電氣工程綜合課程設計

1、電氣工程綜合課程設計,安徽工業(yè)大學 電氣信息學院 自動化系 2011.11.24,主講：黃松清E-mail: sqhuang@ahut.edu.cnMb: 13339059209,電氣工程綜合設計的目的,促進知識(書本)到實際工程的轉化能力的培養(yǎng)；總工程師與工程師，系統(tǒng)與子功能塊之間的關系電子電路、微機原理（已經進行），電氣工程綜合課程設計（即將進行）；,電氣工程綜合設計的目

2、的（續(xù)）,在校學習：知識通過一門門課程學習，現(xiàn)場問題是綜合、復雜的系統(tǒng)，要學會知識綜合能力的培養(yǎng)；要善于應用知識，多知識領域的交叉；培養(yǎng)大家運用知識、綜合知識的能力；學習知識能力的培養(yǎng)；從事實際工程能力；,電氣工程綜合設計的知識架構,電路原理、電工基礎模電/數(shù)電、自動控制理論、過程控制、智能控制；PLC等DP\PA\FA設備，總線（DCS\FCS)技術；計算機原理與應用及計算機控制系統(tǒng)；電力拖動基礎(運動控制系統(tǒng))、電力拖動控

3、制系統(tǒng)；電力電子技術、工廠供、配電系統(tǒng)；系統(tǒng)仿真等,電氣工程綜合設計的任務與要求,控制理論與控制工程（雙控專業(yè)）控制理論控制工程過程控制運動控制1）以速度控制為目的的調速系統(tǒng)；2）以位置控制為目的的伺服系統(tǒng),電氣工程綜合設計的任務與要求,以傳動系統(tǒng)為例，以下幾個方面應該注意：通過傳動系統(tǒng)設計，掌握工程背景的設計問題解決方法；對象：傳動執(zhí)行機構，具體電機，直流電機、交流異步電機、同步電機或相關的控制電機；控制策略，P

4、ID、先進控制策略、智能控制、自適應控制、MAC、MPC、GMPC、反饋控制等；控制手段：DDC、LSI、時序電路、CPU、計算機、PLC、工業(yè)控制計算機等,電氣工程綜合設計的任務與要求（續(xù)）,電機驅動的電源，電力電子技術的應用，四種基本變換電路,電氣工程綜合設計的內容與時間安排,選擇課題主電路設計：主電路的方案、參數(shù)選擇；保護電路：電流、電壓保護；電力電子裝置中緩沖電路（Snubber電路）；控制電路：控制方法（PID參數(shù)選擇

5、等）相關仿真（在工企樓301）實驗驗證（在工企樓101）課程設計報告,電氣工程綜合設計的內容與時間安排（續(xù)）,課題選擇：在進行課程設計前思考，提出方案，有指導老師進行判定是否可行，實驗室是否有條件開出等；電路設計、仿真設計：1～3天；仿真：安排兩個單元時間；硬件實驗：兩個單元時間；實驗總結：分析實驗，寫出課程設計總結報告。,電氣工程綜合設計的內容與時間安排（續(xù)）,硬件實驗：同學相互組合，4～6人一組，接線、測量、調試、記錄

6、協(xié)調配合；仿真：一人一機，根據自身設計的方法，設計仿真程序，進行仿真，分析仿真結果，尤其要檢驗參數(shù)設計是否合理；仿真在 Matlab平臺上進行。,電氣工程綜合設計的內容與時間安排（續(xù)）,課程設計的主要成果應該在課程設計報告中。課程設計報告應該包含以下內容 1.課題內容； 2.設計方案與原理敘述； 3.裝置元、器件選擇； 4.仿真結果與分析。,電氣工程綜合設計的時間安排,第七學期的最后兩周；首先集中

7、講解，分組；分散實驗；,電氣工程綜合設計的相關約束（紀律）,思想上要認真對待，執(zhí)行學校的學籍管理規(guī)定、上課紀律；加強學習主動性，按時實驗，及時上機，完成實驗報告；如果沒有完成，只能隨下一屆，與生產實習一樣,電氣工程綜合設計的相關約束（紀律）（續(xù)）,按時實驗和上機。由于實驗條件限制，大家要在指定的時間段完成實驗和上機，這就要求大家一定要預習，有準備的進行課程設計；實驗和上機結束后，經指導老師同意、檢查實驗與仿真結果后，才能夠離開，

