【導(dǎo)讀】防工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。而電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約電能等方面。有著直接的決定性的影響。所以研究電機(jī)的調(diào)速控制的先進(jìn)理論和技術(shù)，不僅滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的要求，而且能提高能源的利用率。和分析，有利于選擇參數(shù)和設(shè)計(jì)的最合理的系統(tǒng)方案。

　　

【正文】 ~12 ? （ 51） 式中 A理想情況下， α =0176。時(shí)整流電壓 Ud0與二次電壓 U2之比，即 A=Ud0/U2 ； B延遲角為α?xí)r輸出電壓 Ud與 Ud0之比，即 B=Ud/Ud0； ε —— 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； 1～ —— 考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ? BAUU d?~12 ? (52) 由表查得 A=；取ε =；α角考慮 10176。裕量，則 B=cosα = 取 U2 =120VU1/U2=380/120= ? ?2 2201 ~ 106 ~ 5UV???? 一、 一次、二次相電流的計(jì)算 ： 由表查得 KI1=, KI2= 考慮變壓器勵(lì)磁電流得： 11 0 .8 1 6 5 51 .0 5 1 43 .2IdKIIAK ?? ? ?,取 14A 22 0 . 8 1 6 5 5 4 4 . 9IdI K I A? ? ? ? 二、變壓器容量的計(jì)算 S1=m1U1I1； （ 53） S2 =m2U2I2； （ 54） S=1/2(S1+S2)； （ 55） 式中 m m2 一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)； 由表查得 m1=3， m2=3 S1=m1U1I1=3 380 14= S2=m2U2I2=3 110 = KVA S=1/2(S1+S2)=1/2（ +） = 27 考慮勵(lì)磁功率 LP =220 =，取 S= 平波電抗器的設(shè)計(jì) 為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器 dL ，稱(chēng)平波電抗器。其主要參數(shù)有流過(guò)電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。 1）算出電流連續(xù)的臨界電感量 1L 可用下式計(jì)算，單位 mH。 min211dIUKL ? （ 56） 式中 1K －與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得 ： mindI 為最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī) 額 定 電 流 的 5 ％～ 10 ％ 計(jì) 算 。 根 據(jù) 本 電 路 形 式 查 得 1K = ，所以1L = 55 5%? ? = 2）限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量 2L 由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量 2L（單位為 mＨ）可用下式計(jì)算 diISUKL 222 ? （ 57） 式中 2K －系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)， iS －電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路 iS ≤（ 5～ 10）％。 根據(jù)本電路形式查得 2K =, 28 所以 diISUKL 222 ? = 10% 55? ? = 3）電動(dòng)機(jī)電感量 DL 和變壓器漏電感量 TL 電動(dòng)機(jī)電感量 DL （單位為 mH）可按下式計(jì)算 3102 ?? DDdD pnIUKL （ 58） 式中 DU 、 DI 、 n－直流電動(dòng)機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入； p－電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)； DK －計(jì)算系數(shù)。一般無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 8～ 12，快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 6～ 8，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 5～ 6。本設(shè)計(jì)中取 DK = DU =220V、 DI =55A、 n=1000r/min、p=1 3102 ??DDdD pnIUKL = 32208 102 1 1000 55??? ? ?=16mH 變壓器漏電感量 TL （單位為 mH）可按下式計(jì)算 DshTT IUUKL 100 2? （ 59） 式中 ： TK －計(jì)算系數(shù)，查表可得 shU －變壓器的短路比，一般取 5%～ 10%。 本設(shè)計(jì)中取 TK =、 shU = 所以 TL = 120/（ 100 55） = 4）實(shí)際串入平波電抗器的電感量 考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電感量： ? ? mHLLLLL TDd )2(,m a x 121 ???? （ 510） 5) 電樞回路總電感 : TDd LLLL 21 ???? =++2 = 29 6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真 控制系統(tǒng)的仿真說(shuō)明 一 、 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于 算法 開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及 數(shù)值計(jì)算 的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和Simulink 兩大部分。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱(chēng)為三大 數(shù)學(xué) 軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。 MATLAB 可以進(jìn)行 矩陣 運(yùn)算、繪制 函數(shù) 和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn) 算法 、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他 編程語(yǔ)言 的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、 信號(hào)處理與通訊、 圖像處理 、 信號(hào)檢測(cè) 、 金融建模 設(shè)計(jì)與分析等 領(lǐng)域 。 二 、 Simulink介紹 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn) 動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 建模、仿真和分析的一個(gè) 軟件包 ，被廣泛應(yīng)用于 線(xiàn)性系統(tǒng) 、非線(xiàn)性系統(tǒng)、 數(shù)字控制 及 數(shù)字信號(hào)處理 的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的 采樣速率。為了創(chuàng)建 動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 模型， Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形 用戶(hù)接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 系統(tǒng)的 建模與仿 真 結(jié)果 電流環(huán)仿真 經(jīng) 化簡(jiǎn) 和相關(guān)計(jì)算校正成典型 Ⅰ型 系統(tǒng)的電流環(huán) ， 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖在Simulink中搭建好 仿真 模型如圖 61所示， 產(chǎn)生的仿真波形如圖 62所以 。