雙閉環(huán)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　第一章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)—主電路設(shè)計(jì)3</p><p>　?。ㄒ唬┺D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)組成3</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖：

2、3</p><p>　?。ㄈ┢骷倪x擇及參數(shù)的計(jì)算4</p><p>　　1.3.1可控整流變壓器的選擇及計(jì)算4</p><p>　　1.3.2晶閘管選擇及計(jì)算4</p><p>　　1.3.3晶閘管的保護(hù)：5</p><p>　　1.3.4平波電抗器的選擇及計(jì)算5</p><p>

3、　　1.3.5快速熔斷器選擇及計(jì)算6</p><p>　　1.3.6自鎖電路6</p><p>　　1.3.7調(diào)節(jié)器的選擇及計(jì)算7</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：7</p><p>　　第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)——調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)7</p><p>　?。ㄒ唬╇娏髡{(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)7</

4、p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　（三）反號(hào)器9</b></p><p>　　第三章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)——原理簡(jiǎn)述9</p><p>　?。ㄒ唬┯|發(fā)電路原理9</p><p>　　第四章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)——反饋、保護(hù)及其他電路10&l

5、t;/p><p>　?。ㄒ唬?轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)FBS10</p><p>　?。ǘ╇娏鞣答伃h(huán)節(jié)及過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)11</p><p>　?。ㄈ┝闼俜怄i器DZS11</p><p>　?。ㄋ模?過(guò)電壓保護(hù)和TA互感器11</p><p>　?。ㄎ澹?給定器12</p><p>　　（六）穩(wěn)壓電源

6、12</p><p>　　第五章 調(diào)試并驗(yàn)證雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)性能12</p><p>　?。ㄒ唬┱{(diào)試雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)性能12</p><p><b>　　總結(jié)：15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：16</b></p><p><b>

7、;　　摘要</b></p><p>　　本文所論述的是“轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)述單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)與研究”。主電路設(shè)計(jì)是依據(jù)晶閘管-電動(dòng)機(jī)（V—M）系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)由整流變壓器TR、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器L和電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。整流變壓器TR和晶閘管整流調(diào)速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電；平波電抗器L的功能是使輸出的直流電流更平滑；電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組提供三相交

8、流電源。</p><p>　　關(guān)鍵詞：主電路 整流變壓器 晶閘管整流調(diào)速裝置 平波電抗器 </p><p>　　第一章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)—主電路設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬┺D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)組成</p><p>　　圖1-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　

9、ASR---轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR---電流調(diào)節(jié)器 TG---測(cè)速發(fā)電機(jī)</p><p>　　TA---電流互感器 UPE---電力電子變換器 Un*---轉(zhuǎn)速給定電壓</p><p>　　Un---轉(zhuǎn)速反饋電壓Ui*---電流給定電壓Ui---電流反饋電壓</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別

10、引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套連接，如圖所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱(chēng)作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　（二）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖：</p><p>　　圖1-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p>

11、<p>　　為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如上圖所示。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定后了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制電壓

12、Ucm 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。</p><p>　　（三）器件的選擇及參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　1.3.1可控整流變壓器的選擇及計(jì)算</p><p>　　作為整流裝置電源用的變壓器稱(chēng)為整流變壓器。</p><p>　　一般的變壓器有整流跟變壓兩項(xiàng)功能,其中整流是把交流變直流。整流的過(guò)程中,采用三相橋式全控整流電路。&

13、lt;/p><p>　　三相橋式全控整流電路原理圖如下：</p><p>　　圖1-3 三相橋式全控整流電路原理圖</p><p>　　可控整流的原理：當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間承正向電壓并且門(mén)極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門(mén)極的觸發(fā)信號(hào)晶閘管依然維持導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間承受反向電壓并且門(mén)極不管加不加觸發(fā)信號(hào)晶閘管關(guān)斷。</p><p>

14、;　　可控整流變壓器的參數(shù)計(jì)算：（參考課程設(shè)計(jì)一數(shù)據(jù)）</p><p>　　選擇一臺(tái)主變壓器計(jì)算如下：</p><p>　　一次繞組為0.22KV 二次繞組為0.232KV</p><p>　　由直流發(fā)電機(jī)額定數(shù)據(jù)得：PN=0.185KW</p><p>　　P30=PN=0.185KW</p><p>　　查附錄表1

