【文章內容簡介】 過電流保護 、 過電壓保護 （ 1） 交流側過電壓保護 :用壓敏二極管抑制事故過電壓 壓敏電阻的標稱電壓： U1MA≥**UB =**196=(V) 通流容量 : IPM≥110KFU2L/U1MA*=110**196*247。=(A) （ 2）直流側過壓保護 : 利用電 阻 和電容吸收操作過壓 A. 電容 C 的參數(shù) : C = 2LBKL2ID2 /[(KV21)UD2] = 2**103**[(221)*2202] = (181。F) 取 C = 4181。F UC 2UD = 2*220 = 440(V) 取 UC = 630(V) B. 電阻 R 的參數(shù) : R = UD(KV1) / KIID =220*(21)/* = 28(Ω) 12 取 R = 30Ω PR ≥ PD/800 = *103/800 = (W) 取 PR = 10W 所以 選定 CD = 4181。F/630V, RB = 30Ω/10W 、晶閘管換向過電壓保護 為防止在換相過程中，被關斷的晶閘 管出現(xiàn)反向過壓，而導致反向擊穿。通常在晶閘管元件兩端并聯(lián) RC 阻容吸收電路。 C=（ uF） R=20(Ω) 電容 C 的耐壓為： *277V= 電阻功率： PR=*F*C*UTM2 *106（ W） = 、 過電流保護 每個橋臂串個快速融斷器 額定電流 ： IN =ITN ITN=100A，則： IN=100A。 額定電壓 : Urn ≥ KVTUUb/ = （ V） 取 Urn = 400V 實際選用 RSO100A/400V 6 只 、 平波電抗器的參數(shù)計算 、 限制電流脈動的電感量 Lm Lm= (Udm/U2)*103*U2 / 2πfbSiId = 15 mH 13 、 使電流連續(xù)的電感量 Lcr Lcr = KcrU2/Idmin = *113/ Id*8% = 8mH 、 電動機電樞電感 LD和變壓器電感 LB LD=*UN*103/2PIN*nN = LB = 、 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元 見附圖一 、 過流保護器 (GL)、電流變送器 (LB) 見 附圖一 、 電流調節(jié)器 (ACR) 見附圖一 、 零速封鎖器 (LSF) 見附圖一 、 給定器 (GD) 見 附圖一 、 轉速變送器 (SB) 見 附圖一 、 轉速調節(jié)器 (ASR) 見附圖一 14 、 鋸齒波觸發(fā)器 (CF) 見附圖一 、 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 在對調節(jié)器具體設計之前，為了從整體理解整個雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，這里先給出了各調節(jié)器和變送器的傳遞函數(shù)。 、 電流調節(jié)器和電流變送器的傳函 、 電流調節(jié)器 ACR 的傳遞函數(shù) Uct (s ) /〔 Un*( s )βId(s)〕 = Ki (τis+1) /τis（ Tois+1） 其中： Ki=Ri/Ro—電流調節(jié)器的比例系數(shù) τi=RiCi—電流調節(jié)器的積分時間常數(shù) Toi=—電流反饋濾波時間常數(shù) β—電流反饋系數(shù) 、 電流變送器 LB 的傳遞函數(shù) βId (s) / Id (s)= β (v/A) 、 轉速調節(jié)器 和轉速變送器 的傳函 、 轉速調節(jié)器 ASR 的傳遞函數(shù) U i* (s) / {U n* (s) αn (s)} =Kn (τns+1) /τns（ Tons+1） 其中： Kn=Rn/R0—轉速調節(jié)器的比例系數(shù) τn=RnCn—轉速調節(jié)器的積分時間常數(shù) 15 Ton=—轉速反饋濾波時間常數(shù) α—轉速反饋系數(shù) 、 轉速變送器 SB 的傳遞函數(shù) Un(s)/n(s)=a（ v/rpm） 、 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 在單閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基礎上，由上述各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，即可繪出雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖。 由于電流檢測信號中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時間常數(shù) Toi 按需要給定。濾波環(huán) 節(jié)可以抑制反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù) Toi 的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是：使給定信號和反饋信號經過同樣的延滯，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設計上的方便。