自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書---轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)整系統(tǒng)

1、<p>　　《自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　題 目：轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)整系統(tǒng)</p><p>　?。ㄔ海?系： 電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓

2、名: </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　起 迄 日 期: </p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(題目號(hào))</p><p><b>　　一．課程

3、設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　晶閘管轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二．課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、</p><p>　　晶閘管三相全控橋式整流電路，其數(shù)據(jù)如下：</p><p>

4、;　　直流電動(dòng)機(jī)電流過(guò)載系數(shù)取*，電樞電阻計(jì)算系數(shù)取**，電機(jī)軸上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量**;</p><p>　　晶閘管觸發(fā)與整流裝置的放大系數(shù) =** ；三相供電線電壓380V，相電壓220V，電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)b=0.95；</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓=10 V；</p><p>　　調(diào)節(jié)器飽和輸出電壓 10 V；</p><p>　　調(diào)速

5、范圍 D=10; </p><p>　　系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：無(wú)靜差，電流超調(diào)量,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p><p><b>　　三．課程設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1. 進(jìn)行晶閘管整流器主電路形式選擇、整流變壓器的選擇(二次電壓、電流、變壓器視在功率)、整流器件的選擇、平波電抗器的選擇、觸發(fā)電路的選擇；<

6、;/p><p>　　2.系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計(jì)與計(jì)算（整流器內(nèi)阻、平均失控時(shí)間、電樞回路總阻、電樞回路總電感、電機(jī)電勢(shì)常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)、電磁時(shí)間常數(shù)、機(jī)電時(shí)間常數(shù)、電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)、</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)、電流反饋系數(shù)）</p><p>　　3．設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器并作性能指標(biāo)校驗(yàn)；</p><p>　　4．設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)

7、節(jié)器并作性能指標(biāo)校驗(yàn)；</p><p>　　5．計(jì)算空載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量；</p><p>　　6. 對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB仿真；</p><p>　　7．繪制系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）。</p><p>　　四 設(shè)計(jì)完成后應(yīng)繳交設(shè)計(jì)說(shuō)明書一分，包括上述設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、計(jì)算過(guò)程、線路圖、結(jié)論及心得體會(huì)。</

8、p><p>　　五 設(shè)計(jì)完成期限：本設(shè)計(jì)任務(wù)書于2012年2月20日發(fā)出，2012年3月9日上交設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)者：</b></p><p><b>　?。夸涰?yè)）</b></p><p>　　以下正文，包括以下內(nèi)容：</p><p><b&

9、gt;　　一.總體方案；</b></p><p>　　二.晶閘管整流器主電路設(shè)計(jì)：進(jìn)行晶閘管整流器主電路形式選擇、整流變壓器的選擇(二次電壓、電流、變壓器視在功率)、整流器件的選擇、平波電抗器的選擇、觸發(fā)電路的選擇；</p><p>　　三.系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計(jì)與計(jì)算（整流器內(nèi)阻、平均失控時(shí)間、電樞回路總阻、電樞回路總電感、電機(jī)電勢(shì)常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)、電磁時(shí)間常數(shù)、機(jī)電時(shí)間常數(shù)、電

10、流反饋濾波時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)、電流反饋系數(shù)）</p><p>　　四．設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器并作性能指標(biāo)校驗(yàn)；</p><p>　　五．設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器并作性能指標(biāo)校驗(yàn)；</p><p>　　六．計(jì)算空載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量；</p><p>　　七. 對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB仿真；</p><

11、p>　　八．繪制系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）；</p><p>　　九.結(jié)論及心得體會(huì)。</p><p>　　晶閘管雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全程序</p><p>　　一．晶閘管整流器設(shè)計(jì)</p><p>　　進(jìn)行主電路形式選擇：</p><p>　　整流器主電路聯(lián)結(jié)形式的確定：整流器主電路聯(lián)結(jié)形式

12、多種多樣，選擇時(shí)應(yīng)考慮以下情況：</p><p>　?。?）.可供使用的電網(wǎng)電源相數(shù)及容量；（2）.傳動(dòng)裝置的功率；</p><p>　?。?）.允許電壓和電流脈動(dòng)率；（4）. 傳動(dòng)裝置是否要求可逆運(yùn)行，是否要求回饋制動(dòng)；</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)已規(guī)定采用晶閘管三相全控橋式整流電路，具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　三相全控橋式計(jì)算