15、得實(shí)驗(yàn)室小型電熱設(shè)備的cosφ=1.0 tanφ=0</p><p>　　Q30= P30×tanφ=0.185×0=0KV*A</p><p>　　S30= P30×cosφ=0.185×1.0=0.185 KV*A</p><p>　　只裝一臺(tái)主變壓器應(yīng)全部滿足用電設(shè)備總計(jì)算負(fù)荷S30的需要：</p>&l

16、t;p>　　即 ST≈SNT≥S30</p><p>　　選擇SNT=0.2 KV*A</p><p>　　所以所選變壓器的型號(hào)為：S9-0.2/0.38 型。</p><p>　　1.3.2晶閘管選擇及計(jì)算</p><p>　　晶閘管導(dǎo)通的條件：受正向陽(yáng)極電壓，同時(shí)受正向門(mén)極電壓，一旦導(dǎo)通后，門(mén)極信號(hào)去掉后晶閘管仍導(dǎo)通。晶閘管維持導(dǎo)通

17、的條件：繼續(xù)受正向陽(yáng)極電壓，同時(shí)流過(guò)晶閘管的電流大于它的維持電流。晶閘管關(guān)斷條件：必須去掉陽(yáng)極所加的正向電壓，或者給陽(yáng)極施加一反電壓，或者設(shè)法使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。</p><p>　　晶閘管參數(shù)計(jì)算如下：（參考課程設(shè)計(jì)一數(shù)據(jù)）</p><p>　　Ud=Cen+IdR=0.155×1600+1.1×52.3=305.53V</p>

18、<p>　　U2=Ud/2.34=305.53/2.34=130.57V</p><p>　　Id0=Udo/R=305.53/52.3=5.84A</p><p>　　Ivt=Id0/3-1/2=3.37A</p><p>　　Ivt(AV)=Ivt/1.57=2.15A</p><p>　　URM=61/2U2=319.83V

19、</p><p>　　∴可選用的晶閘管為：KP 5-8 型</p><p><b>　　表1.1</b></p><p>　　1.3.3晶閘管的保護(hù)：</p><p>　　晶閘管的保護(hù)電路，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是

20、采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過(guò)允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。 （1）晶閘管的過(guò)流保護(hù) </p><p>　　晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電流的原因可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是由于整流電路內(nèi)部原因；另一類(lèi)則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，另外，如整流變壓器中心點(diǎn)接地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時(shí)，也會(huì)發(fā)生整流橋相對(duì)地短

21、路。 1.對(duì)于第一類(lèi)過(guò)流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流，以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)，可以采用第一種保護(hù)措施，最常見(jiàn)的就是接入快速熔短器的方式。</p><p>　　2、對(duì)于第二類(lèi)過(guò)流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 </p><p>　?。?）晶閘管的過(guò)壓保護(hù) 晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備

22、自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)。 1.過(guò)電壓保護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。2.過(guò)電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　1.3.4平波電抗器的選擇及計(jì)算</p><p>　　平波電抗器：平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有

23、害的，需要由平波電抗器加以抑制。</p><p>　　平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。</p><p>　　對(duì)于三相橋式整流電路：（參考課程設(shè)計(jì)一數(shù)據(jù)）</p><p>　　L=0.693U2/Idmin</p><p>　　又因?yàn)橐话鉏dmin為電動(dòng)機(jī)額定電流的5%~10%，這里去10%。In=1.1A</

24、p><p>　　因此：L=0.693×U2/0.11</p><p>　　Ud=Cen+IdR=0.155×1600+1.1×52.5=305.75V</p><p>　　U2=Ud/2.34=305.75/2.34=123.93V</p><p>　　所以：L=0.693*123.93/0.11=780.76mh&

25、lt;/p><p>　　1.3.5快速熔斷器選擇及計(jì)算</p><p>　　熔斷器作用： 當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若安置了熔斷器，那么，熔斷器就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。</p><p>　　快速熔斷器的額定電流的計(jì)

26、算如下：</p><p>　　ITN=πIT/2 (A) </p><p>　　其中IT為晶閘管的額定通態(tài)平均電流，即為5A。</p><p>　　因此：ITN=7.854A。</p><p>　　快速熔斷器的額定電壓UTN可用下列公式計(jì)算：</p><p>　　UTN≧KUTUVΩ/21/2</p>

