【導(dǎo)讀】不可逆V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　

【正文】 的調(diào)節(jié)作用，使得電流很快的恢復(fù)原值。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小，可以忽略。 時(shí)間常數(shù)的確定 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 表 一 各種整流電路的失控時(shí)間（ f=50Hz） 整流電路形式 最大失控時(shí)間Tsmax/ms 平均失控時(shí)間 Ts/ms 單相半波 20 10 單相橋式 10 5 三相半波 三相橋式 系統(tǒng)電磁時(shí)間常數(shù) Tl：由上可知 LΣ =， RΣ =，整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts：按表 一 ，三相橋式電路的平均失控時(shí)間為 Ts=。 電流濾波時(shí)間 Toi：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 12） Toi=，因此取 Toi=2ms=。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 T∑ i：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，為了方便起見本設(shè)計(jì)中我們就取 T∑ i=Ts+Toi=。 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求δ i≤ 5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （ 53） 式中， Ki— 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) τ i— 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù) 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： TL/T∑ i =ssKsW iiiA CR 1)( ?? ??不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 對(duì)照典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。 圖 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)τ i=Tl=。電流開環(huán)增益：要求δ i＜ 5%時(shí)，按表二應(yīng)取 KIT∑ i=，因此 KI=∑ i=。取 Ks=48，而電流反饋系數(shù)β =10V/=10/（ 291） =，于是， ACR 的比例系數(shù)為 : iK = iI sRK K?? （ 53） =**（ 48*） = 有 WACR(s)=（ +1） / 表 二 典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 參數(shù)關(guān)系 KT 阻尼比 ξ 超調(diào)量 δ 0% % % % % 上升時(shí)間 tr ∞ 峰值時(shí)間 tp ∞ 相對(duì)穩(wěn)定裕度 γ 176。 176。 176。 176。 176。 截止頻率 ω c 近似條件校驗(yàn) 電流環(huán)截止頻率：ω ci=KI=。 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 (1) 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 13sT 13 ? ?1s? = 1s? ω ci （ 54） 滿足近似條件。 (2) 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件： 3 1/( )mlTT =3*√￣ 1/*= （ 55） 滿足近似條件。 (3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 1 1/( )3 s oiTT =1/3√￣ 1/*=＞ ωci （ 56） 滿足近似條件。 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 按所用運(yùn)算放大器取 R0=40kΩ，各電阻和電容值為 : Ri=KiR0= 40=276kΩ； Ci=τ i/Ri=（ 276 103） = F，取 F； Coi=4Toi/R0=4 106f= F，取 F。 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為δ i=%＜ 5%（見表二），滿足設(shè)計(jì)要求。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器 ASR 的調(diào)節(jié)作用： S 速度環(huán)是由 ASR 和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的閉環(huán)。它的主要作用是駁 斥轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并最后消除轉(zhuǎn)速靜差。 由于 ASR 屬于 PI 調(diào)節(jié)器，因此在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 △ Un = Usn ＆ n = 0 （ 57） 所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候， n =Usn/＆ （ 58） 它表示當(dāng) Usn一定時(shí)， ASR 的作用，轉(zhuǎn)速 n 穩(wěn)定在 Usn/＆，假設(shè) n＜ Usn/＆。 從上面的分析可以卡出，當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)要求電流迅速響應(yīng)轉(zhuǎn)速 n 的變化而變化的時(shí)候，而電流環(huán)則要維持電流不變，這種性能會(huì)不利于電流對(duì)轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)，有使靜特性邊軟的趨勢(shì)。但由于轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)的作用只相當(dāng) 于轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)部一種擾動(dòng)。不起主導(dǎo)作用。只是轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)足夠大，最后還是只靠 ASR 的積分作用，消除轉(zhuǎn)速偏差。 時(shí)間常數(shù)的確定 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)已取 KIT∑ i=，則 1/KI=2T∑ i=2 =。 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) Ton：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 Ton=。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) T∑ n：按小時(shí)間近似處理 , T∑ n=1/KI+Ton=+= （ 59） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的 PI 調(diào)節(jié)器 ,其傳遞函數(shù)為 （ 510） 式中 Kn— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； τ n— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 ssKsW nnnA SR 1)( ?? ??