电力传动课程设计报告

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页电力传动课程设计双闭环直流调速系统姓 名： 张 文 超 班 级： 电气 1002 学 号： 3100501042日 期： 2014.1.9 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页一、设计目的了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理掌握双闭环不可逆调速系统的调试步骤、方法和参数的整定研究调节器参数对系统动态性能的影响。二、设计任务和要求1设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统给定参数：（1）电机参数：额定电压 220V，额定励磁电压 220V，额定电流 1.1A额定转速 1600r/min，额定功率 185W（2）转速反馈系数：=0.004Vmin/r ，=6V/A2动态特性：电流超调 ；转速超调%5in静态特性：无静差图 1 不可逆转速、电流双闭环直流调速系统的原理框图G:给定器 DZS：零速封锁器 ASR：速度调节器 ACR：电流调节器GT：触发装置 FBS：速度变换器 FA：过流保护器 FBC：电流变换器 AP1：组脉冲放大器西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页三、测定实验参数为研究晶闸管电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻 R、系统的电磁时间常数 Td与机电时间常数 TM，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下1.测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值 R 为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验电路图如图 2 所示。图 2 伏安比较法实验线路图将变阻器 R1、R 2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上 S1、S 2，调节给定使输出直流电压 Ud在 30%Ued70%U ed范围内，然后调整 R2使电枢电流在 80%Ied90%I ed范围内，读取电流表 A 和电压表 V2的数值为 I1、U 1，则此时整流装置的理想空载电压为：Udo=I1R+U1 调节 R1使之与 R2的电阻值相近，拉开开关 S2，在 Ud的条件下读取电流表、电压表的数值 I2、U 2，则Ud=I2R+U2 求解上面两式，可得电枢回路总电阻: R=（U 2-U1）/（I 1-I2） 测量值：U 1=101V I1=0.83A ；U 2 =116.4V I2=0.31A 则由上式计算得 R=29.6西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页2.主电路电磁时间常数 Td的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数 Td，电枢回路突加给定电压时，电流 id按指数规律上升:其电流变化曲线如图 2 所示。当 t=Td时，有ddIeIi 63.0)1(图 3 电流上升曲线 图 4 测定 Td 的实验线路图实验线路如图 4 所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%Ied90%I ed范围内。然后保持 Ug不变，将给定的 S2拨到接地位置，然后拨动给定 S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录 id=f（t）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的 63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数 Td。由附录 1 作图得 Td=16ms3.系统机电时间常数 TM的测定系统的机电时间常数可由下式计算 )CR)/(375GD2e2M由于 TMTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即S)/(1KUn当电枢突加给定电压时，转速 n 将按指数规律上升，当 n 到达稳态值的63.2%时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储)(Iidt/Td西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页示波器记录过 渡过程曲线 n=f(t)，即可由此确定机电时间常数。由附录 2 作图得 TM=380ms4.晶闸管触发及整流装置特性 Ud=f(Ug)和测速发电机特性 UTG=f(n)的测定实验线路如图 4 所示，可不接示波器。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压 Ug，分别读取对应的 Ug、U TG、U d、n 的数值若干组，即可描绘出特性曲线 Ud=f(Ug)和 UTG =f(n)。 由 Ud=f(Ug)曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线 Ks=f(Ug):Ks =U d/U g Ug（V） Utg（V） n（r/min） Ud（V）2.44 65 100 64.53.7 87.5 200 943.0 110 300 1093.16 124 400 1243.3 133 500 1373.46 143 600 1453.7 158.5 700 1613.94 175 800 1734.2 186 900 1904.48 198 1000 205由 Excel 计算 Ud=f(Ug)斜率得 得：K s =60四、器件模块参数设计1、电流调节器的设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式 PI 型电流调节器，其原理图如图 5 所示。图中为电流给定电压，为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压 。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页图 5 PI 型电流调速器（1） 确定时间常数整流装置滞后时间常数 。按书本表 2-2，三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s电流滤波时间常数 。三相桥式电路每个波头的时间是 3.3ms，为了基本滤平波头，应有（12） =3.33ms，因此取 =2ms=0.002s电流环小时间常数之和 。按小时间常数近似处理，取iT= + =0.0037siT（2）选择电流调节器结构根据设计要求 ，并保证稳态电流无差，可按典型 型系统设计电%5i流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用 PI 型电流调节器，其传递函数为：(1)iACRKsW检查对电源电压的抗扰性能： = =0.432（3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数： 0.16diTs电流环开环增益：取 ，因此.5iIK西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页= = =135.14于是，ACR 的比例系数= =（4）校验近似条件：电流环截止频率： 14.35sKIci晶闸管整流装置传递函数的近似条件： ，满足近似条件11/30.17/96.s ciTs138.47.8. ciMd s检验电流环小时间常数近似处理条件：，满足近似条件1180.30.17.2cisoi sTs（5）计算调节器电容：已知调节器电阻 =13K，则 = = =1.23 ，取 1.2按照上述参数，电流环可以达到的动态更随性性能指标为 ， 满足设计要求4.3i2、转速调节器的设计（1）确定时间常数已取 ，则0.5iIKT电流环等效时间常数 12IKiTs转速滤波时间常数 。取 =0.01sonon转速环小时间常数按小时常数近似处理，取 10.174onnITsK西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页2222163950.174NnhKsT（2） 速度调节器结构设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式 PI 型转速调节器，其原理图如图 6 所示。图中 为转速给定电压， 为转速负反馈电压，调节器的输出是电流nUn调节器的给定电压 。i图 6 PI 型转速调节器按设计要求，选用 PI 调节器，其传递函数为：按跟随和抗扰性能都较好的原则，取 h=5，则 ASR 的超前时间常数为：50.74.8nTs转速开环增益为：（3） 校验近似条件转速环截止频率为: 电流环传递函数简化条件为:(1)nASRKsW113960.8734.5NcnnKs1135.46.730I cni sT西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页dNeIRC满足近似条件。转速环小时间常数近似处理条件为：，满足近似条件。 （4） 调节器电容计算已知调节器电阻 =120KnR取 0.7 F按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载启动到额定转速时的转速超调量：其中 = 取空载时 Z=0, = =1600r/min =1.5n*nN即 ，所以满足设计要求。五、调试在示波器得到电流与转速在突加给定情况下的波形，见附录图六、心得体会为期一周的电力传动课程设计结束了，虽然只有短短的一周，但让我学到了很多东西。电力传动课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们走向社会的一个小实践。通过这次课程设计，我深深体会到实践的重要性。书本上的知识虽然学到了不少，但那只是理论上的，当应用到实际时还是会碰到各种问题，在实践中慢慢地琢磨，慢慢调试，一一解决问题。当我看着自己的设计成果，漫漫回味这一周的设计过程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。通过课程设计，使我深深体会到，耐心，细致是两个极为重要的品质。课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱，11135.48.630I cnonKsT30.87.2512nCFRmax* 1.2960.17432()20.85.%8nnbmTz西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页但是我知