電氣工程綜合課程設(shè)計(jì)

1、電氣工程綜合課程設(shè)計(jì),安徽工業(yè)大學(xué) 電氣信息學(xué)院 自動(dòng)化系 2011.11.24,主講：黃松清E-mail: sqhuang@ahut.edu.cnMb: 13339059209,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的目的,促進(jìn)知識(書本)到實(shí)際工程的轉(zhuǎn)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(guān)系電子電路、微機(jī)原理（已經(jīng)進(jìn)行），電氣工程綜合課程設(shè)計(jì)（即將進(jìn)行）；,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的目

2、的（續(xù)）,在校學(xué)習(xí)：知識通過一門門課程學(xué)習(xí)，現(xiàn)場問題是綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)，要學(xué)會(huì)知識綜合能力的培養(yǎng)；要善于應(yīng)用知識，多知識領(lǐng)域的交叉；培養(yǎng)大家運(yùn)用知識、綜合知識的能力；學(xué)習(xí)知識能力的培養(yǎng)；從事實(shí)際工程能力；,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的知識架構(gòu),電路原理、電工基礎(chǔ)模電/數(shù)電、自動(dòng)控制理論、過程控制、智能控制；PLC等DP\PA\FA設(shè)備，總線（DCS\FCS)技術(shù)；計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；電力拖動(dòng)基礎(chǔ)(運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng))、電力拖動(dòng)控

3、制系統(tǒng)；電力電子技術(shù)、工廠供、配電系統(tǒng)；系統(tǒng)仿真等,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的任務(wù)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(yùn)動(dòng)控制1）以速度控制為目的的調(diào)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(shè)計(jì)的任務(wù)與要求,以傳動(dòng)系統(tǒng)為例，以下幾個(gè)方面應(yīng)該注意：通過傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握工程背景的設(shè)計(jì)問題解決方法；對象：傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體電機(jī)，直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、同步電機(jī)或相關(guān)的控制電機(jī)；控制策略，P

4、ID、先進(jìn)控制策略、智能控制、自適應(yīng)控制、MAC、MPC、GMPC、反饋控制等；控制手段：DDC、LSI、時(shí)序電路、CPU、計(jì)算機(jī)、PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求（續(xù)）,電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電源，電力電子技術(shù)的應(yīng)用，四種基本變換電路,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)容與時(shí)間安排,選擇課題主電路設(shè)計(jì)：主電路的方案、參數(shù)選擇；保護(hù)電路：電流、電壓保護(hù)；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(guān)仿真（在工企樓301）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（在工企樓101）課程設(shè)計(jì)報(bào)告,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)容與時(shí)間安排（續(xù)）,課題選擇：在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前思考，提出方案，有指導(dǎo)老師進(jìn)行判定是否可行，實(shí)驗(yàn)室是否有條件開出等；電路設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)：1～3天；仿真：安排兩個(gè)單元時(shí)間；硬件實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)單元時(shí)間；實(shí)驗(yàn)總結(jié)：分析實(shí)驗(yàn)，寫出課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)容與時(shí)間安排（續(xù)）,硬件實(shí)驗(yàn)：同學(xué)相互組合，4～6人一組，接線、測量、調(diào)試、記錄

6、協(xié)調(diào)配合；仿真：一人一機(jī)，根據(jù)自身設(shè)計(jì)的方法，設(shè)計(jì)仿真程序，進(jìn)行仿真，分析仿真結(jié)果，尤其要檢驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理；仿真在 Matlab平臺上進(jìn)行。,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)容與時(shí)間安排（續(xù)）,課程設(shè)計(jì)的主要成果應(yīng)該在課程設(shè)計(jì)報(bào)告中。課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)該包含以下內(nèi)容 1.課題內(nèi)容； 2.設(shè)計(jì)方案與原理敘述； 3.裝置元、器件選擇； 4.仿真結(jié)果與分析。,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的時(shí)間安排,第七學(xué)期的最后兩周；首先集中

7、講解，分組；分散實(shí)驗(yàn)；,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的相關(guān)約束（紀(jì)律）,思想上要認(rèn)真對待，執(zhí)行學(xué)校的學(xué)籍管理規(guī)定、上課紀(jì)律；加強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，按時(shí)實(shí)驗(yàn)，及時(shí)上機(jī)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；如果沒有完成，只能隨下一屆，與生產(chǎn)實(shí)習(xí)一樣,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的相關(guān)約束（紀(jì)律）（續(xù)）,按時(shí)實(shí)驗(yàn)和上機(jī)。由于實(shí)驗(yàn)條件限制，大家要在指定的時(shí)間段完成實(shí)驗(yàn)和上機(jī)，這就要求大家一定要預(yù)習(xí)，有準(zhǔn)備的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)和上機(jī)結(jié)束后，經(jīng)指導(dǎo)老師同意、檢查實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果后，才能夠離開，

