【導(dǎo)讀】或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓nU?傳遞函數(shù)參數(shù)計算........

　　

【正文】 抗負載擾動。負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加 (減 )負載時，必然會引起動態(tài)速降 (升 )。為了減少動態(tài)速降 (升 )，必須在設(shè)計 ASR時，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標。對于 ACR 的設(shè)計來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。 抗電網(wǎng)電壓擾動。電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動在系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它的動態(tài)抗擾效果也不一樣。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動和負載電流擾動都作用在被負反饋環(huán)包圍的前向通道上，僅就靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。但是從動態(tài)性能上 看，由于擾動作用的位置不同，還存在著及時調(diào)節(jié)上的差別。負載擾動作用在被調(diào)量的前面，它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測出來，從而在調(diào)節(jié)器 ASR上得到反映。電網(wǎng)電壓擾動的作用點則離被調(diào)量更遠，它的波動先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)嫌晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，這個問題便大有好轉(zhuǎn)。由于電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當電壓波動時，可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后才在系統(tǒng)中有所反應(yīng)。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 中，由電網(wǎng)電壓波動引起的動態(tài)速降會比單閉環(huán)系統(tǒng)中小得多。 第 5章 主電路計算 變壓器參數(shù)計算 一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要變流 變壓器， 通過變壓器進行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變流裝置的互相干擾。 主變壓器采用 Δ/Y 接法。 第 26 頁 共 43 頁 26 2U 為二次側(cè)電壓， 2U 是一個重要參數(shù)，選擇過低，無法保證輸出額定電壓。選擇過高，又會造成控制角 α 加大，功率因數(shù)變壞 ，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。在要求不高的場合或近似估算時，可用以下公式近似計算。， BAUU d?)~1(2 ? 式中 A— 理想情況下， α=0 176。時整流電壓 d0U 與二次側(cè)電壓 2U 之比，即 02dUA U? ， B—控制角為 α 時，輸出電壓 dU 與 d0U 之比 ，即0ddUB U? ， ε — 電網(wǎng)波動系數(shù)，通常取 ε= ； 1～ —— 考慮各種因素的安全系數(shù)。 由查 表 得： A=，取 ε= ； α 角考慮 30176。 裕量： 2330c osc os ??? OB ? 表 51 變流變壓器的計算參數(shù) 整流電路 單相雙 半波 單相半控橋 單相全控橋 三相半波 三相半控橋 三相全控橋 帶平衡電抗器的雙反星形 02/dA U U? 0/ddB U U? cos? cos +12? cos? cos? cos +12? cos? cos? C 2 2 d/IK I I? 1 1 2220( 1 ~ ) ( 1 ~ ) 120 ~ 145 2dU VU V VAB?? ? ??? 取 U2=130V變比： 12380 2 .9 2130UK U? ? ? 由表查的 22/IdK I I? =，即可得二次側(cè)電流的有效值 22 5 5 A 0 .8 1 6 4 4 .8 8dII I K A? ? ? ? ? 第 27 頁 共 43 頁 27 一次側(cè)電流有效值 1I 21 4 4 .8 8 1 5 .3 72 .9 2I AIAK? ? ? 變壓器一次側(cè)容量 S二次側(cè)容量 S變流變壓器的平均容量 S由公式 計算 1 1 2 2S mU I? 2 2 2 2S mU I? )(21 21 SSS ?? 式中： 1m 、 2m 為一 次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)，對不同接線方式可由表查得： m1=3， m2=3 1 2 2 2 21 ( ) 3 1 3 0 4 4 . 8 8 1 7 . 52S S S m U I k V A? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計時留取一定的裕量，可以取容量為 18KV A? 的整流變壓器。 晶閘管參數(shù)計算 晶閘管額定電壓 在已知 U2 的條件下，由表可得晶閘管實際承受的最大峰值電壓 mTU ，乘以 (2～ 3)倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓 UTN。 ( 2 ~ 3 ) ( 2 ~ 3 ) 6 13 0 63 6. 87 ~ 95 5. 3TN TmU U V V? ? ? ? 取 UTN=800V。 晶閘管額定電流 選擇晶閘管額定電流 的原則是必須使 晶閘管 允許通過的額定電流有效值 TNI 大于實際流過 晶閘管 電流最大有效值 TI ，即 TAVTTN III )( ?? 第 28 頁 共 43 頁 28 表 2 晶閘管額定電壓、電流 線路圖 元件承受峰值電壓 mTU 控制角 2dUU K 26U 0 30 60 90 26U 0 30 60 90 26U 0 30 60 dddTTAVT KIIIIII ??? )( 其中 IK I? 為電流計算系數(shù)，可由表查得 K=. 考慮 (～ 2)倍的裕量 () ( 1. 5 ~ 2) ( 1. 5 ~ 2) 0. 36 7 55 30 .2 8 ~ 40 . 37T A V dI KI A A? ? ? ? ? 取 ()50T AVIA? ，可選 KP1007 晶閘管元件 [12]。 第 29 頁 共 43 頁 29 第 6章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié) 器的設(shè)計 用工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器，先內(nèi)環(huán)后外環(huán)，即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個小慣性環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 圖 61 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Toi— 電流反饋濾波時間常數(shù) Ton— 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) 確定系統(tǒng)時間常數(shù) 電樞回路的電磁時間常數(shù)： 17= 0 .0 1 71l L m HTsR ??? 電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)： 2210 1 375 375 2mG D RC e C m ??? ? ??? 