經(jīng) 計(jì)算 電流超調(diào) 量 為 %， 滿(mǎn)足 動(dòng)態(tài) 性能 指標(biāo)，電流環(huán)設(shè)計(jì) 成功。 30 圖 61 電流環(huán)數(shù)學(xué) 仿真模型 圖 62 電流環(huán) 仿真 波形 經(jīng)化簡(jiǎn)和 相關(guān)計(jì)算校 正 成典型 Ⅱ型 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速 環(huán) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 ， 在 Simuink 中搭建好仿真模型如圖 63所示， 產(chǎn)生的 仿真波形如圖 64所示 。 31 圖 63 電流環(huán)數(shù)學(xué) 仿真模型 圖 64 轉(zhuǎn)速環(huán) 仿真 波形 依據(jù) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，以及調(diào)節(jié)器的模型結(jié)構(gòu)圖，借助 Simulink軟件可得到雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)圖，如 圖 65所示 ，產(chǎn)生的仿真波形如圖 66所示 。 32 圖 65 雙閉環(huán)數(shù)學(xué) 仿真模型 圖 66 雙閉環(huán) 仿真 波形 33 系統(tǒng)的 仿真結(jié)論 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程如仿真圖 66 所示。由于在啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動(dòng)時(shí)間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動(dòng)，利用了飽和非線(xiàn)性控制方法，達(dá)到 “ 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 ” 。帶 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， ASR 的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無(wú)靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。 ACR 的作用是電流跟隨，過(guò)流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。通過(guò)仿真可知：?jiǎn)?dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線(xiàn)性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。 7 總結(jié) 本次設(shè)計(jì)是基于晶閘管控制的 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要工作是設(shè)計(jì)直流調(diào)速控制器的電路，同時(shí)相應(yīng)地介紹了器件的保護(hù)、電流調(diào)調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以及晶閘管的觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)借用圖書(shū)館的書(shū)籍以及 學(xué)術(shù)文章的檢索 ，查閱了許多關(guān)于本設(shè)計(jì)的書(shū)籍和資料 才對(duì)本 設(shè)計(jì) 有了較為深入的研究和學(xué)習(xí)，同時(shí)也收獲頗豐。 第一， 了解了調(diào)速的發(fā)展史， 了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿Γ莆樟诉@一方面未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)； 第二，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性； 第三， ASR、 ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿(mǎn)足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計(jì)算； 第四，直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立，參數(shù)的計(jì)算； 第五 ，運(yùn)用 MATLAB 仿真系統(tǒng)對(duì)所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，與此同時(shí)，進(jìn)一步熟悉了 MATLAB 的 相關(guān)功能，掌握了其使用方法。 34 8 致謝 通過(guò) 本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) ，我系統(tǒng)的 學(xué)習(xí) 了直流 雙閉環(huán) 調(diào)速 的相關(guān)理論， 自己思考 能力和動(dòng)手能力 也有 很大的提高 ， 明確 了 自己原來(lái)知識(shí) 的欠缺和不足 之處，所以 自己要學(xué)習(xí)的地方 還 太多，本次設(shè)計(jì)也加深了我對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，以及雙閉環(huán) 直流 調(diào)速 系統(tǒng)的原理及其靜、動(dòng)態(tài)特性的掌握 。 經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和工作，我努力完成了本次的設(shè)計(jì)與仿真。從開(kāi)題報(bào)告 到 確定論文思路，然后是 系統(tǒng)仿真，再到論文總體 書(shū)寫(xiě) ，每一次 的 分析 和總結(jié) 對(duì)我而言都是你巨大收獲 ，鍥而不舍， 金石可鏤 ，這次 設(shè)計(jì)是我 本科 階段 做 的最好的課題 。 獨(dú)立的學(xué)習(xí) 和思考 ， 圖書(shū)館查閱 相關(guān)資料和書(shū)籍，讓 很多 模糊 而 不 清晰 的 概念都有 很深刻的理解 ， 每次改進(jìn) 對(duì)我來(lái)說(shuō)都是 莫大的提升 。一花獨(dú)放不是春，萬(wàn)紫千紅春滿(mǎn)園。在 這里 我要 非常感謝 悉心教導(dǎo)我的苗峰老師和幫助過(guò)我的同學(xué)，他們都是我人生當(dāng)中的一筆財(cái)富 ，我會(huì)好好好珍惜。 參考文獻(xiàn) [1] 陳伯時(shí) . 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021 [2] 鄒伯敏 . 自動(dòng)控制理論 . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021 [3] 章燕申 ,袁曾任 . 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 . 清華大學(xué)出版社 , [4] 王兆安 ,黃俊 . 電力電子技術(shù) . 機(jī) 械工業(yè)出版社 , 2021 [5] 張柳芳 ,王彥輝 . 速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 新探平頂山師專(zhuān) , [6] 周淵深 . 交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB仿真 . 中國(guó)電力出版社 , 2021 [7] 王果 ,朱大鵬 . 直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法仿真 . 蘭州交通大學(xué) , [8] 徐月華 ,汪仁煌 . 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