雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ACR設(shè)計(jì)(工程整定法)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于工程整定法的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)摘要： （三）、調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)測定1、實(shí)驗(yàn)線路及原理晶閘管調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。在本設(shè)計(jì)中整流裝置的主電路為三相橋式電路?？刂齐娐房芍苯佑山o定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角a，從而獲得可調(diào)的直流電壓，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。本系統(tǒng)的組成原理如圖所示。電樞回路總電阻R包括電機(jī)的電樞電阻Rn、平波電抗器的直流電阻RL及整流裝置的內(nèi)阻Rn，即R=Rn+RL+Rn由于阻值較小，用歐姆表或電橋測量，接觸電阻的影響很大，帶來的誤差也大，所以在本次測量

2、中采用直流伏安法測量電路總電阻。其測量線路如下圖所示。如上圖所示將變阻器R1、R2接入系統(tǒng)主電路中，在我們實(shí)際測試時(shí)是將D42三相可調(diào)電阻并聯(lián)接入系統(tǒng)中。在測試中電動機(jī)不加勵(lì)磁，讓電機(jī)堵轉(zhuǎn)。啟動電源調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓在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V的數(shù)值為I1、U1，然后調(diào)節(jié)三相可調(diào)電阻，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值I2、U2,利用公式R=（U2-U1）/(I1-I2)即可得到電樞回路總電阻。 實(shí)驗(yàn)所的數(shù)據(jù)U1U2I1I211441560.750.3421411490.800.45第一組數(shù)據(jù)計(jì)算電

3、阻第二組數(shù)據(jù)計(jì)算電阻總電阻4、主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td的測定在本測定中采用電流波形測定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓，電流id將按指數(shù)上升id=Id當(dāng)t=Td時(shí)有id=Id=0.632Id在如下實(shí)驗(yàn)線路所示，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)。保持Ug不變，將給定的S2接地，然后拔動給定S2從接地到正電壓信號，并用數(shù)字示波器記錄波形，并利用波形在電流上升至穩(wěn)定的63.2%時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。實(shí)驗(yàn)接線圖如下；通過波形圖得出電磁時(shí)間常數(shù)Td=0.015s5、電動機(jī)電常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的測定在測試過程中將電動機(jī)加額定勵(lì)磁，并

4、使其空載運(yùn)行，改變電樞電壓Ud，測得相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n即可算出Ce，并由Ce算出Cm。 實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)Ud1Ud2n1n21127213985.41500215320110221412由公式 計(jì)算得計(jì)算得所以得總電勢時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的單位為,并且6、系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm測定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由公式求的。由于在系統(tǒng)TmTd，便可以近似的把系統(tǒng)看成一階慣性壞節(jié)，即當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將俺只是規(guī)律上升，當(dāng)n達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63.2%時(shí)，所經(jīng)歷過的時(shí)間即為整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。在本測試中電樞回路中的附加電阻全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字示波器整個(gè)過程曲線，最后由曲線求出機(jī)電時(shí)間常數(shù)。最后由求的

5、機(jī)電時(shí)間常數(shù)為Tm=0.06s7、晶閘管整流裝置放大倍數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)線路如下圖所示，示波器可以不用接，電動機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對應(yīng)的Ug、Utg、Ud、Nde 數(shù)值若干組即可，在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中我們即可讀出Ug和Ud即可求出晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)曲線。 實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)UgUdUgUd10.106981.0614020.237891.1414630.63109101.2715640.71115111.4516850.78120121.6318060.86126131.8919670.92130142.21216由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出晶閘管整流裝置放大倍數(shù)曲線曲線繪制如下：并

6、由曲線得放大倍數(shù)為Ks70（四）、調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)2、電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個(gè)作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。數(shù)據(jù)計(jì)算一下就可以。這樣變使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)的工作量。4、電路調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（1）調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇第一我們應(yīng)該考慮把電流調(diào)節(jié)器校正成哪一類典型系統(tǒng)。從系

7、統(tǒng)穩(wěn)定要求來看，希望電流無靜差，并得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，如圖所示：在實(shí)際系統(tǒng)中一般采用I型系統(tǒng)就可滿足。再從動態(tài)特性上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，來保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，然而對電網(wǎng)電壓波動的及時(shí)抗擾作用成為次要因素。因此在電流環(huán)應(yīng)該以跟隨性能為主，即如上所說的典型I型系統(tǒng)。上圖表明電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成I型系統(tǒng)，應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成如下形式：在式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例參數(shù)； i電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)；為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對消，選擇i=則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為下圖所示的典型形式，其中現(xiàn)將上述假定

8、條件歸納如下 ，以便設(shè)計(jì)時(shí)校驗(yàn)（1）電力電子變換純滯后的近似處理（2）忽略反電動勢對電流的動態(tài)影響（3）電流環(huán)小慣性群的近似處理5、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算由式可以看出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是Ki和i，其中i已經(jīng)選定，只有比例系數(shù)Ki，可根據(jù)所需要的動態(tài)性能指標(biāo)選定 ，由于在設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量所以可選則有下式由上兩式根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的跟隨性能指標(biāo)要求的不同，進(jìn)行相應(yīng)的改變，若對電流環(huán)的抗擾性能也有具體要求的，還得再校驗(yàn)抗擾性能指標(biāo)是否滿足。6、電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器的電路原理圖如下圖所示，圖中為電流給定電壓，為電流反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓Uc。

9、根據(jù)放大電路原理圖可以很容易的算出 根據(jù)上三個(gè)式子計(jì)算出電流調(diào)節(jié)器的電路具體參數(shù)。7、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算過程（1）確定時(shí)間常數(shù) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts，根據(jù)三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。 電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭有（1-2）=3.33ms，在此取=2ms=0.002s 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。安小時(shí)間常數(shù)近似處理，=Ts+Toi=0.0037s。 系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)由上實(shí)驗(yàn)測得Tm= 同時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)也由上求得=Td= 電流反饋系數(shù)（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電

10、流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器。（3）參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：=0.01s電流環(huán)開環(huán)增益：并要求，取=0.5，因此于是，ACR的比例系數(shù)為（4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率： 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器電阻和電容由調(diào)節(jié)器電路圖得，按所使用運(yùn)算放大器取Ro=40k，各電阻和電容為(五)、系統(tǒng)調(diào)試1、雙閉環(huán)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速電路原理圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2、系統(tǒng)調(diào)試原則（1）先部件，后系統(tǒng)。即將各個(gè)單元

11、的特性調(diào)好，然后才組成系統(tǒng)。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)。即使系統(tǒng)在開環(huán)在正常運(yùn)行，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋時(shí)組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)。即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)試轉(zhuǎn)速外環(huán)。（4）先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動態(tài)指標(biāo)。3、移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定直接將DJK04給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，“正橋三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定到零。按下啟動按鈕，給定電壓Ug由零調(diào)大，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值時(shí)Ug時(shí)，Ud的波形會出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時(shí)Ud反而會隨Ug的增大而減少。實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)Ug、并觀察Ud的變化，當(dāng)Ud變

12、化到最大值是并下降時(shí)刻記錄下Ug的值。如下表所示：Ug7.78Uctmax=0.9Ug7.0024、調(diào)節(jié)器調(diào)零如下圖所示，將電流調(diào)節(jié)器的所有輸入接地，將R1電阻接13k阻值。電容短路，使電流調(diào)節(jié)器成為比例調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，并用萬用表的豪伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“11”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc盡可能為零。同理調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)器。5、電流反饋系數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)反饋系數(shù)的整定直接將給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負(fù)載R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，Ud=220V時(shí)減小負(fù)載的阻值，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保

13、護(hù)”上的電流反饋點(diǎn)位器RP1，使得負(fù)載電流Id=1.3A時(shí)，測出“2“端If的電流反饋電壓Uri。反饋系數(shù)=Uri/Id，實(shí)驗(yàn)用萬用表測的Uri=4.99，所以得=4.99/1.30=3.78直接將給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流“電路接直流電動機(jī)負(fù)載，輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，接通勵(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電動機(jī)提速到1500rpm，調(diào)節(jié)速度變換上的RP1，使得該轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn=-6V，實(shí)際用萬用表測得通過調(diào)節(jié)RP1反饋電壓Ufn最多可達(dá)到-5.26，所以得到轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=5.26/1490=0.00356、系統(tǒng)開環(huán)特性測定（1）將DJK

14、02-1控制電壓Uct由Ug給定直接輸入，“三相全控整流”電路接電動機(jī)，Ld用DJK02上的300MH，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R，并且負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。（2）按下啟動按鈕，接通勵(lì)磁電源，然后從零開始逐漸增加“給定”。使電機(jī)啟動升速，調(diào)節(jié)Ug和R使電動機(jī)電流Id=Ied，轉(zhuǎn)速到達(dá)1200rpm。（3）增大負(fù)載電阻R，測開環(huán)外特性n=f（Id）實(shí)驗(yàn)所測數(shù)據(jù)：n（rpm）1199118311511124117510411025Id(A)0.840.880.961.021.131.221.247、系統(tǒng)靜特性測試（1）按照雙閉環(huán)直流調(diào)速電路原理圖接線，DJK04的給定Ug輸出為正電壓，轉(zhuǎn)速反饋為負(fù)電壓，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R，Ld接300mH，負(fù)載電阻放在最大值，給定輸出調(diào)零。將速度調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器都接成P（比例）調(diào)節(jié)器，接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)，按下啟動按鈕，接通勵(lì)磁電源，增加給定，觀察系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)的接線正確后，將“速度調(diào)節(jié)器”“電流調(diào)節(jié)器”恢復(fù)成PI調(diào)節(jié)器，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（3）機(jī)械特性n=f（Id）、發(fā)電機(jī)先空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=1200rpm，然后接入發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻R，逐漸改變負(fù)載，直至Id=Ied，測出系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線n=f（Id），測