27、<p>　　UVΦ=U2=130.662V；</p><p>　　KUT為元件電壓計(jì)算系數(shù),查表得2.45。 </p><p>　　因此：UTN≧226.36V</p><p>　　所以應(yīng)選用的熔斷器為：RT0—100 型。</p><p><b>　　1.3.6自鎖電路</b></p><

28、;p>　　在接觸器的“自鎖”電路，簡(jiǎn)單的兩位按鈕“開(kāi)”和“斷”，接觸器的線圈一個(gè)接頭，根據(jù)線圈的電壓要求，接上一條火線或零線。在按電鈕“開(kāi)”的時(shí)候，由按鈕接通線圈的另一個(gè)接頭，提供了線圈電壓，接觸器吸和。當(dāng)按鈕斷開(kāi)時(shí)，按鈕的這一條火線，通過(guò)接觸器的輔助接點(diǎn)，繼續(xù)為線圈提供電壓，接觸器還可以保持接通狀態(tài)，這就是接觸器的“自鎖”。如果要斷開(kāi)接觸器，就按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)的“停”，接觸器失電，斷開(kāi)了電路。如圖所示：</p><

29、;p>　　圖1-4 自鎖電路原理圖</p><p>　　1.3.7調(diào)節(jié)器的選擇及計(jì)算</p><p>　　系統(tǒng)給定: U*nm=U*im=10V λ=1.5 Idm=λId</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： α= U*nm/nmax=10/1600=0.006V.min/r</p><p>　　電流反饋系數(shù)： β= U*im

30、/Idm=10/1.1×1.5=6.06V/A</p><p>　?。ㄒ唬╇娏髡{(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：</p><p>　　電流環(huán)的傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成：電流環(huán)以跟隨性能為主，即選用典型I系統(tǒng)。 </p><p>　　圖1.5 電流環(huán)等效近似處理后校正成為典型I系統(tǒng)框圖</p><p>　　ACR選用PI型電流調(diào)節(jié)器，傳函如下：</p&

31、gt;<p>　　WACR（S）=Ki（τis +1）/τis</p><p>　　Ki-------電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　τi------電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II系統(tǒng)，系統(tǒng)

32、同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。</p><p>　　圖1-6轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型II系統(tǒng)框圖</p><p>　　ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　WASR（s）= Kn（τns +1）/τns</p><p>　　Kn-------轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>

33、　　τn------轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)——調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬╇娏髡{(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1確定時(shí)間常數(shù) </p><p>　　整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts。</p><p>　　按表1-2，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0

34、.0017s。</p><p>　　電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms,因此取Toi=2ms=0.002s。</p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之T∑i近似處理，取T∑i =Ts+Toi=0.0037s。</p><p>　　電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl</p><

35、p>　　Tl＝L/R＝0.781/52.3＝0.015s</p><p>　　5）電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)Tm由實(shí)驗(yàn)測(cè)得</p><p>　　Tm=40ms＝0.04s</p><p>　　2.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σ≤5％，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，

36、因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為W(s)=Ki(τiS+1)/τiS。</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗干擾性能：</p><p>　　Tl /T∑I =0.015s/0.0037s=4.05,參照書(shū)中表2-3的典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　2.1.3計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　

37、　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：τi=Tl=0.015s。</p><p>　　電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求σi≤5％時(shí),查表得KIT∑i=0.5,因此</p><p>　　KI=0.5/0.0037s=135.1s-1</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為 </p><p>　　Ki=KIτiR/Ksβ=135.1×0.015×

38、;52.3/122.5×6.06＝0.143</p><p>　　2.1.4校驗(yàn)近似條件</p><p>　　電流環(huán)截止頻率：Wci=KI=135.1s-1</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件</p><p>　　1/3Ts=1/3×0.0017s=191.6s-1＞W(wǎng)ci</p><p

39、><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件</p><p>　　3√1/TmTl=3√1/0.04s×0.015s＝122.47s-1＜Wci</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時(shí)

40、間常數(shù)近似處理?xiàng)l件</p><p>　　1/3√1/TsToi=1/3×√1/0.0017×0.002=180.8s-1＞W(wǎng)ci</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　2.1.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　所用運(yùn)算放大器取R0=40kΩ，各電阻和電容值為

41、</p><p>　　Ri=KiR0=0.143×40＝5.72KΩ</p><p>　　Ci=τi/Ri=0.015/5.72=2.62μF</p><p>　　Coi=4Toi/R0=4×0.002/40=0.2μF</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1確定時(shí)

42、間常數(shù)</p><p>　　1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI</p><p>　　已知KIT∑i=0.5，則</p><p>　　1/KI＝2T∑i＝2×0.0037s＝0.0074s</p><p>　　2）轉(zhuǎn)速時(shí)間常數(shù)Ton。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s</p><p>　　3）轉(zhuǎn)速小時(shí)

43、間常數(shù) T∑n。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取</p><p>　　T∑n＝1/KI＋Ton＝0.0174s</p><p>　　2.2.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差,故選用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　W(s)=Ki(τiS+1)/τiS。</p><p>　　2.2.