8、否則視為缺席（后果非常嚴重?。。。?電氣工程綜合設計的相關約束（紀律）（續(xù)）,在指定的時間、地點進行指導和答疑；課程設計過程中，要多進行交流、方案的比較，尤其要進行仿真研究；課程報告要寫出心得，獨立完成。,電氣工程綜合設計的參考課題,一、不可逆直流調速系統(tǒng)設計直流它勵電機，額定功率555(kW)，額定電壓750 （V） ，額定電流760 （A） ，額定轉速375（rpm） ，過載系數(shù)1.5 ，電樞電阻0.14 （Ω ） ，直流回路

9、總電阻（包括限流電抗器） 0.14 （Ω ） ，電機及負載折算到電機軸上的綜合轉動慣量J,不可逆直流調速系統(tǒng)設計（續(xù)）,轉動慣量J,勵磁電壓220（V），額定勵磁電流33.1（A），供電電源3相50（Hz）3000（V），有效值。,不可逆直流調速系統(tǒng)設計（續(xù)）,調速系統(tǒng)設計指標穩(wěn)態(tài)無靜差；電流調節(jié)器超調量不大于5%；轉速調節(jié)器超調量不大于10%；,整流變壓器的設計,整流變壓器的參數(shù)一次側電壓U1、電流I1、二次側的電壓U2、電流I

10、2、變壓器的視在功率（容量）S。為了減少整流對電網的影響，整流變壓器一般采用Δ/Y、 Δ/Δ接線，具體的鐘點數(shù)，根據具體情況決定。,整流變壓器的設計（續(xù)Ⅰ）,一、整流變壓器電壓計算 整流變壓器的一次側電壓受電網電壓的限制，不需要計算。二次側電壓(U2）可以根據下面的公式計算：,整流變壓器的設計（續(xù)Ⅱ）,二、整流變壓器的電流選擇 對于三相橋式整流：,整流變壓器的設計（續(xù)Ⅲ）,整流變壓器的視在功率(S),交流側進線

11、電抗器的設計,直接用交流電源，不用變壓器，則為了抑制SCR導通時的di/dt、限制短路時的短路電流的上升率，選擇交流側進線電抗器（L）。,可控硅（SCR)的選擇,一、可控硅（SCR)額定電壓的選擇 可控硅（SCR)額定電壓是指斷態(tài)重復峰值電壓（UDRM）和反向重復峰值電壓（URRM）中的較小的值選取。 可控硅（SCR)額定電壓應該根據整流輸入電壓的峰值來選擇。同時，要考慮SCR恢復阻斷時的換向過電壓，操作及

12、事故時的過電壓，應該留一定的安全余量。安全余量取2-3倍,可控硅（SCR)的選擇（續(xù)Ⅰ）,對于三相橋式整流，可控硅（SCR)額定電壓用下式計算,n 功率開關元件的串聯(lián)數(shù)；KU均壓系數(shù)，0.8-0.9,可控硅（SCR)的選擇（續(xù)Ⅰ）,二、可控硅（SCR)額定電流IFAV是指SCR允許通過的最大通態(tài)電流（工頻半波平均值）。 決定SCR電流大小的是SCR的管芯溫度，因此最還從SCR的管芯溫度來校核額定電流最為合適，但非常復雜，

13、不實用。 工程上，根據SCR電流的有效值來選擇SCR的額定電流，同時考慮1.5-2倍的安全裕量。,可控硅（SCR)的選擇（續(xù)Ⅱ）,直流電機電樞電感量的計算,C---補償系數(shù)，有電樞反應補償為0.1，無補償為0.4,平波電抗器電感量計算,U2變壓器二次側電壓有效值；Idmin整流橋的輸出最小電流,對于三相整流橋，直流回路總電感量：,平波電抗器電感量,三相整流變壓器漏感(LT )計算,電源頻率,I額定電機額定電流,勵磁回路計

