转速电流双闭环直流调速系统设计.doc

控制系统综合设计 题 目 直流调速系统的设计 前言前言: 双闭环直流调速系统是运动控制系统的中心和重点内容，是一切调速系统的基础，它 的基本原理、控制规律、设计方法对其它调速系统具有普遍的指导作用。学好双闭环直流 调速系统具有十分重要的意义。 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计的内容包括电机主回路、整流器、转速和电流 反馈回路参数的测定；动态数学模型的建立；电流调节器和转速调节器的设计；各控制单 元设计与调试；电流和转速波形的观察记录，实验结果分析等。 目录目录 前言前言:2 设计要求：设计要求： .4 一、直流电动机的调速系统方案选择一、直流电动机的调速系统方案选择 .4 二、调速系统分析与设计二、调速系统分析与设计 .5 2-1 主电路设计主电路设计.5 2-1-1设计主电路设计主电路.5 2-1-2元器件选择元器件选择.6 2-2 控制电路设计控制电路设计.10 2-2-1控制电路框图设计控制电路框图设计.10 2-2-2控制电路框图中各控制单元的原理图设计控制电路框图中各控制单元的原理图设计.10 1给定器（g） 、零速封锁器（dzs） .11 2速度变换器 fbs、速度调节器 asr、电流调节器 acr12 4触发装置 gt 和脉冲功放电路.15 三、调速系统参数的测定、系统实现与调试三、调速系统参数的测定、系统实现与调试 .16 3-13-1 系统参数的测定系统参数的测定16 3-1-13-1-1 测定晶闸管直流调速系统主电路电阻值测定晶闸管直流调速系统主电路电阻值r、电感值、电感值 l l.16 3-1-23-1-2 测定直流电动机测定直流电动机- -直流发电机直流发电机- -测速发电机组的飞轮惯量测速发电机组的飞轮惯量gd217 3-1-33-1-3 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 t td d17 3-1-43-1-4 测定直流电动机电势常数测定直流电动机电势常数ce和转矩常数和转矩常数 c cm18 3-1-53-1-5 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 t tm.18 3-1-63-1-6 测定晶闸管触发及整流装置特性测定晶闸管触发及整流装置特性ud=f(uct)、测速发电机特性、测速发电机特性utg=f(n)18 3-23-2 调节器参数确定调节器参数确定19 3-2-13-2-1 计算电流反馈系数计算电流反馈系数、转速反馈系数、转速反馈系数19 6v/1000r=0.004v/(r/min), =3.86v/1a=3.86v/a19 3-2-23-2-2 设计电流、转速调节器的参数设计电流、转速调节器的参数19 3-2-3闭环系统性能仿真验证闭环系统性能仿真验证(采用采用matlab) ).22 3-3 系统调试系统调试23 3-3-1单元部件调试单元部件调试.23 3-3-2闭环系统特性测试闭环系统特性测试.24 3-3-33-3-3 系统动态特性观察系统动态特性观察24 小结：小结： .25 主要参考文献主要参考文献： 27 设计要求：设计要求： （1 1）熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构； （2 2）掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法； （3 3）熟悉主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求； （4 4）掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法； （5 5）了解闭环不可逆直流调速系统的原理和组成； （6 6）掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定； （7 7）研究调节器参数对系统动态性能的影响。 一、直流电动机的调速系统方案选择一、直流电动机的调速系统方案选择 由电动机理论知，直流电动机的机械特性方程为 t r cc c u n me e n 2 n 式中 直流电动机的转速（r/min） nn 电动机的额定电压(v)： un r电动机电枢电路总电阻() 电动势常数(vminr)； ce 转矩常数，9.55; cmcmce t电动机电磁转矩(nm)； 电动机磁通(wb)。 由上式可见，实现电动机调速方法有 1)改变电动机电枢电压。 2)改变励磁磁通。 3)改变电枢回路的附加电阻。 改变电动机电枢电压 改变电枢电压所得机械特性是一组平行变化直线。采用此种方法，般在额定转速以 下调速，最低转速取决于电动机低速时的稳定性。它具有调速范围宽、机械特性硬，动态 性能好的特点。在连续改变电枢电压时，能实现无级平滑调速。改变电抠电压调速方式属 于恒转矩调速，通过电压正反向变化，使电动机能平滑地起动和工作在四个象限，而且控 制功率小、效率高。