a双闭环控制的直流调速系统

双闭环控制的直流调速系统目录一、课程设计任务简述3二、设计总体方案41双闭环直流调速系统的稳态结构图2简述工作原理三、整流变压器参数选择61变压器容量2过电流，过电压保护元件参数四、触发电路及同步相位选择8五、动态设计91固有特性92双闭环动态结构图113调节器选择121确定时间常数2计算电流调节器参数3选择转速调节器结构4计算转速调节器参数5检验近似条件设计任务简述系统设计要求设计性能指标系统无静差；电流超调量I5；空载起动到额定转速时超调N10已知电机参数PN2400KWUN750VIN3600A25RA0016NN100R/MINIFN897A电机电枢回路总电阻R0028电机电枢回路总电感L198MH电机飞轮惯量604250NM2GD2ACR,ASR调节器限幅值调到为8V,8V一设计步骤及说明书要求1画出双闭环系统结构图，并简要说明工作原理2根据已知的电机参数选择整流管及整流变压器二次侧电压有效值，并根据晶闸管的参数选择过压、过流保护元件3分析触发电路1同步环节2锯齿波形成环节3移相和脉冲输出环节4双脉冲输出环节4设计ASR，ACR并满足性能指标要求二、设计总体方案1系统结构简述调速系统中设置有两调节器,分别调节转速和电流。一个是电流环,一个是转速环。从闭环结构上看，电流环在里面称内环，转速环在外边称外环。两个环配合调节，电流环先调、粗调、快调，转速环后调、细调、慢调，系统的抗干扰能力较强。2双闭环直流调速系统的稳态结构图ASRACRKS1/CERUN_UIUIIDUCUNUD0_IDREN3简述工作原理因在起动过程中转速调节器ASR包括不饱和、饱和、退饱和三种情况，因此整个动态过程可分为三个阶段。第一个阶段是电流上升阶段。突加给定电压U后，经N两个调节器的跟随作用，U、U、I都随之上升，但是在IC0D没有达到负载电流I前，电动机还不能转动。当IIDDLD后,电动机开始起动。由于机电惯性的作用,转速不会很快L增长,因而转速调节器ASR的输入偏差UUU的数值NN仍较大,其输出电压保持限幅值U,强迫电枢电流I迅速IMD上升。直到II,UU,电流调节器很快就压制了I的DMII增长,标志着这一阶段的结束。在这一阶段ASR很快进入并保持饱和状态,而ACR一般不饱和。第二个阶段是恒流升速阶段,是起动过程中的主要阶段。在这个阶段ASR始终是饱和的,转速环相当于开环,系统成为在恒值电流给定U下的电流调节系统,基本上保持电流IMI恒定,因而系统的加速度恒定,转速呈线性增长。与此同D时电动机的反电动势E也按线性增长,对电流调节系统来说,E是一个线性渐增的扰动量。为了克服这个扰动,U和U也0DC必须基本上按线性增长,才能保持I恒定。当ACR采用PID调节器时,要使其输出量按线性增长,其输入偏差电压UUU必须维持一定的恒值,也就是说,I应略低于IIIMID。此外还应指出,为了保证电流环的这种调节作用,在起动D过程中ACR不应饱和。第三个阶段是转速调节阶段。当转速上升到给定值NN时,转速调节器ASR的输入偏差减小到零,但其输出却0由于积分作用还维持在限幅值U,所以电动机仍在加速,使IM转速超调。转速超调后,ASR输入偏差电压变负,使它开始退出饱和状态，U和I很快下降。但是,只要I仍大于负IDD载电流I,转速就继续上升。直到II时，转矩,DLDDLLET则,转速N才达到峰值。此后,电动机开始在负载的阻0TN力下减速,与此相应，,直到稳定。如果调节器参数整DLI定得不够好,也会有一段振荡过程。在最后的转速调节阶段内,ASR和ACR都不饱和,ASR起主导的转速调节作用,而ACR则力图使I尽快地跟随其给定值U,或者说,电流内环DI是一个电流随动子系统。三、根据已知的电机参数选择整流管晶闸管并确定过流，过压保护元件和参数及整流变压器容量KWPN240VUN750AIN3605整流元件额定值1整流变压器二次测电压有效值的确定要比较精确地计算二次相电压必考虑以下因素A最小控制角。对于要求直流输出电压保持恒定或要求电转速MIN恒定的整流装置,需能自动调节进行补偿,这就要求变压器二次电压留有一定的调节裕量,不能以0计算。一般可逆传动系统的IN取3035,不可逆传动系统的取1015,对于电阻MINMIN性负载,可取0INB电网电压波动。根据规定电网允许波动510,考虑在电网电压最底时要求仍能保证最大整流输出电压,故通常取波动系数90C变压器漏抗产生的换相压降DEDLDLRIIUMIXU22半导体变流技术（第2版）莫正康D晶闸管或整流二极管正向导通压降考虑了以上因素以后,变压器二次电压的计算公式为NDLDICUAU2MINAX2COS半导体变流技术（第2版）莫正康式中A理想情况整流电压与二次电压之比0C线路接线方式系数U变压器短路电压比,100KVA以下取U005,容量DLDL越大,U也越大最大为01L变压器二次侧实际工作电流与变压器二次侧额定电NI2流之比过载倍数为了简化计算，可用理想情况时的电压计算值增加15来计算。所以3421502DUU736859（V）2）额定电压23TNUMM623685990256V2323TNUM90286180571270857V取2500VTN3额定电流152IDIKFB半导体变流技术（第2版）莫正康三相桥式电路0367FB2536009000ANDIDFBTIK251152036790001523303495456606A取6000ATI4晶闸管关断过电压阻容保护计算公式FICT31042半导体变流技术（第2版）莫正康310RIT3104F362F1取010R5过流保护在大容量场合一般采取直接快速开关保护，它的动作时间仅2MS。3过流时调节器保护系统中接入电流截止负反馈环节，当电流大于临界截止电流时，将电流反馈信号加到放大器的输入端，保持电流基本不变；当电流小于临界截止电流时，将电流反馈切断，电流自由随负载增减。2失磁保护电机磁通的过度减少会引起电机超速，即弱磁升速，一般的，在励磁回路加电磁式电流继电器。吸合电流一般整定在08倍的额定励磁电流即7176。