13、系數(shù)</p><p>　　2整流變壓器的選擇：</p><p>　　整流變壓器一次側(cè)接交流電網(wǎng)，二次側(cè)連接整流裝置。整流變壓器的選擇主要內(nèi)容有連接方式、額定電壓、額定電流、容量等。</p><p>　　（1）整流變壓器的作用和特點(diǎn)</p><p>　　整流變壓器的作用：變換整流器的輸入電壓等級(jí)。由于要求整流器輸出直流電壓一定，若整流橋路的交流

14、輸入電壓太高，則晶閘管運(yùn)行時(shí)的觸發(fā)延遲角需要較大；若整流器輸入電壓太低，則可能在觸發(fā)延遲角最小時(shí)仍不能達(dá)到負(fù)載要求的電壓額定值。所以，通常采用整流變壓器變換整流器的輸入電壓等級(jí)，以得到合適的二次電壓。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與整流裝置的電氣隔離，改善電源電壓波形，減少整流裝置的諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾。</p><p>　　2）整流變壓器的特點(diǎn)：由于整流器的各橋臂在一周期內(nèi)輪流導(dǎo)通，整流變壓器二次繞組電流并非正弦波（近似方波），電流含有

15、直流分量，而一次電流不含直流分量，使整流變壓器視在功率比直流輸出功率大。當(dāng)整流器短路或晶閘管擊穿時(shí)，變壓器中可能流過(guò)很大的短路電流。為此要求變壓器阻抗要大些，以限制短路電流。整流變壓器由于通過(guò)非正弦電流引起較大的漏抗壓降，因此它的直流輸出電壓外特性較軟。整流變壓器二次側(cè)可能產(chǎn)生異常的過(guò)電壓，因此要有很好的絕緣。</p><p>　　3）整流變壓器的聯(lián)結(jié)方式</p><p>　?。?）.整流

16、變壓器二次相電壓的計(jì)算</p><p>　　1）整流變壓器的參數(shù)計(jì)算應(yīng)考慮的因素。由于整流器負(fù)載回路的電感足夠大，故變壓器內(nèi)阻及晶閘管的通態(tài)壓降可忽略不計(jì)，但在整流變壓器的參數(shù)計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮如下因素：</p><p>　　a)最小觸發(fā)延遲角：對(duì)于要求直流輸出電壓保持恒定的整流裝置，應(yīng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償。一般可逆系統(tǒng)的取30°~35°，不可逆系統(tǒng)的取10°~15&

17、#176;。</p><p>　　b)電網(wǎng)電壓波動(dòng)：根據(jù)規(guī)定，電網(wǎng)電壓允許波動(dòng)范圍為+5%~-10%，考慮在電網(wǎng)電壓最低時(shí)，仍能保證最大整流輸出電壓的要求，通常取電壓波動(dòng)系數(shù)b=0.9~1.05。</p><p>　　c)漏抗產(chǎn)生的換相壓降。</p><p>　　d)晶閘管或整流二極管的正向?qū)▔航怠?lt;/p><p>　　2)二次相電壓的計(jì)算

18、</p><p>　　a)用于轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)的整流變壓器</p><p>　　式中 ——變壓器二次相電壓（V）;</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)的額定電壓（V）;</p><p>　　——整流電壓計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　b——電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取b=0.90~1.05；</p><p&g

19、t;　　——晶閘管的最小觸發(fā)延遲角；</p><p>　　——換相電感壓降計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　——變壓器阻抗電壓比，100KVA以下取0.05，容量越大，越大（最大為0.1）;</p><p>　　——變壓器的最大工作電流,它與電動(dòng)機(jī)的最大工作電流相等（A）；</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）。</p>

20、<p>　　——電動(dòng)機(jī)的電樞電阻（）。</p><p>　　b)要求不高的場(chǎng)合，還可以采用簡(jiǎn)便計(jì)算，即</p><p>　　c)當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式整流電路并帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋時(shí)，一般情況下變壓器二次側(cè)采用Y聯(lián)結(jié)，也可按下式估算：</p><p><b>　　對(duì)于不可逆系統(tǒng)：</b></p><p><b&

