VM雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方案個人制作

江西理工高校應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電力拖動綜合課程設(shè)計專業(yè):電氣工程及其自動化班級：電氣082學(xué)號：0806010823７姓名：郭雙設(shè)計題目：Ｖ－Ｍ雙閉環(huán)不行逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計報告格式25分設(shè)計內(nèi)容４5分答辯考勤總計得分封面３頁面布局５名目格式3圖表質(zhì)量4間行距、字體5頁眉頁腳5設(shè)計題目分析５系統(tǒng)掌握方案８設(shè)備計算、選型７電氣原理圖調(diào)節(jié)器參數(shù)整定或程序設(shè)計1０1020主電路５掌握電路５總圖52011年1月-1-第一章緒論直流調(diào)速系統(tǒng)，格外是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切削機(jī)床等很多領(lǐng)域的自動掌握系統(tǒng)中。它通常采納三相全控橋式整流電路對電動機(jī)進(jìn)行供電,從而掌握電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的掌握系統(tǒng)采納模擬元件,如晶體管、各種線性運算電路等,在肯定程度上滿意了生產(chǎn)要求。直流電動機(jī)和溝通電動機(jī)相比，其制造工藝簡潔，生產(chǎn)成本高。維修困難，需備有直流電源才能使用。但因直流電動機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍,平滑的調(diào)速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩,因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場合。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度掌握的電力拖動場合,直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用,高精度金屬切削機(jī)床，大型起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)、城市電車等領(lǐng)域都廣泛采納直流電動機(jī)拖動。格外是晶閘管始終流電動機(jī)拖動系統(tǒng)，、具有自動化程度高、掌握性能好、起動轉(zhuǎn)矩大，易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用.本文主要是依據(jù)三相全波全控整流電路的原理，選擇合適的變壓器、晶閘管、平波電抗器以及晶閘管保護(hù)、觸發(fā)電路，組成整流電路。其次章課程設(shè)計任務(wù)與要求２.１課程設(shè)計簡介某電動拖車，V-M雙閉環(huán)不行逆直流調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)要求：1。該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié),負(fù)載電機(jī)不行逆運行,具有較寬的調(diào)速范圍（D≥1０）,系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。2.系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率ｓ≤0.２)。3。動態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜8%，電流超調(diào)量δi<５%,動態(tài)速降Δn≤８-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間)ts≤1ｓ。4。系統(tǒng)在５％負(fù)載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù)。５。調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動措施。２。2課程設(shè)計基本要求1．依據(jù)題目的技術(shù)要求,分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成,畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。２.調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護(hù)電路等)。3．驅(qū)動掌握電路的選型設(shè)計(模擬觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、數(shù)字觸發(fā)器電路均可）。4．動態(tài)設(shè)計計算：依據(jù)技術(shù)要求，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿意動態(tài)性能指標(biāo)的要求。5．繪制Ｖ－Ｍ雙閉環(huán)直流不行逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計算機(jī)繪圖)。6.整理設(shè)計數(shù)據(jù)資料,課程設(shè)計總結(jié),撰寫設(shè)計計算說明書。技術(shù)數(shù)據(jù):晶閘管整流裝置:Ｒrｅc=0。03２ΩΩ，Ｋs=45—48.負(fù)載電機(jī)額定數(shù)據(jù)：ＰN=9０KW，ＵN＝４40V，IＮ=2２０Ａ,nN=1800ｒ/miｎ，Ｒa＝0．088Ω,λ＝1．5。系統(tǒng)主電路：R∑＝0.12Ω，Tm＝0.1s。第三章掌握系統(tǒng)設(shè)計3。1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖3—1所示，轉(zhuǎn)速調(diào)速器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去掌握電力電子變換器UPE.從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面,稱作內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán),這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。圖3—１調(diào)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采納PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖3—2所示。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們電力電子變換器的掌握電壓Uｃ為正壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖３—２雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖３。