江苏大学电力传动课程设计-双闭环晶闸管不可逆调速系统.docx

pX,f电气信息工程学院包力传动课程设计一双闭环晶闸管不可逆调速系统姓名：班级：电气学号：日期：2014.1.9一、设计目的 了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理 掌握双闭环不可逆调速系统的调试步骤、方法和参数的整定 研究调节器参数对系统动态性能的影响。二、设计任务和要求1 .设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统给定参数：(I)电机参数：额定电压220V,额定励磁电压220V,额定电流LIA额定转速1600rmin,额定功率185W(2)转速反馈系数：Q=0.004Vminr,=6VA2 .动态特性：电流超调65%；转速超调b"10%静态特性：无静差图1不可逆转速、电流双闭环直流调速系统的原理框图G:给定器DZS：零速封锁器ASR：速度调节器ACR：电流调节器GT：触发装置FBS：速度变换器FA：过流保护器FBC：电流变换器API：I组脉冲放大器三、测定实验参数为研究晶闸管一电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、系统的电磁时间常数Td与机电时间常数,这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下1 .测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验电路图如图2所示。图2伏安比较法实验线路图将变阻器、R2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上S-S2,调节给定使输出直流电压Ud在30%J70(WCd范围内，然后调整Rz使电枢电流在80%Ld90%L范围内，读取电流表A和电压表V2的数值为L、U1,则此时整流装置的理想空载电压为：U<k=I,R+U1调节Rl使之与L的电阻值相近，拉开开关S2,在Ud的条件下读取电流表、电压表的数值I2>U2,则Ud=I2R+U2求解上面两式，可得电枢回路总电阻：R=(U2-U1)/(I1-I2)测量值:UfIOIVI=0.83A；U2=116.4VI2=O.31A则由上式计算得R=29.62 .主电路电磁时间常数Td的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td,电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升：id=Id(l-e-,zrO其电流变化曲线如图2所示。当t=T<1时，有=。)=0.6327图3电流上升曲线图4测定Td的实验线路图实验线路如图4所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%L90%L范围内。然后保持上不变，将给定的，拨到接地位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录id=f(t)的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Tdo由附录1(示波器出图)作图得Td=16ms3 .系统机电时间常数TV的测定系统的机电时间常数可由下式计算TM=(GD2R)(375CcCm2)由于T»Td,也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即n=KUJ(JTmS)当电枢突加给定电压时,转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线n=f(t),即可由此确定机电时间常数。由附录2(示波器出图)作图得Tk380ms4 .晶闸管触发及整流装置特性ULf(U)和测速发电机特性Uw=f(n)的测定实验线路如图4所示，可不接示波器。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Ug,分别读取对应的上、Utg、Ud、n的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ud=f(Ug)和Utc=f(n)0由UFf(Ug)曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线K=f(U8):Ks=UU测量数据,得L=60(将下面Ud与q作成近似直线求斜率所得)UgUTGUun2.4465.064.51002.7087.594.02003.00110.0109.03003.16124.0124.04003.30133.0137.05003.46143.0145.06003.70158.5161.07003.94175.0173.08004.20186.0190.09004.48198.0205.01000四、器件模块参数设计1、电流调节器的设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器，其原理图如图5所示。图中为电流给定电压，为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压。(1)确定时间常数整流装置滞后时间常数7；。按书本表2-2,三相桥式电路的平均失控时间TjO.0017s电流滤波时间常数与。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头，应有(1-2)Toi=3.33ms,因此取E=2ms=0.002s电流环小时间常数之和按小时间常数近似处理，取心产(+(j=0.0037s(2)选择电流调节器结构根据设计要求,5%,并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为：卬心=X""1)检查对电源电压的抗扰性能:M=卷萼=0.432Tli0.0037s(3)计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：rz=7；,=0.0165电流环开环增益：取KG=0.5,因此135.14ST于是，ACR的比例系数_K居R135.14x0.016x29.6,"Ks60×6(4)校验近似条件：电流环截止频率：ci=Kl=135.14.5-1晶闸管整流装置传递函数的近似条件：1/37；=1/(3x0.0017)=196.Ir1>¾,满足近似条件0.38s X 0.016s=38.47ST < ci,满足近似条件检验电流环小时间常数近似处理条件:0.0017SXO.002S= lS0.Ss-l>cif满足近似条件(5)计算调节器电容:已知调节器电阻Rj=13k,则取 1.2 FClL=-（三）回=1.23户,Ri13×1000按照上述参数，电流环可以达到的动态更随性性能指标为.=4.3%<5%,满足设计要求。2、转速调节器的设计(1)确定时间常数已取K7=0.5,则电流环等效时间常数=¾=2×0三=0.0074,转速滤波时间常数取。=0.0IS转速环小时间常数按小时常数近似处理，取+7；=0.0074+0.015=0.01745(2)速度调节器结构设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型转速调节器，其原理图如图6所示。图中U：为转速给定电压，为转速负反馈电压，调节器的输出是电流调按设计要求，选用Pl调节器，其传递函数为:ns按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为:n=hTn=5×0.0174=0.087s转速开环增益为：K_+1_6N2h1T3n-2×52×0.017421.n（3）校验近似条件转速环截止频率为：¾r=网=Kntii=396X0.087=34.45531 135.14 -1 Sr .iJS = 63.7s > co3 V 0.0037电流环传递函数简化条件为:满足近似条件。转速环小时间常数近似处理条件为:,满足近似条件。1135.14,_ao,Js=38.6s>co3V0.01s(4)调节器电容计算己知调节器电阻(=12OkCn0.087取°7"按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载启动到额定转速时的转速超调量：1.1×29.60.0174X0.380= 1.7%=2(wl)(2-z)av=2X0.812X1.5×0132G01600(其中取空载时Z=0,n=nN-1600rmin2=1.5)即b"10%,所以满足设计要求。五、小结突加负载时，电机转速只是在原转速IOoOrmin下小幅度左右晃了下，说明满足无静差调速。六、心得体会通过这次课程设计，使我对不可逆转速，电流双闭环直流调速系统有了更深入的理解。其中涉及到多方面的知识，主要包括转速-电流双闭环的设计、晶闸管的设计及给定器的设计，涉及到了电力电子、电力拖动、运动控制等多个学科。双闭环系统的核心是电流调节器和速度调节器，在确定两个调节器的类型、结构和参数时采用常用的工程设计方法，电流调节器采用典型I型系统，计算其基本参数后，校验近似条件，能够满足系统的要求，若不能满足则要从新设计调节器的类型和结构。转速调节器采用典型II型系统，和电流调节器一样，计算其基本参数，校验近似条件，能满足系统的要求。通过这个环节设计，不仅是我对调节器的参数计算掌握的更牢固，更加掌握了转速调节器和电流调节器在系统中所起的作用。注：本文是江苏大学电气学院电气专业大四电力传动课程设计，而实际上只是一个实验而已，仅是写成了课程设计。里面存在一些问题，可能会与所想产生矛盾，请参照江苏大学电力传动课本与实验指导书。例如上文的凡与此实际上是通过计算得来的（参看课本），但是由于实验设备是固定的，所以是一个定值，故采用该定值计算。总之该课程设计由于是一次实验，报告撰写时间仓促，仅作参考！以实际要求为准，切勿完全参照