電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖。3-2控制回路方案因調(diào)速精度要求高，為獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，故選用轉(zhuǎn)速、電流雙閉壞調(diào)速系統(tǒng)，且兩個(gè)調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，電流反饋進(jìn)行限流保護(hù)，出現(xiàn)故障電流時(shí)由快速熔斷器切斷這電路電源?？刂苹芈返碾姎庠韴D如下所示。在上面的電路原理圖中，由直流電源和電位器RPl組成給定器作為調(diào)速系統(tǒng)的輸入，ASR為轉(zhuǎn)速壞節(jié)，ACR為電流壞節(jié)。TG是測(cè)速發(fā)電機(jī)，用來(lái)把直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)反饋回來(lái)，TA是電流互感器，用來(lái)反饋電流。UPE為電力電子變換器，GT是觸發(fā)裝置。本設(shè)計(jì)采用工程設(shè)計(jì)方法：先確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)定精度。再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。這樣做，就把穩(wěn)，準(zhǔn)，快和抗干擾之間相互交叉的矛盾問(wèn)題分成兩步來(lái)解決，第一步先解決主要矛盾，即動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)定精度，然后再進(jìn)一步滿足其他動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。按照“先內(nèi)壞后外環(huán)”的一般系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，從內(nèi)壞開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。4?系統(tǒng)設(shè)計(jì)4參數(shù)設(shè)計(jì)4.1電流調(diào)節(jié)器（ACR）設(shè)計(jì)4.1.1確定時(shí)間常數(shù)1） 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)1O查《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》（以下簡(jiǎn)稱《運(yùn)控》）10頁(yè)，表1—2,三相橋式電路的平均失控時(shí)間是T=0.0017s2） 電流濾波時(shí)間常數(shù)由己知取A=001s。3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和耳=^+1=0.003750

4-1-2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求q<5%,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流壞控制對(duì)象是雙慣性型的,因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為Wacr(s)=K^s+1)Wacr(s)=K^s+1)檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：玄=°"3*=19.838,參照《運(yùn)控》67頁(yè)表25各項(xiàng)指氐0.0037s標(biāo)正常。4丄3.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：ri=I^=0.0734°電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求crx<5%時(shí)，按表22應(yīng)取KjT^=0.5,因此則，ACR比例系數(shù)為TT ??0晶閘管裝置放人倍數(shù)Ks二于二話=22電流反饋系數(shù)0二旦「二電流反饋系數(shù)0二旦「二21喚8V2x733A=0.0054旳/A^^135.135x0.0734x0.036^^K" 22x0.005464丄4?校驗(yàn)近似條件電流壞截止頻率：％=瓦=135?13*t1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件—=——-——=196Is'1遼3x0.001^滿足近似條件2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化時(shí)對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件J1V0.09265X0.0734SJ1V0.09265X0.0734S=36.389sT〈弘滿足近似條件3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件4-1-5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取調(diào)節(jié)器的輸入電阻為Ko=40kQ，則各電阻和電容為￡=瓦&=2.973x40kQ=ll&92kQ,取120kQ一訂説F“6x2f“61眄取呵ZF

“譽(yù)二冊(cè)"0.2甲取曲按照以上參數(shù)《［耳=0?5,根據(jù)《運(yùn)控》65頁(yè)表2-2,電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能為q=4.3%55%,滿足設(shè)計(jì)要求。4.2速度調(diào)節(jié)器（ASR）設(shè)計(jì)1） 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為cUn-In&220-733x0.0015“ .zA_Aa,7 .zC= = V?niin/r=0.509V?miii/rnN 4302） 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/K［。已知0耳=0.5,則丄=込=2x0.00320.0074;Ki3） 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)I；n=0.0154）轉(zhuǎn)速壞小時(shí)間常數(shù)抵。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，有

Tm=^―+Zn=0.0074;4-0.0Is=0.0174s當(dāng)h=5時(shí)，當(dāng)h=5時(shí)，F(xiàn)h5)由己知得，^=1.2,R=0.036Q,1^=733^1^=4301/niin^u=0.092^,表2-7查得表2-7查得ACniax/q=81.2%，貝ij有Ce=pN/(60a)△】】n—IdNXR/Ce733x0.036a=2x81.2%x(1.2-0)733x0.036a=2x81.2%x(1.2-0)x——x°0174=2.27%<5%430 0.0926滿足設(shè)計(jì)要求6)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)TJ*IO&=亠=——=0.023啦430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rn=h抵=5x0.0174s=0.087s轉(zhuǎn)速壞開(kāi)壞增益為5+15+1即，ASR比例系數(shù)為n(h+l)/?CT 6x0.005x0.136x0.0926 “即，ASR比例系數(shù)為n(h+l)/?CT 6x0.005x0.136x0.0926 “= = =2.622h 2x5x0.023x0.036x0.01747)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取Ro=4OkG,則有%= =2.62x40kQ=1048kQ?取110kQon0.087UOxlO3=￡kon0.087UOxlO3=￡k=F=0.79 ,取08M74x0.0140X103F=1/zF,取1/zF5主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇1、 整流變壓器計(jì)算：變壓器原副方電壓、電流、容量以及聯(lián)接組別選擇。原方電壓220V 副方電壓110V額定一次電流375A 額定二次電流750A容量82500W 聯(lián)接組別D/Y-11相數(shù)32、 晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計(jì)算及定額選擇。晶閘管時(shí)際承受的最大峰值電壓Utm乘以(2飛)倍的安全裕量，故額定電壓選擇5,=血?2=屁2二626.96V故選擇Utm=1000V晶閘管的電流應(yīng)是電機(jī)額定電流的1.5~2借。故額定電流選擇733A*(1.5~2)二1099.5~1466A故選擇1200A3、 系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)：快速熔斷器計(jì)算選擇、阻容保護(hù)計(jì)算選擇計(jì)算。熔斷器額定電流Ir>(1.5~2.5)In=(1.5~2.5)X733=1099.5-1832.5A故選為Ir=1500A額定電壓選為240V4、 平波電抗器選擇計(jì)算。選擇電抗率為6%的電抗器，抑制5次諧波效果好。如果電網(wǎng)原來(lái)3次諧波含量就接近容忍值，選電抗率k為45%的電抗器對(duì)3次諧波放人輕微。6Matlab仿真由sunulink建立模型如卜仿真結(jié)果如下

轉(zhuǎn)速波形如卞:結(jié)果分析：穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)良好，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為430r/min（額定轉(zhuǎn)速），穩(wěn)態(tài)誤差為0.動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：調(diào)節(jié)時(shí)間0.9s但是超調(diào)較大為5.81%,達(dá)到預(yù)期的效果。電流波形如下：7.感想通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我復(fù)習(xí)了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的知識(shí)、電力電子的知識(shí)。并