44、3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　τn=hT∑n=5×0.0174s=0.087s</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益</b></p><p>　　KN=(h+1)/2h2T∑n2=6/2×52

45、5;0.0174=396.4s-2</p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p><p>　　Kn=(h+1)βCeTm/2hαRT∑n=6×6.06×0.155×0.04 / 2×5×0.00625</p><p>　　×52.3× 0.0174=3.96

46、</p><p>　　2.2.4檢驗(yàn)近似條件</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　Wcn=KN/W1=KNτn=396.4×0.087=34.5s-1</p><p>　　1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為</p><p>　　（√KI /T∑i）/3＝（

47、√135.1 /0.0037）/3=63.7s-1＞W(wǎng)cn</p><p>　　2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為</p><p>　?。ā蘇I /Ton）/3=（√135.1 /0.01）/3=38.7s-1＞W(wǎng)cn</p><p>　　2.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　取R0=40kΩ，各電阻和電容值為</p>

48、;<p>　　Rn=KnR0=3.96×40=158.4kΩ</p><p>　　Cn=τn/Rn=0.087 / 158.4×103=5.49×10-3F</p><p>　　Con=4Ton/R0=4×0.01/40×103=1μF</p><p>　　2.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p>

49、<p>　　σn=2(△Cmax / Cb)(λ-Z)(△nN/n*)(T∑n / Tm)=2×81.2%×(1.5-0.5)×</p><p>　　(0.8×52.3/0.155/1600)×0.0174/0.04=11.92%<15%</p><p><b>　　能滿足設(shè)計(jì)要求。 </b><

50、/p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器具有將輸入的給定信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行加,減,比例,積分,違反等一些運(yùn)算的功能,使其輸出量能根據(jù)輸入的信號(hào)按照某種預(yù)定的規(guī)律變化。上圖為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖。</p><p><b>　?。ㄈ┓刺?hào)器</b></p><p>　　圖2-1 反號(hào)器電路圖</p><p>　　反號(hào)器AR由運(yùn)算放大器及有關(guān)電

51、阻組成，如圖2-3所示。用于調(diào)速系統(tǒng)中信號(hào)需要倒相的場(chǎng)合。反號(hào)器的輸入信號(hào)由信號(hào)放大器的反相輸入，故輸出電壓為： Uout =－(RP+R3) / R1</p><p>　　調(diào)解RP的可動(dòng)觸點(diǎn)，可改變RP的數(shù)值，使RP+R3=R1,則Uout=－Uin，輸入與輸出成倒相關(guān)系。</p><p>　　第三章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)——原理簡(jiǎn)述</p><p>&l

52、t;b>　?。ㄒ唬┯|發(fā)電路原理</b></p><p>　　三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽(yáng)極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成的。習(xí)慣上將晶閘管按照其導(dǎo)通順序編號(hào)，共陰極的一組為VT1、VT3和VT5，共陽(yáng)極的一組為VT2、VT4和VT6。</p><p>　　圖4-1　三相橋式電阻性負(fù)載全控整流電路</p><p>　　

53、圖4-2　三相橋式電阻性負(fù)載a=0°時(shí)波形</p><p>　　圖4-3　三相橋式全控整流電路觸發(fā)脈沖</p><p>　　第四章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)——反饋、保護(hù)及其他電路</p><p>　?。ㄒ唬?轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)FBS</p><p>　　(1) 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)主要作用是將測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的電壓進(jìn)行濾波，濾除交流分量并變換為

54、能滿足系統(tǒng)需要的與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的電壓作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，另外還備有轉(zhuǎn)速的檢測(cè)信號(hào)。</p><p>　　圖4-1 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)FBS電路圖</p><p>　　（二）電流反饋環(huán)節(jié)及過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)</p><p>　　(1) 交流互感器測(cè)得晶閘管交流進(jìn)線的電流，以獲得過(guò)電流信號(hào)。圖5－4是過(guò)流保護(hù)電路的電路圖。</p><p>　　圖4-