14、算,勵磁電阻 Rf=Uf/If磁場與電樞間的互感 Lm=KE/If其中，KE是以弧度/秒為單位的電勢常數(shù)，,電流調節(jié)器的設計,1.確定電流環(huán)的時間常數(shù) 電流環(huán)時間常數(shù)包括整流器的失控時間常數(shù)TS、電機電磁時間常數(shù)TTEM、電流給定（反饋濾波）時間常數(shù)TOi、電流環(huán)的小時間常數(shù)T∑I、電流反饋系數(shù)β、系統(tǒng)直流回路的總電阻R.,電流調節(jié)器的設計(續(xù)Ⅰ),2.確定電流調節(jié)器的結

15、構 電流調節(jié)器（ACR, Automatic Current Regulator）一般按照典型Ⅰ系統(tǒng)設計，采用PID控制器。當然PID就有許多種類，積分分離、微分先行等對不同的對象，PID不同。,電流調節(jié)器的設計(續(xù)Ⅱ),3.確定電流調節(jié)器的參數(shù),=電機電磁時間常數(shù)TTEM,按照電流調節(jié)器超調量的要求，由典型系統(tǒng)的相關表格，查出Ki、電流環(huán)的小時間常數(shù)T∑I,轉速調節(jié)器的設計,1.確定轉速環(huán)的時間常數(shù) 轉速環(huán)的時間常數(shù)包括電流

16、環(huán)等效時間常數(shù)2T∑i、轉速環(huán)小時間常數(shù)T∑n、轉速給定（反饋濾波）時間常數(shù)Ton、轉速反饋系數(shù)α. 轉速給定（反饋濾波）時間常數(shù)Ton取0.1.,轉速調節(jié)器的設計（續(xù)Ⅰ）,２.選擇轉速調節(jié)器結構　　按照工程實際，轉速調節(jié)器（ＡＳＲ，Automatic Speed Regulator）按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設計。 其傳遞函數(shù),轉速調節(jié)器的設計（續(xù)Ⅱ）,3.確定轉速調節(jié)器（ＡＳＲ）參數(shù),h一般取h=5,計算轉速環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)K

17、N、轉速調節(jié)器的放大系數(shù)Kn,轉速調節(jié)器的設計（續(xù)Ⅲ）,注：上面的 ACR 、 ASR選定以后，一定要代入計算超調量進行校核?。。。。。。。?！,電氣工程綜合設計的參考課題,二、可逆調速系統(tǒng)設計電機參數(shù)與課程設計一同；采用邏輯無環(huán)流或錯位無環(huán)流進行設計（參考上海大學，陳伯時，電力拖動控制系統(tǒng)）,電氣工程綜合設計的參考課題,三、三相交流異步鼠籠電機變頻驅動系統(tǒng)設計采用AD-DC-AC;AC/DCDC/ACLink電路設計、緩沖

18、電路設計開關器件：SCR、GTR 、 IGBT 、 MOSFET,三相交流異步鼠籠電機變頻驅動系統(tǒng)設計（續(xù)）,保護電路設計，電流（變化）、電壓（變化）采樣、隔離、放大主控制器采用單片機、工控機,三相交流異步鼠籠電機變頻驅動系統(tǒng)設計（續(xù)）,三相交流鼠籠異步電動機參數(shù) 四極，額定電壓380（V），額定電流3.75（A），額定功率2.2（kW），額定轉速1485（rpm），額定功率因數(shù)0.85，折算到轉子的轉動慣量J=0.

19、19（kg*m*m），折算到定子側的定子電阻0.435（Ω），折算到定子側的轉子電阻（Ω），定、轉子間的互感為0.002（mH），定子繞組自感0.002（ mH ），定子自感0.002（ mH ）。,手機充電電源的設計,四、手機充電器的設計提出手機充電器的性能參數(shù)；具有恒流功能不得采用降壓變壓器可以采用CPU、單片機電源性能指標符合國家相關要求,太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計,五、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計太陽能發(fā)電輸出在30∽80（V),

20、可變直流電壓，要求可以對用戶單獨供電，可以并網運行。并網電源：220（V）50（Hz）,智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設計,六、智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設計實驗室能夠提供的條件：水箱系統(tǒng)嵌入式計算機控制系統(tǒng)PLC常用接觸器、繼電器,電氣工程綜合設計的評分標準,課程設計成績由三部分組成實驗成績仿真成績課程設計報告,實驗成績（30分）,考勤 10分獨立工作能力，工作主動性 10實驗報告 10分,仿真成績（30分）,考勤