2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,考慮雙閉環(huán)掌握的結(jié)構(gòu)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖3—3所示。圖3—3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖3。3系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)"的設(shè)計原則，從內(nèi)環(huán)開頭,逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器,然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié),再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。3.3.１電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計一、電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡在圖3－3點畫線框內(nèi)的電流環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比,它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下,系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)Tl遠(yuǎn)小于機(jī)電時間常數(shù)Tｍ，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢的多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動,在電流的瞬變過程中,可以認(rèn)為電動勢基本不變，即ΔE≈0.這樣，在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響,也就是說，可以暫且把反電動勢的作用去掉,得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)款圖，如圖３－4所示。圖3－4忽視反電動勢的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效的移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號給成Uｉ*（s）/β，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。最后，由于Ts和Tｏi一般都比Tl小得多，可以當(dāng)作小慣性而近似的看作一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為T∑ｉ＝Tｓ+Ｔoi,則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化成圖3－５所示.圖3—５小慣性環(huán)節(jié)近似處理后的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖二、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，盼望電流無靜差,以得到抱負(fù)的堵轉(zhuǎn)特性,由3-5可以看出，采納I型系統(tǒng)就夠了。再從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)部允許電樞電流在突加掌握作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的準(zhǔn)時抗擾作用只是次要的因素。為此,電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型I型系統(tǒng).圖3－5表明,電流環(huán)的掌握對象是雙慣性型的,要校正成典型I型系統(tǒng),顯然應(yīng)采納ＰI型的電流調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)可以寫成ＷＡCR（s）＝則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖３—6所示的典型形式，其中KI＝圖3—6校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖三、電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的模擬式PＩ型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖３—7所示:圖3－7模擬式PＩ型電流調(diào)節(jié)器原理圖四、電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算依據(jù)已知數(shù)據(jù)得電機(jī)額定電流：IN＝PN/Un=９0000/4４0=20４．５４5(A)，電機(jī)電動勢常數(shù)：Ce=(Uｎ—INＲa）/nN=(440－204．５4５ｘ0．08）/1800＝０．2435（V。mｉｎ／r)電樞電流:ＩdN=IN＝204.545（Ａ）主電路總電感：Ｌ＝0.６３9Uｄ／Idmin=（０。６３9*440)／20.45４５＝13.７4５６３mH=0.０１37H（Ｉdmin＝１０％IｄN)１。確定時間常數(shù)1）電磁時間常數(shù)：Tl＝L/Ｒ∑＝0.03141６(Ｓ).２)三相橋式晶閘管整流電路的平均滯后時間Ｔs＝0。00１7s，取電流反饋濾波時間常數(shù)Ｔoi=0．00２s，可得電流環(huán)的小時間常數(shù)為T∑i=Ts－Ｔoi=0。00１7s-0．002ｓ=0。0０３7s。２．選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)依據(jù)設(shè)計要求δi<５%,并保證靜態(tài)電流無差,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器.電流環(huán)掌握對象是雙慣性型的,因此可用PＩ型電流調(diào)節(jié)器。檢查對電源電壓的抗擾性能:Tl／T∑i=0。03１416/0．０037=8。11，參照典型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能,各項指標(biāo)都是可以接受的。3．計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù):τi=Tl＝0。０3ｓ電流環(huán)開環(huán)增益：要求δｉ〈５％時，按表3—1,應(yīng)?。耍蒚∑ｉ=0。５，因此KＩ＝０.5／Ｔ∑i=0.5/0。００37=135。1s-1表3-1典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KＴ０。25０。390。５０0。691.0阻尼比ε1。00.8０.7０７０。60。５超調(diào)量σ0％1.5％4.3％9.５％１6。３%上升時間ｔr∞６．６T4．7Ｔ3．3Ｔ2.4Ｔ峰值時間ｔp∞8．3T6.2Ｔ4.7T3。6T相角穩(wěn)定裕度76．３°69．9°65．５°5９.２°５１。8°截止頻率ωc0.２４3/Ｔ0。367/T0．455/T0.5９6/T０．