55、2 過(guò)流保護(hù)電路的電路圖</p><p>　?。ㄈ┝闼俜怄i器DZS</p><p>　　零速封鎖器的作用是當(dāng)系統(tǒng)處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)，即給定電壓為零，同時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也為零時(shí)，將系統(tǒng)中所有調(diào)節(jié)器鎖零，以避免停車(chē)時(shí)，由于各調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)漂移，致使晶閘管整流電路有微量的輸出，從而使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象。 </p><p>　?。ㄋ模?過(guò)電壓保護(hù)和TA互感器</p>

56、<p>　　壓敏電阻RV三角形聯(lián)結(jié)進(jìn)行交流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)，電流互感器TA可取得與主電路電流成正比的電流信號(hào)用于控制系統(tǒng)中。</p><p>　　圖4-3 過(guò)電壓保護(hù)和TA互感器</p><p><b>　　（五） 給定器</b></p><p>　　給定器可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。</p&g

57、t;<p>　　圖4-4 給定器的電路圖</p><p><b>　?。┓€(wěn)壓電源</b></p><p>　　(1) 穩(wěn)壓電源輸出穩(wěn)定的±15V直流電源向所有需要直流電源的各控制單元供電，它由整流、濾波、穩(wěn)壓三個(gè)部分組成。</p><p>　　第五章 調(diào)試并驗(yàn)證雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)性能</p><

58、p>　?。ㄒ唬┱{(diào)試雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)性能</p><p>　　5.1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試選擇</p><p>　　(1)先部件，后系統(tǒng)。即先將各單元的特性調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。</p><p>　　(2)先開(kāi)環(huán)，后閉環(huán)。即使系統(tǒng)能正常開(kāi)環(huán)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)。</p><p>　　(3)先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)

59、。即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)轉(zhuǎn)速外環(huán)。</p><p>　　5.1.2開(kāi)環(huán)外特性的測(cè)定</p><p>　　(1)控制電壓UCt由給定器Ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)所接負(fù)載電阻Rd斷開(kāi)。</p><p>　　(2)使Ug=0，調(diào)節(jié)偏移電壓電位器，使α稍大于90°，合上主電路電源。逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)起動(dòng)，升速，調(diào)節(jié)Ug使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速n0=1500r/mi

60、n，再調(diào)節(jié)負(fù)載電阻Rd,改變負(fù)載,在直流電機(jī)空載至額定負(fù)載范圍,測(cè)取7~8點(diǎn),讀取電機(jī)轉(zhuǎn)速n,電機(jī)電樞電流Id,即可測(cè)出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)外特性n=f(Id) 。</p><p>　　表5—1開(kāi)環(huán)特性n=f(Id)的測(cè)定</p><p>　　注意：，若給定電壓Ug為0時(shí)，電機(jī)緩慢啟動(dòng)，則表明α太小，需后移。</p><p>　　5.1.3單元部件調(diào)試</p>

61、<p>　　ASR調(diào)試：使調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入電壓，調(diào)整正、負(fù)限幅電位器RP1，RP2，是輸出正負(fù)值等于±5V。</p><p>　　ACR調(diào)試：使調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入電壓，調(diào)整正、負(fù)限幅電位器，使脈沖前移α≤30°，使脈沖后移β≤30°，反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最小。</p><p><b>　

62、　5.1.4系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　將Ublf接地，Ublr懸空，即使用一組橋六個(gè)晶閘管。</p><p><b>　　(1)電流環(huán)調(diào)試</b></p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁</b></p><p>　　(a)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，即控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，開(kāi)

63、關(guān)S撥向左邊，主回路接入電阻Rd并調(diào)至最大（Rd由MEL—03的兩只900Ω電阻并聯(lián)）。逐漸增加給定電壓，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個(gè)周期內(nèi)，電壓波形應(yīng)有6個(gè)對(duì)稱(chēng)波頭平滑變化。</p><p>　　(b)增加給定電壓，減小主回路串接電阻Rd，直至Id=1.1Inom，再調(diào)節(jié)MCL—31掛箱上的電流反饋電位器RP，使電流反饋電壓Ui近似等于速度ASR的輸出限幅值（ASR的輸出限幅值為±5V

