電力傳動課程設計-雙閉環(huán)晶閘管不可逆調速系統(tǒng)

1、<p><b>　　電力傳動課程設計</b></p><p>　　--雙閉環(huán)晶閘管不可逆調速系統(tǒng)</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　班 級：電氣</b></p><p><b>　　學 號：</

2、b></p><p>　　日 期：2014.1.9</p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　　·了解閉環(huán)不可逆直流調速系統(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)不可逆調速系統(tǒng)的調試步驟、方法和參數(shù)的整定</p><

3、;p>　　·研究調節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。</p><p><b>　　二、設計任務和要求</b></p><p>　　1．設計一個雙閉環(huán)晶閘管不可逆調速系統(tǒng)</p><p><b>　　給定參數(shù)：</b></p><p>　?。?）電機參數(shù)：額定電壓220V，額定勵磁電壓22

4、0V，額定電流1.1A</p><p>　　額定轉速1600r/min，額定功率185W</p><p>　?。?）轉速反饋系數(shù)：α=0.004Vmin/r ，β=6V/A</p><p>　　2．動態(tài)特性：電流超調 ；轉速超調</p><p><b>　　靜態(tài)特性：無靜差</b></p><p>

5、;　　圖1 不可逆轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　G:給定器 DZS：零速封鎖器 ASR：速度調節(jié)器 ACR：電流調節(jié)器 GT：觸發(fā)裝置 FBS：速度變換器 FA：過流保護器 FBC：電流變換器 AP1：Ⅰ組脈沖放大器</p><p><b>　　三、測定實驗參數(shù)</b></p><p>　

6、　為研究晶閘管－電動機系統(tǒng)，須首先了解電樞回路的總電阻R、系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)Td與機電時間常數(shù)TM，這些參數(shù)均需通過實驗手段來測定，具體方法如下</p><p>　　1.測定晶閘管直流調速系統(tǒng)主電路總電阻值R </p><p>　　為測出晶閘管整流裝置的電源內阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗電路圖如圖2所示。</p><p>　　圖2伏安比較法實驗線路圖<

7、;/p><p>　　將變阻器R1、R2接入被測系統(tǒng)的主電路，測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。合上S1、S2，調節(jié)給定使輸出直流電壓Ud在30%Ued～70%Ued范圍內，然后調整R2使電樞電流在80%Ied～90%Ied范圍內，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為I1、U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為：</p><p>　　Udo=I1R+U1

8、 </p><p>　　調節(jié)R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關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>　　測量值：U1=101V I1=0.83A ；U2 =116.4V I2=0.3

10、1A </p><p>　　則由上式計算得R=29.6Ω</p><p>　　2.主電路電磁時間常數(shù)Td的測定</p><p>　　采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，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t=Td時，有</p><p>　　圖3

11、電流上升曲線 圖4 測定Td的實驗線路圖</p><p>　　實驗線路如圖4所示。電機不加勵磁，調節(jié)給定使電機電樞電流在50%Ied～90%Ied范圍內。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數(shù)字存儲示波器記錄id=f（t）的波形，在波形圖上測量出當電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(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)機電時間常數(shù)TM的測定</p><p>　　系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算 </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>　　當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當n到達穩(wěn)

13、態(tài)值的63.2%時,所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。</p><p>　　測試時電樞回路中附加電阻應全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲示波器記錄過 渡過程曲線n=f(t)，即可由此確定機電時間常數(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)和測速發(fā)電機特性UTG=f

14、(n)的測定</p><p>　　實驗線路如圖4所示，可不接示波器。電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對應的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)設計</p><p>　　1、電流調節(jié)器的設計</p><p>　　采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調節(jié)器，其原理圖如圖5所示。圖中為電流給定電壓，為電流負反饋電壓

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

17、ms，為了基本濾平波頭，應有（1～2）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s</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>　　（2）選擇電流調節(jié)器結構</p><p>　　根據(jù)設計要求 ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調節(jié)器，其傳遞函

18、數(shù)為：</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能： </p><p>　　（3）計算電流調節(jié)器參數(shù)</p><p>　　電流調節(jié)器超前時間常數(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>　　檢驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件

20、：</p><p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　　（5）計算調節(jié)器電容：</p><p>　　已知調節(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)可以達到的動態(tài)更隨性性能指標為 , 滿足設計要求。</p><p>　　2、轉速調節(jié)器的設計</p><p><b>　　（1）確定時間常數(shù)</b></p><p><b>　　已取，則</b></p><p>　　電流環(huán)等效時間常數(shù) </p><p

22、>　　轉速濾波時間常數(shù)。取=0.01s</p><p>　　轉速環(huán)小時間常數(shù)按小時常數(shù)近似處理，取</p><p><b>　　速度調節(jié)器結構設計</b></p><p>　　采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型轉速調節(jié)器，其原理圖如圖6所示。圖中為轉速給定電壓，為轉速負反饋電壓，調節(jié)器的輸出是電流調節(jié)器的給定電壓 。</p>

23、;<p>　　圖6 PI型轉速調節(jié)器</p><p>　　按設計要求，選用PI調節(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的超前時間常數(shù)為：</p><p><b>　　轉速開環(huán)增益為：</b></p><p><b>　　校驗近似條件</b&

24、gt;</p><p>　　轉速環(huán)截止頻率為: </p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：</p><p>　　，滿足近似條件。

25、 </p><p><b>　　調節(jié)器電容計算</b></p><p>　　已知調節(jié)器電阻=120 k</p><p><b>　　取0.7</b></p><p>　　按退飽和超調量的計算方法計算調速系統(tǒng)空載啟動到額定轉速時的轉速超調量：</p><p>

26、;　?。ㄆ渲?取空載時Z=0, ==1600r/min =1.5）</p><p>　　即，所以滿足設計要求。</p><p><b>　　五、小結</b></p><p>　　突加負載時，電機轉速只是在原轉速1000r/min下小幅度左右晃了下，說明滿足無靜差調速。</p><p><b

27、>　　六、心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設計，使我對不可逆轉速，電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)有了更深入的理解。其中涉及到多方面的知識，主要包括轉速-電流雙閉環(huán)的設計、晶閘管的設計及給定器的設計，涉及到了電力電子、電力拖動、運動控制等多個學科。</p><p>　　雙閉環(huán)系統(tǒng)的核心是電流調節(jié)器和速度調節(jié)器，在確定兩個調節(jié)器的類型、結構和參數(shù)時采用常用的工程設計

28、方法，電流調節(jié)器采用典型Ⅰ型系統(tǒng)，計算其基本參數(shù)后，校驗近似條件，能夠滿足系統(tǒng)的要求，若不能滿足則要從新設計調節(jié)器的類型和結構。轉速調節(jié)器采用典型Ⅱ型系統(tǒng)，和電流調節(jié)器一樣，計算其基本參數(shù)，校驗近似條件，能滿足系統(tǒng)的要求。通過這個環(huán)節(jié)設計，不僅是我對調節(jié)器的參數(shù)計算掌握的更牢固，更加掌握了轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器在系統(tǒng)中所起的作用。</p><p>　　注：本文是江蘇大學電氣學院電氣專業(yè)大四電力傳動課程設計，而實際