当加上各种调节器便可组成性能、指标较高的调速系统因此在工业 中得到广泛应用。 改变励磁磁通 由于直流电动机在额定磁通下运行时，磁通已接近饱和，降低励磁回路供电电压(电流)讨 减弱磁通实现升速。采用这种方法属于恒功率调速，一般以额定转速为最低转速，最高转 速受电动机换向条件和电枢机械强度的限制，所以调速范围小，需与调压调速方法结合， 以扩大调速范阔。 改变电枢回路的附加电阻 改变电枢回路电阻调速方式属于恒转矩调速，即在电枢回路中串接不同附加电阻，以 调节其转速。由于外接电阻越大，功耗越大，特件越软，稳定性越差，u 为有级调速，在 电气传动控制系统中已很少应用。 综上所述，改变电动机电枢电压的调速方式具有调速范围宽、机械特性硬，动态性能 好的特点，当加上各种调节器便可组成性能、指标较高的调速系统为最优方案，所以选择 改变电动机电枢电压的调速方式。 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最为广泛的直流调速系统。具 有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统， 在拖动领域中发挥着极其重要的作用。本次设计即采用了转速、电流双闭环控制设计直流 调速系统。 二、调速系统分析与设计二、调速系统分析与设计 2-12-1 主电路设计主电路设计 2-1-12-1-1 设计主电路设计主电路 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机发 电机组等组成。在本设计中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定 电压 ug作为触发器的移相控制电压 uct，改变 ug的大小即可改变控制角，从而获得可调 的直流电压和转速，以满足实验要求。 2-1-22-1-2 元器件选择元器件选择 1整流变压器的选择 变 压 器 利 用 率 直流侧脉 动 情 况 元 件 利 用 率 直 流 磁 化 波 形 畸 变 应 用 场 合 三 相 全 控 桥 式好（0.95）较小 （m=6） 较 好 （120 度） 无较小 （0.955） 10200k w 可（不） 逆，应用 范围极广 三 相 半 控 桥 式好（0.95） 较小 （m=6） 较 好 （120 度）无 较小 （0.955） 10200k w 不可逆 晶 闸 管整 流 电 压 器 接 法 换相 电抗 压降 系数 整流 电压 计算 系数 电压 计算 系数 电流 计算 系数 二次 相电 流计 算系 数 一次 相电 流计 算系 数 视在 功率 计算 系数 漏抗 计算 系数 漏抗 折算 系数 电阻 折算 系数 整流 电路 最大 滞后 时间 三相 全控 桥式 0.52.342.450.3670.8160.8161.051.22223.3 三相 半控 桥式 0.52.342.450.3670.8160.8161.051.22026.6 由上两表可知，三相全控桥和三相半控桥性能良好，但三相全控桥应用范围比三相半 控桥广，且三相全控桥整流电路最大滞后时间较小，所以选择三相全控桥作为本设计的整 流变压器。 2晶闸管的选择 1） 额定电压的选择 实际工程中，如果采用三相桥式整流直流电动机调速系统，根据直流电动机的额定电 压，可参考下表选择整流晶闸管额定电压 图图 2 21 1 实验系统原理图实验系统原理图 电动机额定电压 （v） 220440660750 晶闸管额定电压 （v） =800=1200=2300=2800 由于电动机的额定电压是 220v,所以根据上表，晶闸管额定电压选择为=800v 2) 额定电流的选择 实际计算中，常常是负载的平均电流已知，整流器连接及运行方式已经确定，即流经 晶闸管的最大电流有效值和负载平均电流有固定系数关系。这样通过查相对应系数使计算 过程简化。当整流电路电抗足够大且整流电流连续时，可用下述经验公式近似地估算晶闸 管额定通态平均电流 ikiditavtmax)( )25 . 1 ( 式中 晶闸管额定通态平均电流； iavt)( 晶问管电流计算系数： kit 整流器输出最大平均电流(a)；当采用品闸管作为电枢供电时取为 id maxid max 电动机工作电流的最大值。 取0.367，1.16a 则，的值为（0.6380.852）a kitid maxiact)( 3) 晶问管的并联使用 采用同型号的晶闸管并联，可以增大变流装置的输出电流。如果并联元件的正向特性 不一致，就会造成电流分配不均匀，所以，除了选择特性一致的元件外，还应采用均流措 施。 (1)电阻均流法 如图 24 所示为申联电阻均流电路。电阻的数值取元件最大工作电 流时，电阻压降 ua 为整流器元件正向压降的 12 倍为宜，如 50a 的晶闸管取均流电阻为 0.04。由于电阻工耗大，只适应小电流的整流电路。 图 2-2 串流电阻均流电路 (2)电抗均流法 固 25 所不为申联电抗均流电路，其均流原理是利用电抗器上感应 电动势的作用，使管子的电压分配发生变化，原来电流大的管子管压降降下来，电流分配 小的管于的管压降升上去。