8、否則視為缺席（后果非常嚴(yán)重！?。。?電氣工程綜合設(shè)計(jì)的相關(guān)約束（紀(jì)律）（續(xù)）,在指定的時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行指導(dǎo)和答疑；課程設(shè)計(jì)過程中，要多進(jìn)行交流、方案的比較，尤其要進(jìn)行仿真研究；課程報(bào)告要寫出心得，獨(dú)立完成。,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的參考課題,一、不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)直流它勵(lì)電機(jī)，額定功率555(kW)，額定電壓750 （V） ，額定電流760 （A） ，額定轉(zhuǎn)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(jī)及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的綜合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,勵(lì)磁電壓220（V），額定勵(lì)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(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）,調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)無靜差；電流調(diào)節(jié)器超調(diào)量不大于5%；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器超調(diào)量不大于10%；,整流變壓器的設(shè)計(jì),整流變壓器的參數(shù)一次側(cè)電壓U1、電流I1、二次側(cè)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(wǎng)的影響，整流變壓器一般采用Δ/Y、 Δ/Δ接線，具體的鐘點(diǎn)數(shù)，根據(jù)具體情況決定。,整流變壓器的設(shè)計(jì)（續(xù)Ⅰ）,一、整流變壓器電壓計(jì)算 整流變壓器的一次側(cè)電壓受電網(wǎng)電壓的限制，不需要計(jì)算。二次側(cè)電壓(U2）可以根據(jù)下面的公式計(jì)算：,整流變壓器的設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)（續(xù)Ⅲ）,整流變壓器的視在功率(S),交流側(cè)進(jìn)線

11、電抗器的設(shè)計(jì),直接用交流電源，不用變壓器，則為了抑制SCR導(dǎo)通時(shí)的di/dt、限制短路時(shí)的短路電流的上升率，選擇交流側(cè)進(jìn)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(fù)峰值電壓（UDRM）和反向重復(fù)峰值電壓（URRM）中的較小的值選取。 可控硅（SCR)額定電壓應(yīng)該根據(jù)整流輸入電壓的峰值來選擇。同時(shí)，要考慮SCR恢復(fù)阻斷時(shí)的換向過電壓，操作及

12、事故時(shí)的過電壓，應(yīng)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(jì)算,n 功率開關(guān)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(fù)雜，

13、不實(shí)用。 工程上，根據(jù)SCR電流的有效值來選擇SCR的額定電流，同時(shí)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(jī)電樞電感量的計(jì)算,C---補(bǔ)償系數(shù)，有電樞反應(yīng)補(bǔ)償為0.1，無補(bǔ)償為0.4,平波電抗器電感量計(jì)算,U2變壓器二次側(cè)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(jì)算,電源頻率,I額定電機(jī)額定電流,勵(lì)磁回路計(jì)

14、算,勵(lì)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(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì),1.確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)時(shí)間常數(shù)包括整流器的失控時(shí)間常數(shù)TS、電機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)TTEM、電流給定（反饋濾波）時(shí)間常數(shù)TOi、電流環(huán)的小時(shí)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(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)(續(xù)Ⅰ),2.確定電流調(diào)節(jié)器的結(jié)

15、構(gòu) 電流調(diào)節(jié)器（ACR, Automatic Current Regulator）一般按照典型Ⅰ系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用PID控制器。當(dāng)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(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)(續(xù)Ⅱ),3.確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù),=電機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)TTEM,按照電流調(diào)節(jié)器超調(diào)量的要求，由典型系統(tǒng)的相關(guān)表格，查出Ki、電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)T∑I,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì),1.確定轉(zhuǎn)速環(huán)的時(shí)間常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)的時(shí)間常數(shù)包括電流

16、環(huán)等效時(shí)間常數(shù)2T∑i、轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n、轉(zhuǎn)速給定（反饋濾波）時(shí)間常數(shù)Ton、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α. 轉(zhuǎn)速給定（反饋濾波）時(shí)間常數(shù)Ton取0.1.,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（續(xù)Ⅰ）,２.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)　　按照工程實(shí)際，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ＡＳＲ，Automatic Speed Regulator）按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 其傳遞函數(shù),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（續(xù)Ⅱ）,3.確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ＡＳＲ）參數(shù),h一般取h=5,計(jì)算轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)K

17、N、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)Kn,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（續(xù)Ⅲ）,注：上面的 ACR 、 ASR選定以后，一定要代入計(jì)算超調(diào)量進(jìn)行校核?。。。。。。。。?電氣工程綜合設(shè)計(jì)的參考課題,二、可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù)與課程設(shè)計(jì)一同；采用邏輯無環(huán)流或錯(cuò)位無環(huán)流進(jìn)行設(shè)計(jì)（參考上海大學(xué)，陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)）,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的參考課題,三、三相交流異步鼠籠電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AD-DC-AC;AC/DCDC/ACLink電路設(shè)計(jì)、緩沖

18、電路設(shè)計(jì)開關(guān)器件：SCR、GTR 、 IGBT 、 MOSFET,三相交流異步鼠籠電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）,保護(hù)電路設(shè)計(jì)，電流（變化）、電壓（變化）采樣、隔離、放大主控制器采用單片機(jī)、工控機(jī),三相交流異步鼠籠電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（續(xù)）,三相交流鼠籠異步電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速1485（rpm），額定功率因數(shù)0.85，折算到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.

19、19（kg*m*m），折算到定子側(cè)的定子電阻0.435（Ω），折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻（Ω），定、轉(zhuǎn)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(jī)充電電源的設(shè)計(jì),四、手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)提出手機(jī)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(jī)電源性能指標(biāo)符合國家相關(guān)要求,太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì),五、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dú)供電，可以并網(wǎng)運(yùn)行。并網(wǎng)電源：220（V）50（Hz）,智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),六、智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室能夠提供的條件：水箱系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)PLC常用接觸器、繼電器,電氣工程綜合設(shè)計(jì)的評分標(biāo)準(zhǔn),課程設(shè)計(jì)成績由三部分組成實(shí)驗(yàn)成績仿真成績課程設(shè)計(jì)報(bào)告,實(shí)驗(yàn)成績（30分）,考勤 10分獨(dú)立工作能力，工作主動(dòng)性 10實(shí)驗(yàn)報(bào)告 10分,仿真成績（30分）,考勤