不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為τn=hT∑ n=5 =，可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 : KN=(h+1)/2*h2 T∑ n= （ 511） 其中： Ce=（ UNINRa） /nN=（ 230291 ） /1450=（ 512） α =10V/ nN =10/1450= （ 513） 于是可得 ASR 的比例系數(shù)為： ( 1)2 emn nh C TK h RT?? ???= 有 WASR(s)=（ +1） / 近似條件校驗(yàn) 由式 K=ω 1ω c得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為ω =kNτ n=*=。 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件?i31 TKI =ω ，滿足簡(jiǎn)化條件。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件on31 TKI = ω ，滿足近似條件。 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 取 R0=40kΩ，則 Rn=KnR0= 40=，取 120kΩ； Cn=τ n/Rn=，取 F； Con=4Ton/R0=4 （ 40 103） =1μ F，取 1μ F。 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) h=5 時(shí)，由表 三 查得，δ n=%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表四是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)， 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(jì)算超調(diào)量。 表三 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按 Mmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系） h 3 4 5 6 7 8 9 10 δ % % % % % % % % tr/T ts/T k 3 2 2 1 1 1 1 1 設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù) z=0，已知λ =2， IN=291A， nN=1450r/min，Ce=， Tm=， T∑ n=。當(dāng) h=5 時(shí)，由表 四 查得，ΔCmax/Cb=%，而調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降Δ nN=INR∑ / Ce=291，當(dāng) h=5 時(shí)，由表 三 查得，σ n=%能滿足設(shè)計(jì)要求。 表四 典型Ⅱ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 h 3 4 5 6 7 8 9 10 Δ Cmax/Cb % % % % % % % % tm/T tv/T 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 設(shè)計(jì)總結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，由于對(duì)所學(xué)內(nèi)容不夠了解，而支付了大量的時(shí)間對(duì)課本加深印象；期間，屢進(jìn)圖書館只為查閱大量的與本設(shè)計(jì)相關(guān)的資料。查閱大量與電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)知識(shí)，使我們重新認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化這個(gè)專業(yè)的優(yōu)勢(shì)。做設(shè)計(jì)期間，屢次探討，只為與實(shí)際聯(lián)系，做出一個(gè)帶著我們的思想的課程設(shè)計(jì)。 在結(jié)束時(shí)，我們真的很高興，做設(shè)計(jì)這個(gè)過程預(yù)示著我們長(zhǎng)大一般。只有經(jīng)歷過，才知道喜悅是最終的果實(shí)。 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37 參考文獻(xiàn) 1 自動(dòng)控制系統(tǒng) .陳伯時(shí)主編 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .1981 2 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第 2 版） .陳伯時(shí)主編 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .1992 3 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)－運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第 3 版） .陳伯時(shí)主編 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 4 電力電子技術(shù) .王兆安主編 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 5 半導(dǎo)體變流技術(shù) .黃俊主編 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 6 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .1992 7 電機(jī)控制專用集成電路與應(yīng)用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . 8 半導(dǎo)體變流技術(shù)（第 2 版） .莫正康 .主編 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 不可逆 VM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 附 錄 KJ004C9C6R18RP3R15RP6R21KJ004C8C5R17RP2R14RP5R2013456789 10 11 12 1314 15 162KJ004C7C4R16RP1R13RP4R19R10R7R1R4C1C2C3R8R2R5R9R3R6R11R121345678 9101112131415162KJ041220V36Vout+outin脈沖變壓器out+outin(1~3腳為6路單脈沖輸入)(15~10腳為6路雙脈沖輸出)Vt1Vt3Vt5Vt4Vt6Vt2MCRUsaUsbUsc+15V15VTG13456789 10 11 12 1314 15 16213456789 10 11 12 1314 15 162表限幅作用Ro2Ro2Ro2Ro2ConConRbalRnCnASRRo2Ro2Ro2Ro2CoiCoiRiCiRbalACRUi*Un *UcU雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖TAVVVVD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7VD8VD9VD12VD11VD10R22R23R24 R25R26R27C10C11C12C15C14C13LVD13~VD16FuFu4Fu5Fu6Fu3Fu2Fu1Fu7~Fu9Fu10~Fu12UaUbUc