64、）。</p><p>　　(c)MCL—31的G（給定）輸出電壓Ug接至ACR的“3”端，ACR的輸出“7”端接至Uct，即系統(tǒng)接入已接成PI調(diào)節(jié)的ACR組成電流單閉環(huán)系統(tǒng)。ACR的“9”?！?0”端接MCL—11電容器，可預(yù)置7.5 μF，同時(shí)，反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最小。逐漸增加給定電壓Ug，使之等于ASR輸出限幅值（±5V），觀察主電路是否小于或等于1.1Inom，如Id過(guò)大，則

65、應(yīng)調(diào)整電流反饋電位器，使Ui增加，直至Id〈 1.1Inom；如Id〈 Inom，則可將Rd減小直至切除，此時(shí)應(yīng)增加有限，小于過(guò)電流保護(hù)整定值，這說(shuō)明系統(tǒng)已具有限流保護(hù)功能。測(cè)定并計(jì)算電流反饋系數(shù)。</p><p>　　(2)速度變換器的調(diào)試</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁。</b></p><p>　　(a)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，即給定電壓

66、Ug直接接至Uct，Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1500r/min時(shí)，調(diào)節(jié)FBS（調(diào)速變換器）中速度反饋電位器RP，使速度反饋電壓為=5V左右，計(jì)算速度反饋系數(shù)。</p><p>　　(b)速度反饋極性判斷：系統(tǒng)中接入ASR構(gòu)成轉(zhuǎn)素單閉環(huán)系統(tǒng)，即給定電壓Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。調(diào)節(jié)Ug（Ug為負(fù)電壓），若稍加給定，電機(jī)轉(zhuǎn)速即達(dá)最高速且調(diào)節(jié)Ug不可控，則表明單閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋

67、極性有誤。但若接成轉(zhuǎn)速—電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。</p><p>　　5.1.5系統(tǒng)特性測(cè)試</p><p>　　將ASR，ACR均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。</p><p><b>　　ASR的調(diào)試：</b></p><p>　　(a)反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使

68、放大倍數(shù)最?。?lt;/p><p>　　(b)“5”、“6”端接入MCL—11電容器，預(yù)置5~7.5μF；</p><p>　　(c)調(diào)節(jié)RP1、RP2使輸出限幅值±5V。</p><p>　　(1)機(jī)械特性n=f（Id）的測(cè)定</p><p>　　調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1500r/min，再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd，在空

69、載至額定負(fù)載范圍內(nèi)分別記錄7~8點(diǎn)，可測(cè)出系統(tǒng)靜特性曲線n=f（Id）。</p><p>　　表5—2 系統(tǒng)靜特性曲線n=f（Id）</p><p>　　(2)閉環(huán)控制特性n=f（Ug）的測(cè)定</p><p>　　調(diào)節(jié)Ug和n，即可測(cè)出閉環(huán)控制特性n=f（Ug）。</p><p>　　表5—3 閉環(huán)控制特性n=f（Ug）</p>

70、<p>　　5.1.6系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察</p><p>　　用二蹤慢掃描示波器觀察動(dòng)態(tài)波形，用示波器記錄動(dòng)態(tài)波形。在不同的調(diào)節(jié)器參數(shù)下，觀察，記錄動(dòng)態(tài)波形：</p><p>　　(1)突加給定起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。</p><p>　　(2)突加額定負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。</p><p>　　(3

71、)突加負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。</p><p>　　注：電動(dòng)機(jī)電樞電流波形的觀察可通過(guò)ACR第“1”端</p><p>　　轉(zhuǎn)速波形的觀察可通過(guò)ASR的第“1”端</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為“電流與轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究”，經(jīng)過(guò)調(diào)試證明設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)系統(tǒng)

72、能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)改進(jìn)，與其為單閉環(huán)系統(tǒng)相比：機(jī)械特性偏硬，快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速將小。</p><p>　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)能夠通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)作用減少穩(wěn)態(tài)速降，但是有超調(diào)。為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能更好，該系統(tǒng)采用無(wú)靜差調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器），使系統(tǒng)保證恒速運(yùn)行，以保證滿足更嚴(yán)格的生產(chǎn)要求。</p&g

73、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳伯時(shí)主編。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。第3版機(jī)械工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[2] 王兆安，黃俊主編。電力電子技術(shù)。第4版。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[3] 任彥碩主編。自動(dòng)控制原理。機(jī)械工業(yè)出版社，2006&