【正文】 I 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，軍工等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 20 世紀(jì) 90 年代前的大約 50 年的時(shí)間里，直流電動(dòng)機(jī)幾乎是唯一的一種能實(shí)現(xiàn)高性能拖動(dòng)控 制的電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互獨(dú)立并且正交，為控制提供了便捷的方式 ，使得電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起動(dòng)，制動(dòng)和調(diào)速性能。盡管近年來直流電動(dòng)機(jī)不斷受到交流電動(dòng)機(jī)及其它電動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，但至 今直流電動(dòng)機(jī) 仍然是大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制首 選。因?yàn)樗哂辛己玫木€性特性，優(yōu)異的控制性能，高效率等優(yōu)點(diǎn)。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是應(yīng)用自動(dòng)控制理論和工程設(shè)計(jì)的方法對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，設(shè)計(jì)出能夠達(dá)到性能指標(biāo)要求的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，通過在 DJDK1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制試驗(yàn)裝置上的調(diào)試 ,并應(yīng)用 MATLAB軟件對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正以達(dá)到滿足控制指標(biāo)的目的。 II 目錄 摘要 .............................................................................................................................. I 目錄 ............................................................................................................................. II 第一章、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 .............................................. 1 、數(shù)學(xué)模型的參數(shù)給定 .............................................................................. 1 、電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù) TL ..................................................... 1 、電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm............................................... 1 、 觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù) KS ................................................ 2 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 ................................................................ 2 、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) .................................................... 2 、調(diào) 速系統(tǒng)的兩個(gè)基本矛盾 ........................................................ 3 、調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理 .................................................... 5 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析 ........................................... 5 、轉(zhuǎn) 速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 ................................................ 6 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型 .................................................... 7 、主電路 .......................................................................................... 7 、額定勵(lì)磁下的直流電 動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)描述 ................................... 7 、晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函 .................................................... 9 、調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) ....................................................................... 10 、整流變壓器的計(jì)算 ................................................................... 10 、晶閘管組件的計(jì)算與選擇 ...................................................... 11 、主電路的過電壓和過電流保護(hù) .............................................. 11 、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算 .......................................................... 12 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元 ......................................... 13 、過流保護(hù)器 (GL)、電流變送器 (LB) ..................................... 13 、電 流調(diào)節(jié)器 (ACR) ..................................................................... 13 、零速封鎖器 (LSF) ..................................................................... 13 、給定器 (GD) ............................................................................... 13 、轉(zhuǎn)速變送器 (SB) ....................................................................... 13 III 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 (ASR) ..................................................................... 13 、鋸齒波觸發(fā)器 (CF)................................................................... 14 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 .......................................................... 14 、電流調(diào)節(jié)器和電流變送器的傳函 ......................................... 14 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 和轉(zhuǎn)速變送器 的傳函 ......................................... 14 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 .............................................. 15 第二章、按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 16 、設(shè)計(jì)要求 ................................................................................................ 16 、基 本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)） .................... 16 、設(shè)計(jì)指標(biāo) ................................................................................... 17 、工程設(shè)計(jì)方法的基本思路 ................................................................... 17 、電流調(diào)節(jié)器 的設(shè)計(jì) ............................................................................... 17 、電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化 ...................................................... 17 、確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù) .......................................................... 18 、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 .......................................................... 19 、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算 .......................................................... 20 、校驗(yàn)近似條件 ........................................................................... 20 、電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) .......................................................... 21 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ............................................................................... 22 、電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) .................................................. 22 、轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 ..................................... 22 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 .......................................................... 23 、轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計(jì)算 .......................................................... 24 、轉(zhuǎn)速環(huán)的性能指標(biāo) ................................................................... 26 、系統(tǒng)的靜態(tài)綜合及靜態(tài)性能指標(biāo) ...................................................... 28 、近似的 PI 調(diào)節(jié)器 ..................................................................... 28 、系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ................................................................... 29 第三章、調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的數(shù)字仿真 ............................................................ 30 、基于工程設(shè)計(jì)法的數(shù)字仿真 .............................................................. 30 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 .............................................. 30 、時(shí)域分析 ................................................................................... 30 課程設(shè)計(jì)體會(huì) ........................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 32 1 第一 章、 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原 理及數(shù)學(xué)模型 、數(shù)學(xué)模型的參數(shù)給 定 、 電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù) TL TL= 、 電樞回路總電阻 R R＝ 、 電樞回路的總電感 L L∑ ＝ 、 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm Tm= 2 、 電動(dòng)機(jī)的 Ce Ce= Vmin／ r 、 觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù) KS Ks=22 、 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 、 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折 算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)任務(wù)書中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計(jì)思路。在以下四項(xiàng)中，前兩項(xiàng)屬于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，后兩項(xiàng)屬于動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 。 、 調(diào)速范圍 D 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即 minmaxnnD?