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的失控時間： ? 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)的簡化 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化： 如上圖所示 反電動勢 E 與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計 第 30 頁 共 43 頁 30 帶來麻煩，須簡化。因電磁時間常數(shù) Tl 遠小于機電時間常數(shù) Tm，轉(zhuǎn)速變化比電流變化慢得多，因此，對電流環(huán)的電流瞬變過程來說 E基本不變，△ E≈ 0，即暫且把 E的作用去掉，得到忽略 E影響的電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖 如下圖所示 ，等效簡化后得： 圖 01 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡 確定時間常數(shù) 1） 整流裝置滯后時間常數(shù) sT ：由已知 sT =，查表知，為三相橋式電路的平均失控時間。 表 61 晶閘管整流器的失控時間（ f=50Hz） [5] 整 流 電 路 形 式 最大失控時間 smax()T ms 平均失控時間 ()sTms 單相半波 20 10 單相橋式（全波） 10 5 三相半波 三相橋式 2）電流濾波時間常數(shù) 0iT ：三相橋式電路每個波頭的時間是 ，為了基本慮平波頭，應(yīng)有（ 1~2） 0iT =，因此取 0iT =2ms=。 3）電流環(huán)小時間常數(shù)之和iT?：按小時間常數(shù)近似處理，iT?=sT +0iT =。 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 從動態(tài)要求來看，電流環(huán)的一項重要作用就是保持電動機電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，即在突加控制作用時不希望有超調(diào)，或者超調(diào)越小越好。從這一考慮出發(fā)，應(yīng)該把電流環(huán)校正為典型 I型系統(tǒng)。電流環(huán)的另一個重要作用是對電網(wǎng)電壓波動的及時調(diào)節(jié)，從提高抗擾性能的觀 點出發(fā)又希望吧電流環(huán)校正成典型 II 型系統(tǒng) 。在一般情況下，當電流環(huán)控制對象的兩個時間常數(shù)之比 l 10iTT? ?時有表可知典型 I 系統(tǒng)的恢復(fù)時間還是 第 31 頁 共 43 頁 31 可以接受的。 檢查對電源電壓的抗擾性能： l 0 .0 1 7 4 .6 1 00 .0 0 3 6 7iTT? ? ? ?，參看下表的典型 I 系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，可以查得各項指標。 表 62 典型 II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系 1 2 2//m T T T T?? 15 110 120 130 max 100%bCC? ? % % % % /mtT v/tT 所以電流環(huán)按典型 I 系統(tǒng)設(shè)計，電流調(diào)節(jié)器選用 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 i( s ) iACRiKW s??? （ s+1 ） 傳遞函數(shù)參數(shù)計算 為了將電流環(huán)校正為典型 I 系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器的領(lǐng)先時間常數(shù) i? 應(yīng)對消控制對象中的大慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù) lT ，即取 ? ?? 取電流超調(diào)量 5%i?? ，則有 I iKT ??,因此 111 1 3 6 . 22 2 0 . 0 0 3 6 7IiKsT ?? ? ??? 于是可以求得 ACR 的比例放大系數(shù) iK ， 其中 電流反饋系數(shù) / ( 10 / )NV A V I? ?? 1 3 6 . 2 0 . 0 3 4 1 0 . 8 7 70 . 1 2 4 4IiisKRK K?? ??? ? ?? 第 32 頁 共 43 頁 32 校驗近似條件 1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件為 13ci sw T? 現(xiàn)在 113 Iw K s??? ，而 111 1 9 9 .63 3 0 .0 0 1 6 7s sT ????顯然滿足近似條件。 2)電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 113ci s oiw TT? 而 11 1 1 1 1 8 2 . 43 3 0 . 0 0 1 6 7 0 . 0 0 2 cis o iswTT ?? ? ?? 顯然也滿足近似條 件。 3）忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 13ci mlw TT?，而 1113 3 8 3 . 4 60 . 0 7 6 0 . 0 1 7 cimlswTT ?? ? ? ?? 滿足近似條件。 設(shè)計后電流環(huán)可以達到動態(tài)指標 5%i?? 。 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 電流調(diào)節(jié)器原理如圖 53 所示，按所用運算放大器取 0 40Rk??,各電阻和電容值計算如下： 圖 53 含濾波環(huán)節(jié)的 PI型電流調(diào)節(jié)器 第 33 頁 共 43 頁 33 0 40 ( )iiR K R k? ? ? ? ? (取 35k? ) 630 . 0 1 7 0 . 4 8 5 1 0 0 . 4 8 53 5 1 0iiiC F FR? ??? ? ? ? ?? （取 F? ） 634 4 0 . 0 0 2 0 . 2 1 0 0 . 24 0 1 0oioioTC F FR ???? ? ? ? ??（取 F? ） 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標 % 5%i? ??，滿足設(shè)計要求。 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計 確定時間常數(shù)： 1）電流 環(huán)等效時間常數(shù) 由于電流環(huán)按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計，且參數(shù)選擇為i ??，因此電流環(huán)等效時間常數(shù)為 2 2 0 .0 0 3 6 7 0 .0 0 7 3 4iTs? ? ?? 11 1 3 6 .2 42 2 0 . 0 0 3 6 7IiK T? ? ??? 2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) onT ：根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況選取 ,onT =. 3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)nT?： 2 0 .0 0 7 3 4 0 .0 1 0 .0 1 7 3 4onniT T T s? ? ? ? ??? 結(jié)構(gòu)選擇 由于設(shè)計有靜差要求，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積