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《轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 課程設(shè)計》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、課程設(shè)計任務(wù)書某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),整流裝置采用三相橋式電路,基本數(shù)據(jù)為:直流電動機:UN=220V,IN=205A,nN=575r/min,Ra=0.1Ω,電樞電路總電阻R=0.2Ω,電樞電路總電感L=7.59mH,電流允許過載倍數(shù)λ=2,折算到電動機軸的飛輪慣量GD2=215Nm2。晶閘管整流裝置放大倍數(shù)Ks=40,滯后時間常數(shù)Ts=0.0017s電流反饋系數(shù)β=0.024V/A(≈10V/2IN)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.017Vmin/r(≈10V/nN)濾波時間常數(shù)取Toi=0.001s,Ton
2、=0.01s。Unm*=Uim*=Ucm=10V;調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40kΩ。設(shè)計要求:穩(wěn)態(tài)指標(biāo):無靜差;動態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量σi≤5%;空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤10%。目錄課程設(shè)計任務(wù)書1第一章直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理31.1系統(tǒng)的組成31.2系統(tǒng)的原理圖4第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速器的設(shè)計62.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計62.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計13第三章系統(tǒng)仿真21心得體會25參考文獻26第一章直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理1.1系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)
3、。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高的系統(tǒng),單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要了。為了實現(xiàn)在允許條件下的最快啟動,關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律,采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變,那么,采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。所以,我們希望達到的控制:啟動過程只有電流負(fù)反饋,沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋;達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋,不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。故而采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器來組成系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流
4、兩種負(fù)反饋分別起作用,可以在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實行嵌套(或稱串級)聯(lián)接,如圖1-1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,再把電流調(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,稱作內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速換在外邊,稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖1-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.2系統(tǒng)的原理圖為了獲得良好的靜、動態(tài)性能,轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器,這樣組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-2所示。
5、圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,ACR為電流調(diào)節(jié)器,TG表示測速發(fā)電機,TA表示電流互感器,UPE是電力電子變換器。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器出入輸出電壓的實際極性,它們是按照電力電子變換器的了控制電壓UC為正電壓的情況標(biāo)出的,并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還標(biāo)出了兩個調(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。圖1-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速器的設(shè)計2.1電
6、流調(diào)節(jié)器的設(shè)計2.1.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡在圖2-1點畫線框內(nèi)的電流環(huán)中,反電動勢與電流反饋的作用互相交叉,這將給設(shè)計工作帶來麻煩。實際上,反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比,它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下,系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)TL遠小于機電時間常數(shù)Tm,因此,轉(zhuǎn)速的裱花往往比電流變化慢得多,對電流環(huán)來說,反電動勢是一個變化較慢的擾動,在電流的瞬變過程中,可以認(rèn)為反電動勢基本不變,即?E≈0。這樣,在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時,可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響,也就是說,可以暫且把反電動勢的作用去掉,得到電流環(huán)的近似結(jié)
7、構(gòu)框圖,如圖2-1所示??梢宰C明,忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是ωci≥31TmTl式中ωci-----電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。圖2-1忽略反電動勢的動態(tài)影響時電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi),同時把給定信號改成Ui*(s)/β,則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng),如圖2-2所示,從這里可以看出兩個濾波時間常數(shù)取值相同的方便之處。圖2-2等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)時電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖最后,由于TS和TOI一般都比TL小得多,可以當(dāng)作小慣性群而近似看作是一個慣性環(huán)節(jié),其時間
8、常數(shù)為TΣi=Ts+Toi則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化成圖2-3。簡化的近似條件為ωci≤131TSToi圖2-3小慣性環(huán)節(jié)近似處理時電流的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇從穩(wěn)態(tài)要求上看,希望電流無靜差,以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性,由圖2-3可以看出,采用Ι型系統(tǒng)就夠了。再從動態(tài)要求上看,實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值,而對電網(wǎng)電