整流变压器容量903652NDII573422122AIIDDDKVIUS32108814655734683半导体变流技术（第2版）莫正康四、锯齿波触发电路双闭环直流调速系统采用的是锯齿波触发电路五、动态设计1固有特性（各环传递函数）1电机的传递函数为12STCESWMLM）（电动机电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时因为、都很小，所以，这一项很小可以略去，电机的传递MTL2STLM函数可以近似为一个惯性环节1STCEWM）（电动机电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时2晶闸管触发与整流装置的传递函数为1STKWSS）（电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时3滤波环节的传递函数为A电流环的滤波环节的传递函数为1STWOII电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时B转速环的滤波环节的传递函数为1STWONN电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时上述环节的传递函数组合起来就可组成双闭环调速系统的动态结构图2双闭环调速系统的动态结构图电流环NSSUISUC0SDSIDSIDL1STON1STOI1STOIASRKSACR1STRLSMCE1ONSUES3根据性能指标选择设计调节器（1）电流调节器的设计首先考虑应把电路环校正成哪一类典型系统，从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用I型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗绕作用只是次要的因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I型系统。电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，它的传递函数为SKSWIIACR1电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时电流调节器的比例系数；IK电流调节器的超前时间常数I电磁时间常数为LT0728091SRLTL电路邱关源MIN9246103675RVNIUCENA电机原理及拖动彭鸿才1560924330NEM电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时机电时间常数为MT09841569243750637552SCEMRGD电机原理及拖动彭鸿才转速环反馈系数为MIN10RVNUN电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时电流环反馈系数为0936528AVIUNIM电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时设计要求设计电流调节器,要求电流超调量5I1确定时间常数1整流装置滞后时间常数为STQFS21电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时Q由整流方式所决定的,此处为三相桥式整流Q6所以01675621SQFTS2电流滤波时间常数OI三相桥式电路每个波头的时间是33MS,为了基本滤平波头,应有MSTOI321因此取SI023电流环小时间常数之和为IT0367201670SOISI电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时选择电流调节器结构电流环控制对象是双惯性型的,因此可用PI型电流调节器,电气原理图如下结构图如下1计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数SRLTLI07电流环开环增益要求时，5I50IIK24136701STKII整流与触发环节的放大系数SK75100CDSUK409752824136KSRIII电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时校验近似条件电流环截止频率SKCII12436（A）晶闸管整流装置传递函数的近似条件169051016731STSCI满足近似条件B忽略反电动势变化时对电流环动态影响的条件8635049281307984131LMTCIS1满足题目要求近似条件C电流环小时间常数近似处理条件1398203413021670313STOISCI满足近似条件计算调节器电阻和电容R由运算放大器而定，在此取R040K0KRKII1640FCIII01673取045FFRTCOIOI201430取022转速环设计电气原理图如下1确定时间常数A电流环等效时间常数07343602/15IIITKB转速滤波时间常数TON根据所用测速发电机纹波，取TON001SC转速环小时间常数TNT1/KITON000734001001734SN电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时2选择转速调节器结构按照设计要求选用PI调节器3计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则,取H5,则ASR的超前时间常数为SHTNN0867017345电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时转速开环增益为21392017452/152/1STHKNN电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时ASR的比例系数为570134281052/0984260915/NMNRTHCEHK电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时4检验近似条件转速环截止频率为26340871391/SNKCNNN电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）陈伯时1电流环传递函数简化条件为31CNIISTK1264/满足简化条件2转速环小时间常数近似条件为31CNONISTK187/满足近似条件计算调节器电阻和电容根据选取的运算放大器选KR400RNKNR0K3057CN