这样以迫使并联管中电流分配基本一致。 图 2-3 电抗均流电路 并联晶闸管的额定电流计算 kn uk i ip dit avt max )( )25 . 1 ( 晶闸管额定通态平均电流(a)； iavt)( 晶闸管电流计算系数； kit 最大整流电压（v） ； ud max 每个桥臂上晶间管的并联数 np 均流系数，一般取0.80.9 kiki 0.367，2， 220v,则的值为（74.2599）a kitnpud maxiavt)( kp 型晶闸管通态平均电流型晶闸管通态平均电流 系列kp 1 kp 5 kp 10 kp 20 kp 30 kp 50 kp 100 kp 200 kp 300 kp 400 kp 500 kp 600 kp 800 kp 1000 通 态平均 电流/a 15102030501002003004005006008001000 由上表可知，选择晶闸管的型号为 kp100. 3平波电抗器的选择 为了限制整流电流的脉动、保持整流电流连续，通常在交流器的直流输出侧接入带有 气隙的电抗器，称作平波电抗器。 电抗器的主要参数有：额定电抗、额定电流、额定电压降及结构形式等。正确选用电 抗器是保证调速系统可靠工作以及使交流器设备获得合理的经济指标的一个重要因素。由 于个整流电路中，通常包含有电动机电枢电抗、变压器漏抗和外接电抗器的电抗三个部 分，因此，首先应求出电动机电枢(或励磁绕组)及整流变压器的漏感，再求出需要外接电 抗器的电感值。 1）电动机的电感 电动机的电感 ld(mh)可按下式计算，即 10 3 2 in u kl nn n dd p 式中 直流电动机额定电压 un 直流电动机额定电流 in 直流电动机额定转速 nn p直流电动机磁极对数 计算系数。一般无补偿电动机取 812，快速无补偿电动机取 68，有补偿 kd 电动机取 56。 由于直流电机为无补偿电动机， 取 8，则 ld的值为 505.75 kd 2）整流变压器的漏感 整流变压器折合二次侧的每相漏感 lr(mh) 可按下式计算，即 i u ukl n dltt 2 式中 计算因数，三相全桥取 3.9，三相半波取 6.75； kt 整流变压器短路电压百分比，一般取 0.51.0； udl 整流变压器二次相电压； u2 直流电动机额定电流。 in 由于为三相全桥，取 3.9，取 0.5，取 220v，则 ktudlu2 369.83 16 . 1 220 5 . 09 . 3 2 i u ukl n dltt 3) 保证电流连续所需电抗器的电感值 当电动机负载电流小到一定程度时，会出现电流断续的现象，将使直流电动机的机械 特性变软。为了使输出电流在最小负载电流时仍能连续，所需的临界电感值 l 1 可用下式 计算。 i u kl min 2 11 临界计算系数，单相全控桥为 2.87，三相半波为 1.45，三相全控桥为 0.693. k1 整流变压器二次相电压(v)； u2 电动机最小工作电流，取电动机额定电流的 510% imin 实际串联的电抗器的电感值 lp 为 )( 1lllltdp n 式中 n系数，在三相桥路中取 2，其余电路取 1。 由于 取 0.693，取 220v, 取 0.116a,则 k1u2imin =68.9)83.369275.505(31.1314)( 1 lllltdp n 4保护环节的选择 1）过电流保护 过电流是晶闸管电路经常发生的故障，是造成器件损坏的主要原因之一，因此，过电 流保护应当首先考虑。由于晶闸管承受过电流能力比一放电器差得多，故必须在极短的时 间内把电源断开或把电流值降下来。 本次设计采用快速熔断器保护，其电路图如下 图 2-4 快速熔断器保护 快速熔断器是最简单有效的过流保护器件，与普通熔断器相比具有快速熔断的特 性，在通常的发生短路后，熔断时间小于 20ms，能保证在晶闸管损坏之前熔断自身而断升 故障点，避免过电流烧坏管子。 2）直流侧过电压保护 直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻保护，但采用阻容保护容易影响系统的快速 性，并造成 didt 加大。因此，一般只用压敏电阻作过电压保护。 压敏电阻标称电压按下式选择，即1mau 1(1.8 2)1.8 220396madcuuv 本次设计选择标称值 396v 左右的压敏电阻。 3）晶闸管换相过电压保护 为了抑制晶闸管的关断过电压，采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，电路图 如下 图 2-5 换相过电压保护 电容耐压值，通常按加在晶间管两端工作电压峰值的 1.11.5 倍计算。 电阻功率（w）为rp 26 10rmpfcu 式中电源频率(hz)；f 电容值(uf);c 晶闸管工作电压峰值(v)mu 本次设计直流电动机额定电流为 1.1a，故晶闸管的最大电流为 1.1a,电容可以采用电容值 为 0.1uf，电阻值为 100 阻容保护器件。 