21、gt;　　對(duì)于可逆系統(tǒng)：</b></p><p>　　(3)二次相電流的計(jì)算</p><p>　　式中 ——二次相電流計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　——整流器額定直流電流（A）。</p><p>　　當(dāng)整流器用于電樞供電時(shí)，一般取。在有環(huán)流系統(tǒng)中，變壓器通常設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的二次繞組，其二次相電流為</p>

22、<p>　　式中——平均環(huán)流，通常。</p><p>　　(4)一次相電流計(jì)算</p><p>　　式中 ——一次相電流計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　——變壓器的電壓比。</p><p>　　考慮變壓器自身的勵(lì)磁電流時(shí)，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)。</p><p>　　(5)變壓器的容量計(jì)算</p&g

23、t;<p><b>　　一次容量：</b></p><p><b>　　二次容量：</b></p><p><b>　　平均總?cè)萘浚?</b></p><p>　　式中 、——變壓器一次、二次繞組相數(shù)，對(duì)于三相全控橋；</p><p>　　——一次相電流計(jì)算系

24、數(shù)；</p><p>　　——整流器空載電壓（V）;</p><p>　　——二次相電流計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　——整流電壓計(jì)算系數(shù)。</p><p>　　3.整流器件的選擇：</p><p>　　晶閘管選擇：晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流的運(yùn)行條件，計(jì)算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號(hào)規(guī)格。在工頻整流裝置中一

25、般選擇KP型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流值。</p><p>　　額定電壓選擇應(yīng)考慮下列因素：</p><p>　　分析電路運(yùn)行時(shí)晶閘管可能承受的最大電壓值。</p><p>　　考慮實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的裕量。通?？煽紤]2~3倍的安全裕量。即</p><p>　　式中 ——晶閘管可能承受的最大電壓值（V）.</p&

26、gt;<p>　　當(dāng)整流器的輸入電壓和整流器的連接方式已確定后，整流器的輸入電壓和晶閘管可能承受的最大電壓有固定關(guān)系，常采用查計(jì)算系數(shù)表來(lái)選擇計(jì)算，即</p><p>　　式中 ——晶閘管的電壓計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　——整流變壓器二次相電壓（V）。</p><p>　　3)按計(jì)算值換算出晶閘管的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)值。</p><

27、;p>　?。?）額定電流選擇：晶閘管是一種過(guò)載能力較小的元件，選擇額定電流時(shí)，應(yīng)留有足夠的裕量，通常考慮選擇1.5~2倍的安全裕量。</p><p><b>　　1）通用計(jì)算式：</b></p><p>　　式中 ——流過(guò)晶閘管的最大電流有效值（A）。</p><p>　　2）實(shí)際計(jì)算中，常常是負(fù)載的平均電流已知，整流器連接及運(yùn)行方式

28、已經(jīng)確定，即流過(guò)晶閘管的最大電流有效值和負(fù)載平均電流有固定系數(shù)關(guān)系。這樣通過(guò)查對(duì)應(yīng)系數(shù)使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化。當(dāng)整流電路電抗足夠大且整流電流連續(xù)時(shí)，可用下述經(jīng)驗(yàn)公式近似地估算晶閘管額定通態(tài)平均電流。</p><p>　　式中 ——晶閘管電流計(jì)算系數(shù)；</p><p>　　——整流器輸出最大平均電流（A）;當(dāng)采用晶閘管作為電樞供電時(shí)，取為電動(dòng)機(jī)工作電流的最大值。</p><p

29、>　　整流二極管計(jì)算與選擇和晶閘管方法相同。</p><p>　　4.平波電抗器的選擇：</p><p>　　平波和均衡電抗器在主回路中的作用及布置</p><p>　　晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動(dòng)的，為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。</p><p>　　在有環(huán)流可逆

30、系統(tǒng)中，環(huán)流不通過(guò)負(fù)載，僅在正反向兩組變流器之間流通，可能造成晶閘管過(guò)流損壞。為此，通常在環(huán)流通路中串入環(huán)流電抗器（稱均衡電抗器），將環(huán)流電流限制在一定的數(shù)值內(nèi)。</p><p>　　電抗器在回路中位置不同，其作用不同。對(duì)于不可逆系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)電樞端串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，使得電動(dòng)機(jī)負(fù)載得到平滑的直流電流，取合適的電感量，能使電動(dòng)機(jī)在正常工作范圍內(nèi)不出現(xiàn)電流斷續(xù)，還能抑制短路電流上升率。</p><

