【正文】 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 U*n ? Uct IdL n Ud0 Un + ? Ui WASR(s) WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E Ks ? 1/Ce U*n Uct Id E n Ud0 Un + + ASR + U*i IdR R ? ACR Ui UPE 10 電動機型式的確定 電動機電壓等級的選用 電動機電壓等級要與工廠企業(yè)或車間的供電 電壓一致。對幾個不同的額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行全面比較，最后確定電動機的額定轉(zhuǎn)速。電動機額定功率的選擇一般可分為三步： （ 1）計算負(fù)載功率 PL。 電動機的額定功率 決定電動機功率的主要因素有三個： （ 1）電動機的發(fā)熱與溫升 ，這是決定電動機功率的最主要因素。 電動機的選型 型號： Z418042 額定轉(zhuǎn)速： 3000r/min 額定功率： 90KW 電壓：電樞 220V 激磁： 220V 電樞電流： 221A 慣量矩： 重量： 410Kg 11 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定 晶閘管 整流是把交流變直流。 根據(jù)電動機的額定電壓的不同，確定整流變壓器的輸出電壓和可控整流電路的結(jié)構(gòu)形式，一般情況，當(dāng)控制角 ? 為 0 時，整流輸出電壓的有效值 0dU 應(yīng)約等于 倍的電動機額定電壓 nU ,運算關(guān)系參照下 表 1。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。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，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。影響 U2 值的因素有： （ 1） U2 值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值 Ud （ 2）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時有一定的管壓降，用 UT表示 （ 3）平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降 （ 4）電樞電阻的壓降 綜合以上因素得到的 U2 精確表達(dá)式為： A= Ud0/U2，表示當(dāng)控制角 α=0176。根據(jù)規(guī)定，允許波動 +5%~10%，即 ε=~ C 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù) NNa URIr ?? ，表示電動機電樞電路總電阻 ?R 的標(biāo)么值，對容量為 15~150KW 的電動機，通常 ar =~ nUT— 表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降 對于本設(shè)計：為了保證電動機負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn) ,計算所得的 U2 應(yīng)有 一定的裕量 ,根據(jù)經(jīng)驗所知 ,公式中的控制角 ? 應(yīng)取 300 為宜。 電樞電感量 LM按下式計算 )(2 10 3 mHIPnUKL NNNDM ?? P— 電動機磁極對數(shù)， KD— 計算系數(shù)，對一般無補償電機： KD=8~12 對于本設(shè)計， P=2， KD=10 14 則331 0 1 0 2 2 0 1 0 2 . 7 7( )2 2 2 1 4 6 0 1 3 6DNM NNKUL m HP n I? ? ?? ? ?? ? ? 整流 變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感 LB按下式計算 )(100% 2 mHIUUKL dKBB ?? U2— 變壓器次級相電壓有效值 Id— 晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流 KB— 與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù) 對于本設(shè)計， KB=， %KU =5 則 2% 5 3 7 03 . 9 0 . 3 3 ( )1 0 0 1 0 0 2 2 0KBB dUUL K m HI? ? ? ? ? ? 變流器在最小輸出電流 Idmin 時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量 L 下式計算 min2dI UKL ?? K 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù) ，三相全控橋 K 取 則： 2m i n0 . 6 9 3 3 7 0 2 3 . 3 1 ( )2 2 0 5 %dKUL m HI ??? ? ?? 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量 L 平 L 平 =LLM2LB= =(mH ) 電抗器電感量應(yīng)大于 15 mH 保護(hù)電路的設(shè)計計算 過電壓保護(hù) ① 交流側(cè)過電壓的保護(hù)如圖 31 圖 41 交流側(cè)過電壓保護(hù)電路 采用 RC 過電壓抑制電路如圖一所示，在變壓器次級并聯(lián) RC 電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制 LC 回路可能產(chǎn)生的震蕩。 R、 C 值可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取，對于本設(shè)計晶閘管額定電流為 220A，故C 可取 F? ,R 可取 20? . 過電流保護(hù) 如圖 ： 圖 44 過 電流保護(hù)電路 17 第五章 驅(qū)動控制電路的選型設(shè)計 集成觸發(fā)電路 集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。采用 KJ004 集成觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓 180 度的觸發(fā)觸發(fā)脈沖。 圖 53 同步變壓器和整流變壓器接法 這時，同步電壓選取的結(jié)果見表 3。因此，對于可控整流電路，就要求觸發(fā)電路在 19 三相電源相電壓正半周的 5 點的位置給晶閘管 VT VT3 和 VT5 送出觸發(fā)脈沖，而在三相電源相電壓負(fù)半周的 6 點的位置給晶閘管 VT VT4 和 VT6 送出觸發(fā)脈沖，且在任意時刻共陰極組和共陽極組的晶閘管中都各有一只晶閘管導(dǎo)通，這樣在負(fù)載中才能有電流通過，負(fù)載上得到的電壓是某一線電壓。