2-22-2 控制电路设计控制电路设计 2-2-12-2-1 控制电路框图设计控制电路框图设计 2-2-22-2-2 控制电路框图中各控制单元的原理图设计控制电路框图中各控制单元的原理图设计 1给定器（g） 、零速封锁器（dzs） 、给定器（g） 给定器（g）的原理图如下图 22 所示。 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；ap1：i 组脉冲放大器； 图 2-6 双闭环不可逆直流调速系统原理图 如上图可知，电压给定器主要由两个可调电位器 rp1、rp2 及两个钮子开关 sa1、sa2 组成，sa1 为正负极性转换开关，通过调节 rp1、rp2 输出正负电压的大小， （r3、r4 为限流电阻，大小均为 ，作过流保护用）其最大输出电压为12v；sa2 为 输出控制开关。 、零速封锁器（dzs） 零速封锁器（dzs）原理图如下图 23 所示。 如上图所示，零速封锁器由两个具有“山”形继电特性的电平检测器、逻辑门及延时 环节组成，其作用是：当转速给定电压和转速反馈电压为零时（即调速系统在停车状态） ， 封锁各调节器，保证电机不会爬行。 零速封锁器的工作原理：具有下反馈、工作在继电状态下的集成运算放大器 n1 和 n2 组成的两个“山”形电平检测器分别对速度给定信号和反馈信号进行检测，当输入信号为 正值时，通过二极管 vd1 和 vd3 分别进入 n1 和 n2 的反相输入端：当输入信号为负时， 则通过二极管 vd2 和 vd4 分别进入 n1 和 n2 的同相（即正相）输入端。故当输入信号绝 对值大于 0.3v 左右时，运算放大器 n1、n2 输入始终为负值，然后经过二极管 vd9 和 图图 27 电压给定与运行指令原理图电压给定与运行指令原理图 图图 28 零速封锁器原理图零速封锁器原理图 vd10 钳制为-0.7v，作为“0”信号；当输入信号的绝对值小于 0.07v 左右时，则运算放大 器输出正电压作为“1”信号。根据以上特性可得图 24 所示的“山”形继电特性。 零速封锁器的“山”形继电特性如下图 24 所示。 2速度变换器 fbs、速度调节器 asr、电流调节器 acr 、速度变换器（fbs） 速度变换器（fbs）的原理图如下图 25 所示。 在转速反馈的调速系统中速度变换器（fbs）将直流测速发电机的输出电压变换成使 用于控制单元与转速成正比的直流电压作为速度反馈。 使用时，将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端“1”和“2” 。输入电压经 rp2 和 r2 后接至转速表。rp1 为调节电位器，可通过调节其大小可改变速度变换器输出 电压的大小。 、速度调节器（asr） 速度调节器（asr）的原理图如下图 26 所示。 图图 29 零速封锁器的零速封锁器的“山山”形继电特性形继电特性 图图 210 速度变换器速度变换器 速度调节器（asr）由运算放大器、输入和反馈环节及二极管限幅环节组成。其功能 是对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比例、积分和微分等运算，使其输出按某一 规律变化。 如上图可知，二极管 vd3、vd4 和电位器 rp1、rp2 组成正负限幅可调的限幅电路。 c5、r5 组成微分反馈校正环节，有助于抑止振荡，减少超调。r9、c9 组成速度环串联校 正环节。场效应管 vt1 为零速封锁电路，当“a”断为 0v 时，vd5 导通，将调节器反馈 环节短接而封锁；当“a”端为-15v 时，vd5 不通，vt1 夹断，调节器投入工作。rp3 为 放大系数调节电位器，rp4 为调零电位器。 、电流调节器（acr） 电流调节器（acr）原理图如下图 27 所示。 图图 211 速度调节器原理图速度调节器原理图 图图 2-12 电流调节器（电流调节器（acr）原理图）原理图 电流调节器（acr）由运算放大器、二极管限幅器、互补输出、输入阻搞网络及反馈 阻抗网络等环节组成。 如上图所示，其工作原理为二极管 vd4、vd5 和电位器 rp1、rp2 组成正负限幅可调 的限幅电路；c5、r9 组成微分反馈校正环节，有助于抑止振荡，减少超调。r15、c11 组 成电流环串联校正环节。rp3 为放大系数调节电位器，rp4 为调零电位器。c5、c11 的数 值可根据需要由外接电容来改变。 3电流变换器与过流保护器（fbc+fa） 电流变换器与过流保护器（fbc+fa）的原理图如下图 28 所示。 电流变换器与过流保护器（fbc+fa）有两种功能，一是检测电流反馈信号；二是发 出过流信号。 