786/T于是,ACR的比例系數(shù)為Ｋｉ＝(KIτiＲ)/（Kｓβ）＝1。0１３4．校驗近似條件電流環(huán)截止頻率:ωci=ＫI=135。1S—11）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件Ｔs＝1９６。1S—１>ωci，滿意近似條件。2)忽視反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3=４0。8２S-1＜ωci,滿意近似條件。3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件=1８０．８S—１>ωcｉ，滿意近似條件。５．計算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖３－7,按所用運算放大器?。遥埃?０KΩ，各電阻和電容值為Ri＝KｉR０＝4０。52KΩ,?。?ＫΩCi==0．75x１0—6Ｆ，?。?7５μＦＣoi==０.2x1０-6F,取0．2μF依據(jù)上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為σｉ＝４。3％，滿意設(shè)計要求。3.3。2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計一、轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖３－３中的電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速掌握系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-8所示。圖３－8用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成Ｕｎ*（s）/α，再把時間常數(shù)為1/ＫI和Toｎ的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為Ｔ∑n的慣性環(huán)節(jié),其中T∑n=+Tｏn，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡化圖３-9。圖３—9等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié),它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AＳＲ中?，F(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié),所以應(yīng)該設(shè)計成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿意動態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，那是依據(jù)線性系統(tǒng)理論計算的數(shù)據(jù),實際系統(tǒng)中調(diào)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會使超調(diào)量大大降低.由此可見，AＳＲ也應(yīng)該采納PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為WASＲ(s)＝不考慮負(fù)載擾動時，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3－10所示。圖3-1０校正后成為典型Ⅱ系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖三、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的PＩ型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖３-11所示。圖3—11含給定濾波與反饋濾波的PＩ型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器四、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算1．確定時間常數(shù)1)電流環(huán)等效時間常數(shù)１／KI:=2T∑ｉ＝2ｘ0.０0３7ｓ＝０。0074ｓ2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ｔon:依據(jù)所用測速發(fā)動機(jī)紋波情況,取Tｏn＝0．0１Ｓ３）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理,取T∑i=＋Tｏｎ=0.0０74ｓ+０．0１s＝0.0174s２.計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，參考表3－2取ｈ=5，則ＡSR的超前時間常數(shù)為表３－2典型Ⅱ型系統(tǒng)系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)h3456７８９10σ52.6％43.6％3７。6％３３。2%29．8%２7.2%2５．0％23．3％tr/T2.4０2．6５2．853。03。13.2３.33．5ｔｓ/Ｔ1２。1511．65９．５5１0．４５11。3012。２5１3。25１４.2０k322111１１n＝hT∑n=5x0．０174=０.０87s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KＮ＝=39６。4S-２ASＲ的比例系數(shù)為Ｋn==11。73。檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為Wcn＝=34.５s-2電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為=63.7S—1>ωcｎ,滿意簡化條件2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為＝38。7S-1＞ωｃn，滿意近似條件3.計算調(diào)節(jié)器電阻和電容依據(jù)圖3—11，取R0=４0KΩ，則Rｎ=ＫｎR０＝468KΩ，取4７0KΩCn==0。１8５ｘ10-６Ｆ，取0.2μFCｏn==１ｘ10－6Ｆ，取1μＦ第四章心得體會在這次課程設(shè)計中,我學(xué)到了很多東西，也使得我將《電力拖動自動掌握系統(tǒng)》、《電路》等一系列書籍有了更深化的了解。讓我知道怎么將理論與實踐結(jié)合,從其中獲得有用的知識。在時間充裕的學(xué)期末，我們有了更多的時間來完成我們的課程設(shè)計,使我可以花更多時間去討論直流調(diào)速系統(tǒng)方面的知識.能夠?qū)﹄娏髡{(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計有更多的熟識。在這次課程設(shè)計中，我也遇到了很多問題。比如計算出的參數(shù)不滿意要求，但是通過我反復(fù)的查閱資料,反復(fù)的計算數(shù)據(jù),最后問題還是得以解決。遇到有難度的問題,我首先會自己鉆研，或者與同學(xué)商量，最后請教老師.所以，我要感謝和我一起設(shè)計的同學(xué)。是我們的團(tuán)隊合作才使我們課程設(shè)計完成的如此順利。也感謝我們的老師,使他們教給我們有用的知識，我們才能夠有能力完成此