31、;p>　　(1)平波電抗器選擇</p><p>　　電抗器的主要參數(shù)有額定電抗、額定電流、額定電壓降及結(jié)構(gòu)形式等。</p><p>　　計(jì)算各種整流電路中平波電抗器和均衡電抗器電感值時(shí)，應(yīng)根據(jù)電抗器在電路中的作用進(jìn)行選擇計(jì)算。</p><p>　　a)從減少電流脈動(dòng)出發(fā)選擇電抗器。</p><p>　　b)從電流連續(xù)出發(fā)選擇電抗器。&l

32、t;/p><p>　　c)從限制環(huán)流出發(fā)選擇電抗器。</p><p>　　此外，還應(yīng)考慮限制短路電流上升率等。</p><p>　　由于一個(gè)整流電路中，通常包含有電動(dòng)機(jī)電樞電抗、變壓器漏抗和外接電抗器的電抗三個(gè)部分，因此，首先應(yīng)求出電動(dòng)機(jī)電樞（或勵(lì)磁繞組）電感及整流變壓器漏感，再求出需要外接電抗器的電感值。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)電樞電感

33、：mH</p><p>　　式中 ——直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓（V）;</p><p>　　——直流電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）;</p><p>　　——直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm/min）;</p><p>　　P——直流電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；</p><p>　　——計(jì)算系數(shù)。一般無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8~12，快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取

34、6~8，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取5~6。</p><p>　　2）整流變壓器的漏感。整流變壓器折合二次側(cè)的每相漏感： （mH）</p><p>　　式中 ——計(jì)算系數(shù)，三相全橋取3.9，三相半波取6.75；</p><p>　　——整流變壓器短路電壓百分比，一般取0.05~0.1；</p><p>　　——整流變壓器二次相電壓（V）

35、;</p><p>　　——直流電動(dòng)機(jī)額定電流（A）。</p><p>　　3）保證電流連續(xù)所需電抗器的電感值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流 小到一定程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，將使直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。為了使輸出電流在最小負(fù)載電流時(shí)仍能連續(xù)，所需的臨界電感值可用下式計(jì)算：（mH）</p><p>　　式中 ——臨界計(jì)算系數(shù)，單相全控橋取2.87，三相半波1.46，三相

36、全控橋0.693；</p><p>　　——整流變壓器二次相電壓（V）;</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)最小工作電流（A）,一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%~10%。</p><p>　　實(shí)際串聯(lián)的電抗器的電感值</p><p>　　式中 N——系數(shù)，三相橋取2，其余取1。</p><p>　　4）限制電流脈動(dòng)所需電抗器的電

37、感值。由于晶閘管整流裝置</p><p>　　的輸出電壓是脈動(dòng)的，該脈動(dòng)電流可以看成是一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成的。通常負(fù)載需要的是直流分量，而過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加。因此，應(yīng)在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器以限制輸出電流的脈動(dòng)量。將輸出電流的脈動(dòng)量限制在要求的范圍內(nèi)所需要的最小電感量：</p><p><b>　　（mH）</b></p>

38、;<p>　　式中 ——臨界計(jì)算系數(shù)，單相全控橋4.5，三相半波2.25，三相全控橋1.045；</p><p>　　——電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常單相電路取20%，三相電路取5%~10%；</p><p>　　——整流變壓器二次側(cè)相電壓（V）;</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)最小工作電流（A）,取電動(dòng)機(jī) 額定電流的5%~10%。</p>

39、<p>　　實(shí)際串接的電抗器的電感值：</p><p><b>　　(mH)</b></p><p>　　式中 N——系數(shù)，三相橋取2，其余取1。</p><p>　　(2) 均衡電抗器選擇:</p><p>　　限制環(huán)流所需的電抗器的電感值：</p><p><b>　　

40、（mH）</b></p><p>　　式中 ——計(jì)算系數(shù)，單相全控橋2.87，三相半波1.46，三相全控橋0.693；</p><p>　　——環(huán)流平均值（A）;</p><p>　　——整流變壓器二次側(cè)相電壓（V）。</p><p>　　實(shí)際串接的均衡電抗器的電感值：</p><p><b>