图图 213 电流变换与过流保护原理图电流变换与过流保护原理图 如上图所示，电流变换器（fbc）的输入端 ta1、ta2、ta3 来自电流互感器的输出 端，反映负载电流大小的电压信号经三相桥式整流电路整流后加到 rp1、rp2 及 r1、r2、vd7 组成的 3 条支路上，其中：r2 与 vd7 并联后再与 r1 串联，在其中点取零 电流检测信号；将 rp1 的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由 rp1 进行调节；将 rp2 的可动触点与过流保护电相连，输出过流信号，rp2 可调节过流动作电流的大小。 当主电路电流超过某一数值后，由 rp2 上取得的过流信号电压超过稳压管 vst1 的稳 压值，使三极管 vt1 导通，从而使继电器 k 动作，关闭主电路电源开关，并使发光二极 管 h 发光，提醒气操作者实验装置已过流跳闸。调节 rp2 的动触点，可得到不同数值的过 电流倍数。过电流使 vt2 由导通变为截止，在集电极输出一各高电平到电流调节器 （acr）的输入端，作为推 信号。 4触发装置 gt 和脉冲功放电路 脉冲触发装置采用 tc787 单片集成电路,其内部结构如下图 29 所示： 图图 2 21414 tc787tc787 内部结构图内部结构图 由上图可知，在它们内部集成有三个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三 个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定电路、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及 驱动电路。它们的工作原理可简述为：经滤波后的三相同步电压通过过零和极性检测单元 检测出零点和极性后，作为内部三个恒流源的控制信号。三个恒流源输出的恒值电流给三 个等值电容 ca、cb、cc 恒流充电，形成良好的等斜率锯齿波。锯齿波形成单元输出的锯齿 波与移相控制电压 vr 比较后取得交相点，该交相点经集成电路内部的抗干扰锁定电路锁定， 保证交相唯一而稳定，使交相点以后的锯齿波或移相电压的波动不影响输出。该交相信号 与脉冲发生器输出的脉冲(对 tc787 为调制脉冲，对 tc788 为方波)信号经脉冲形成电路处 理后变为与三相输入同步信号相位对应且与移相电压大小适应的脉冲信号送到脉冲分配及 驱动电路。假设系统未发生过电流、过电压或其它非正常情况，则引脚 5 禁止端的信号无 效，此时脉冲分配电路根据用户在引脚 6 设定的状态完成双脉冲(引脚 6 为高电平)或单脉 冲(引脚 6 为低电平)的分配功能，并经输出驱动电路功率放大后输出，一旦系统发生过电 流、过电压或其它非正常情况，则引脚 5 禁止信号有效，脉冲分配和驱动电路内部的逻辑 电路动作，封锁脉冲输出，确保集成电路的 6 个引脚 12、11、10、9、8、7 输出全为低电 平。 图 11 给出了应用电平匹配网络的应用图。这种使用方法需要加较多辅助元件，图中电 容 c1c3 为隔直耦合电容，而 c4c6 为滤波电容，它与 r1r3 构成滤去同步电压中毛刺 的环节。另一方面，随 rp1rp3 三个电位器的不同调节，可实现 060的移相，从而适 应不同主变压器连接的需要。图 4 中直接将同步变压器的中点接到(1/2)电源电压上，使所 用元件得以简化。 图图 2 21515 简化电平匹配网络的单电源使用法简化电平匹配网络的单电源使用法 三、调速系统参数的测定、系统实现与调试三、调速系统参数的测定、系统实现与调试 3-13-1 系统参数的测定系统参数的测定 3-1-13-1-1 测定晶闸管直流调速系统主电路电阻值测定晶闸管直流调速系统主电路电阻值 r、电感值、电感值 l l i 1(a) u1(v) i2(a)u2(v)计算值 r() 第一组0.90980.5311135.135 第二组0.941020.5211735.714 第三组0.971070.4912333.333 由上表可知，电枢回路总电阻 r34.73 由上表可知，ra=18.640,rl=7.480 i(a)ua(v)ul(v)laldl 第一组0. 2348540.660.751.41 第二组0.2550.256.10.640.711.36 第三组0.2754.861.50.640.721.38 由公式 l=lald za=ua / i zl=ul/i )(2 22 f rzlaaa )(2 22 f rzllld 可求得电枢回路电感 l1.38h 3-1-23-1-2 测定直流电动机测定直流电动机- -直流发电机直流发电机- -测速发电机组的飞轮惯量测速发电机组的飞轮惯量 gd2 增量 (mv) 时间 (ms) ik（a ） ua(v)npk mkdn/dtgd2 第一 组 93610200.19201150036.940.24229.410.39 第二 组 8409900.19183130033.520.25212.120.44 第三 组 7608500.19154110028.010.24223.520.41 数字示波器记录的 n=f（t）曲线如下图所示 由公式 dtdnmgd k375 2 dtdngdmk )( 375 2 riiupkkak 2 求得 =0.41dtdnmgdk/375 2 