同樣，由測速發(fā)電機得到的轉速反饋電壓含有電機的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)由 Ton 表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，也需要在轉速給定通道配上時間常數(shù)為 Ton 為濾波環(huán)節(jié) [6]。所以實際的電路需增加電流濾波、轉速濾波、和兩個給定濾波環(huán)節(jié)，見圖 16: 圖 16 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 16 第二 章、 按工程設計方法設計雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器 、 設計要求 本論文首先應用經典控制理論的工程設計方法 ,設計出轉速和電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng) ,然后利用現(xiàn)代控制理論中的線性二次型性能指標最優(yōu)設計方法 , 設計此調速系統(tǒng)。 、 基本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)） （ 1）被控直流電動機 Pe=22 kw Ue=220 v Ie=116 A ne=1500r/min Re= Ce= Vmin ? = （ 2）整流裝置 三相全控橋式整流電路 Rn= Ks=ΔUd/ΔUk=40 Ts= ms （ 3）電樞回路總電阻 R＝ （ 4）電樞回路總電感 L= mH （ 6）系統(tǒng)時間常數(shù) Tl＝ ms Tm= ms （ 7）反饋濾波時間常數(shù) Toi= s Ton= s （ 8）調節(jié)器最大給定電壓 U*nm=U*im=10 v （ 9）調節(jié)器輸入回路電阻 17 R0=40 kΩ 、 設計指標 穩(wěn)態(tài)指標：無靜差； 動態(tài)指標：電流超調量 %5?i? ；空載起動到額定轉速時的轉速超調量%10%?n? 。 、 工程設計方法的基本思路 用經典的動態(tài)校正方法設計調節(jié)器必須同時解決自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、抗干擾性等各方面相互矛盾的靜態(tài)、動態(tài)性能要求 [8]。 作為工程設計方法 ,首先要使問題簡化 ,突出主要矛盾。簡化的基本思路是，把調節(jié)器的設計過程分為兩步： 第一步，先選擇調節(jié)器的結構，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。 第二步，再選擇調節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標 這樣做，就把穩(wěn)、準、快抗干擾之間互相交叉的矛盾問題分成兩步來解決，第一步先解決主要矛盾 —動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，然后在第二步中進一步滿足其它動態(tài)性能指標。 在選擇調節(jié)器結構時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與性能指標的關系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算以下 就可以了。這樣就使設計犯法規(guī)范化，大大減少了設計工作量 [6]。 、 電流調節(jié)器的設計 、 電流環(huán)動態(tài)結構圖的簡化 設計電流環(huán)首先遇到的問題是反電動勢產生的交叉反饋作用。它代表轉速環(huán)輸出量對電流環(huán)的影響。實際系統(tǒng)中的電磁時間常數(shù) TL 一般遠小于機電時間常數(shù) Tm，因而電流的調節(jié)過程往往比轉速的變化過程快得多，也就是說，比反電動勢 E 的變化快得多。反電動勢對電流環(huán)來說只是一個變 18 化緩慢的擾動作用，在電流調節(jié)器的調節(jié)過程中可以 近似的認為 E 不變，即 △E=0。這樣，在設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)作用，而將電動勢反饋作用斷開，從而得到忽略電動勢影響的電流環(huán)近似結構圖。再把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內。最后， Ts 和 Toi 一般比 Tl 小的多，可以當作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個慣性環(huán)節(jié)，取T∑i=Ts+Toi[6]。 )(* sU i ?? )(sU ct )(0 sU d )(sI dAC R 1?ST Ks s 1/1 ?sT Rl 1?sT oi ?11 ?sT oi )a )(* sU i?? )( sU ctAC R)b )( sI d1?sT oi ? )1)(1( / ?? ? sTsT RK il s? ? )(* sU iAC R)c )( sI d )1)(1( / ?? ? sTsT RK il s? 圖 21 電流環(huán)的 動態(tài)結構圖及其化簡 、 確定電流環(huán)的時間常數(shù) 、 三相橋式電路的平均失控時間 Ts= 、 電流濾波時間常數(shù) Toi Toi = 19 、 電流環(huán)小時間常數(shù) T∑I = Ts+Toi= (21) 、 電流調節(jié)器結構的選擇 首先應決定要把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng) ,電流環(huán)的一項重要作用就是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值 ,因而在突加控制作用時不希望有超調 ,或者超調量越小 越好。從這個觀點出發(fā) ,應該把電流環(huán)校正成典 Ⅰ 系統(tǒng)?？呻娏鳝h(huán)還有另一個對電網電壓波動及時調節(jié)的作用 ,為了提高其抗擾性能 ,又希望把電流環(huán)校正成典 Ⅱ 系統(tǒng)。一般情況下 ,當控制對象的兩個時間常數(shù)之比 TL/T∑I ≥10 時 ,典 Ⅰ 系統(tǒng)的抗擾恢復時間還是可以接受的。因此 ,一般多按典 Ⅰ 系統(tǒng)來設計電流環(huán) [6]。 本設計 因為 δi% ≥5%且 TL/T∑I =10。所以 按典 Ⅰ 系統(tǒng)設計 ,選 PI 調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ?? iisA S R ss KW 1)( ?? (22) 式中 Ki—電流調節(jié)器的比例系數(shù) i? —電流調節(jié)器的超前時間常數(shù)。 為了讓調節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數(shù)極點，選擇 i? =TL, 則電流環(huán)的動態(tài)結構圖可以化簡為圖 22： ?)(* sU i?? )( sId )1( ?? sTs K i I 圖 32 電流環(huán)簡化成典 Ⅰ 系統(tǒng) 20 、 電流調節(jié)器參數(shù)的計算 、 計算時間常數(shù)和比例系數(shù) 電流調節(jié)器積分時間常數(shù) : τI =Tl = 電流開環(huán)增益 : 要求 σi%≤5%, 應取 KIT∑i= 因此 KI = ∑i=（ 1/s） 電流反饋系數(shù) β V / A )(05 10* ?????? nomimdmimd i IUIUIU ?? (23) 于是， ACR 的比例系數(shù) : 0 0 1 8 0 0 1 7 ?? ???? KRKK siIi ?? (24) 、 計算調節(jié)器電阻和電容 按所用運放取 R0 =40k(Ω ),則 Ri = KiR0 = (Ω ) (25) Ci =τ i /Ri= (26) Coi =4Toi /R0 =4*(40*103)= F (27) 在工程實際中 Ri 取 5kΩ . 、 校驗近似條件 電流環(huán)的截止頻率 ωci =KI = 21 、 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件 ωci ≤1/3Ts 現(xiàn)在 ， 1/3TS=1/3*=ωci ，滿足近似條件。 、 忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 TTW lmci 13? (28) 3(1/TmTl)1/2=3*(1/(*))1/2=ωci =KI = 、 小時間常數(shù)近似處理條件 TTW oisci 131? (29) 1/3(1/TsToi)1/2=1/3*(1/(*))1/2=ω ci = 按上述參數(shù) ,電流環(huán)可以達到動態(tài)指標 σI%=%5%。 、 電流環(huán)的動態(tài)性能指標 、 頻域指標 電流環(huán)的動態(tài)結構圖如圖 32 所示 ,其開環(huán)頻率特性為 : )1()( ??? iIK jTj KjG ??? (210) L(ω)=20lgKI20lgω20lg(1+T∑i2ω2)189。 (211) Φ(ω)=90otg1T∑iω (212) γ(ω)=90otg1T∑iω (213) 根據(jù)典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)跟隨指標和頻域指標的參數(shù)的關系 , 當KIT∑i= 時 , 阻尼比 ξ=，振蕩指標 MP=1， 截止頻率 ωci=KI= 22 因此 Φ(ω)=90otg1T∑iω= γ(ωci)=180Φ(ω)= 、 跟隨性能指標 σi%=%5% 上升時間 tr=∑i=*= 超調時間 tm=∑i=*=