為了充分發(fā)揮電力電子器件的潛力、保證裝置的正常運行，必須正確設(shè)計與選擇觸發(fā)電路與驅(qū)動電路，如圖 56 。 電流濾波時間 oiT =， 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 iT? ：按小時間常數(shù)近似處理， 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 iT? ：按小時間常數(shù)近似處理，取 i s oiT T T? ?? = 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)設(shè)計要求 5%i?? ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型 Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。 電流開環(huán)增益：要求 5%i?? 時，按表 5 應(yīng)取 IiKT? =， 因此 IK =? =? 。 176。 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 : 113 3 7 2 . 6 80 . 0 1 2 0 . 1 4 2mlT T s s? ? ??ci?＜ ，滿足近似條件。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 時間常數(shù)的確定 電流環(huán)等效時間常數(shù) 1/KI：已取 IiKT? =， 則 1/KI=2T∑ i=2 =。 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： iI wssTK ??? ??? 11 0 3 3 53131，滿足簡化條件。實際上，由于表 四是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時， ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按 ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。在根據(jù)連接方式和電動機最大轉(zhuǎn)速確定了測速發(fā)電機信號后，測速發(fā)電機的電動勢 系數(shù) Cetg 確定。 電氣原理總圖 第 7 章 MATLAB/SIMULINK 仿真軟件 仿真軟件介紹 26 利用 MATLAB 下的 SIMULINK 軟件和電力系統(tǒng)模塊庫 (SimPowerSystems)進(jìn)行系統(tǒng)仿真是十分簡單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK 環(huán)境中的菜單直接啟動系統(tǒng)的仿真過程，同時將結(jié)果在示波器上顯示出來。也可用 MATLAB 仿真軟件包的設(shè)計工具箱設(shè)計其它 各種控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器，鑒于篇幅不一一展開。大部分從事科學(xué)研究和工程應(yīng)用的讀者朋友可能都已經(jīng)注意到并為之所困擾的是，當(dāng)我們的計算涉及矩陣運算或畫圖時，利用 FORTRAN和 C 語言等計算機語言進(jìn)行程序設(shè)計是一項很麻煩的工作。描述系統(tǒng) 諸變量間靜態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為靜態(tài)模型；描述自控系統(tǒng)諸變量間動態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為動態(tài)模型。這是實驗法建立數(shù)學(xué)模型。 27 對于連續(xù)控制系統(tǒng)而言，有像微分方程這樣的原始數(shù)學(xué)模型，在零初始條件下進(jìn)行拉普拉斯變換，求得自控系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型。對于快速的實時系統(tǒng)的仿真，往往用匯編語言編制仿真程序。 第四步，進(jìn)行仿真實驗并輸出仿真結(jié)果 進(jìn)行仿真實驗，通過實驗對仿真模型與仿真程序進(jìn)行檢驗和修改，而后按照系統(tǒng) 仿真的要求輸出仿真結(jié)果。 28 29 仿真波形圖： 30 速度 電樞電流 31 勵磁電流 電磁轉(zhuǎn)矩 32 第 9 章 仿真結(jié)果分析 圖上部為電機轉(zhuǎn)速曲線，下部為電機電流曲線。此時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 飽和，電流調(diào)節(jié)器 ACR 起主要作用。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時， ASR 的輸入偏差為 0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。當(dāng)突加給定負(fù)載時，由于負(fù)載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降，此時經(jīng)過 ASR 和 ACR 的調(diào)節(jié)作用后，轉(zhuǎn)速又恢復(fù)為先前的給定值，反映了系統(tǒng)的抗負(fù)載能力很強。當(dāng)負(fù)載突然增大時，由于 轉(zhuǎn)速下降，此時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 起主要的調(diào)節(jié)作用，因此，電流調(diào)節(jié)器 ACR 電流有所下降，同啟動時一樣，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR飽和，達(dá)到限幅值，使電流急速上升。對所學(xué)內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進(jìn)一步 認(rèn)識到工程設(shè)計時與實際相聯(lián)系的重要性，比如在計算元件參數(shù)時計算出來的值往往與實際生產(chǎn)參數(shù)不符，這就需要根據(jù)實際情況對參數(shù)進(jìn)行取舍。比如，電路可逆與不可逆的異同，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理與性能分析等?？蓪崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速 ，有采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，限制了起（制）動時的最大電流