3-1-33-1-3 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 t td d 实验观察到的电流上升曲线 id=f（t）如下图所示 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 td 第一组第二组第三组平均值 td(ms)50525352 3-1-43-1-4 测定直流电动机电势常数测定直流电动机电势常数 ce和转矩常数和转矩常数 c cm ud2(v)ud1(v)n2(r)n1(r) ce(vmin/r) 测 量 值175140120010000.175 由公式 cm=9.55ce 可求得 cm=1.671(nm/a) 3-1-53-1-5 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 t tm 实验观察到的过渡过程曲线 n= f（t）如下图所示 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 tm 第一组第二组第三组平均值 tm(ms)76757676 3-1-63-1-6 测定晶闸管触发及整流装置特性测定晶闸管触发及整流装置特性 ud=f(uct)、测速发电机特性、测速发电机特性 utg=f(n) ug（v） utg（v） ud（v）n 11.620.61451000 21.823.51651100 32.325.51751200 42.827.41901300 53.031.52151500 根据ks=ud/ug 计算可得 ks=60.32 晶闸管触发及整流装置特性 ud=f(ug) 测速发电机特性 utg=f(n) 3-23-2 调节器参数确定调节器参数确定 3-2-13-2-1 计算电流反馈系数计算电流反馈系数 、转速反馈系数、转速反馈系数 6v/1000r=0.004v/(r/min), =3.86v/1a=3.86v/a 3-2-23-2-2 设计电流、转速调节器的参数设计电流、转速调节器的参数 1.电流调节器设计： 确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数。经查表得三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s。stst 2）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oit 头，应有（12）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s。oitoit 3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取it =+=0.0037s。itstoit 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 i 型系统设计电流调节器。5%i 电流环控制对象是双惯性的，因此可用 pi 型电流调节器，其传递函数为 (1) ( ) ii acr i ks ws s 检查对电源电压的抗扰性能： 0.052 14.05 0.0037i tds ts 计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数：。0.052 id ts 电流环开环增益：要求时，查表可知，应取,因此5%i0.5iikt 1 0.50.5 135.1 0.0037 i i ks t 于是，acr 的比例系数为 135.1 0.056 34.72 1.12 60.32 3.86 ii i s kr k k 校验近似条件 电流环截止频率： 1 135.1 i ci ks （1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件 1 11 196.1 33 0.0017 s tss i c 满足近似条件 （2）忽略反电动势变化对电流环的动态影响的条件 1 11 3348.04 0.0750.052 ml s t tss i c 满足近似条件 （3）电流环小时间常数近似处理条件 1 1111 180.8 330.00170.02 i c soi s ttss 满足近似条件 计算调节器电阻电容 各电阻和电容值如下 ,取 44 0 1.12 4044.8 ii rk rkk k ，取 0.12 3 0.052 0.12 44 10 i i i cf r f ,取 0.18 3 0 44 0.002 0.18 44 10 oi oi t cff r f 图 3-1 含给定滤波与反馈滤波的 pi 型电流调节器 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为i=4.5%5%，满足设计要求。 2转速调节器设计 确定时间常数 4）电流环等效时间常数。由电流调节器设计，已取，则 1 ik 0.5iik