41、　　（mH）</b></p><p>　　5.觸發(fā)電路的選擇；</p><p>　　二 .系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計(jì)與計(jì)算</p><p>　　系統(tǒng)的許多參數(shù)，要靠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。具備測(cè)試條件，當(dāng)然很好。這里介紹的則是不具備測(cè)試條件時(shí)，如何進(jìn)行估算的方法。</p><p>　　最低限度須掌握的原始數(shù)據(jù)：實(shí)際上大體為電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)：<

42、/p><p><b>　　2 .派生參數(shù):</b></p><p>　　式中：——每周期換流次數(shù)；</p><p>　　——整流變壓器短路電壓比，在銘牌數(shù)據(jù)標(biāo)有，也可由電工手冊(cè)查，一般約為0.05；</p><p>　　——整流變壓器二次繞組相電壓（V）;</p><p>　　——整流變壓器二次繞組相

43、電流（A）。</p><p>　　式中：——電樞回路總電感量（H）;</p><p>　　——電樞回路總電阻值（）。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　——晶閘管整流器放大系數(shù)；</p><p>　　——晶閘管整流器失控時(shí)間（s），可查表2-2；</p&g

44、t;<p>　　——轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)（s）;</p><p>　　——電流濾波時(shí)間常數(shù)（s）;</p><p>　　——系統(tǒng)最大運(yùn)行速度（r/min）;</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)允許最大電流（A）;</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)允許最大過(guò)載系數(shù)；</p><p>　　——轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值（V）;

45、</p><p>　　——電流給定信號(hào)最大值（V）；</p><p>　　——速度反饋系數(shù)（Vs/min）;</p><p>　　——電流反饋系數(shù)（V/A）;</p><p>　　三 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)思路</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>

46、　　圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) </p><p>　　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) TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器</p><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 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。</p><p>　　兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是

47、帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定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限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系：</p><p>　　上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上， 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U*n決定的； ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流 IdL 決定

48、的；</p><p>　　控制電壓 Uc 的大小則同時(shí)取決于 n 和 Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決于U*n 和 IdL。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) </b></p><p><b>　　電流反饋系數(shù) </b></p><p>　　圖2-22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 </p>

49、;<p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”。即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　?。ㄒ唬╇娏髡{(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：</p><p>　　1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化：簡(jiǎn)化內(nèi)容：（1）忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)

50、影響；（2）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)：</p><p>　?。?）小慣性環(huán)節(jié)近似處理：由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為T∑i = Ts + Toi </p><p><b>　　簡(jiǎn)化的近似條件為 </b></p><p>　　電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖3-19c。 </p>

51、;<p>　　2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖3-19c可以看出，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)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，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。圖3-19c表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用

52、PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 </p><p>　　式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇</p><p>　　則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)

53、構(gòu)圖便成為圖3-20a所示的典型形式，其中 </p><p>　　在一般情況下，希望電流超調(diào)量i < 5%，由表3-1，可選 =0.707，KI Ti =0.5，則</p><p>　　4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　U*i —為電流給定電壓； –Id —為電流負(fù)反饋電壓；</p><p>　　Uc —電力電子變換器的控制電

54、壓。</p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：</p><p>　　1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)：電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖3-20a可知 </p><p>　　忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為 </p><p>

55、<b>　　近似條件</b></p><p>　　式中 cn — 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。</p><p>　　接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 </p><p>　　2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)</

56、b></p><p>　　系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理：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(shí)將給定信號(hào)改成 U*n(s)/，再把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為其和的慣性環(huán)節(jié)，其中</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)

57、靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中（見圖 3-22b），現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)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(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p&g

58、t;　　n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 </p><p>　　這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</b></p><p>　　3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和 n。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式(3-29) </p>

59、<p>　　再由式（3-30） </p><p><b>　　因此 </b></p><p><b>　　式中選</b></p><p>　　4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　圖3-23 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 </p><p>　　U*

60、n —為轉(zhuǎn)速給定電壓， - n —為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，</p><p>　　U*i —調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 </p><p><b>　　(三) 校驗(yàn)</b></p><p><b>　　1.近似條件校驗(yàn)：</b></p><p><b>　　2.性能指標(biāo)校驗(yàn)：</b&