【正文】 不久我們將走上工作崗位，希望能夠綜合應(yīng)有所學(xué)理論知識(shí)去分析解決實(shí)際工程問題，將設(shè)計(jì)應(yīng)有于實(shí)踐，展現(xiàn)出大學(xué)生應(yīng)該具有的技術(shù)理論知識(shí)水準(zhǔn)。在此要感謝我們的指導(dǎo)老師胡老師和陳老師的悉心指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。 在這次電氣傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，首先我通過認(rèn)真的準(zhǔn)備，對所學(xué)的理論知識(shí)有了更深的了解，對以前沒有弄清楚的問題在這次設(shè)計(jì)中通過親自 動(dòng)手查證，論證，都一一解決了。 小結(jié) 27 經(jīng)過兩周的努力，這次的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)終于完成了。 (3)用面向系統(tǒng)電氣原理圖的仿真方法對系統(tǒng)進(jìn)行仿真 分析，可以很方便地對各種工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證、節(jié)約大量人力物力，從而實(shí)現(xiàn)高效、成功的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析。 結(jié)論 通過繞線式異步電動(dòng)機(jī)斬波串調(diào)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)和分析可得出以下結(jié)論 : (1)以系統(tǒng)的電氣原理圖為基礎(chǔ)，無需推導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，直接調(diào)用Simulink 和 Power System 工具箱中的元件模塊就可進(jìn)行系統(tǒng)的建模與仿真，這種面向系統(tǒng)電氣原理圖的仿真方法簡單、直觀且建模周期短。而在動(dòng)態(tài)過渡過程中，仿真系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對階躍給定信號(hào)的跟蹤有一定的偏差。將控制系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)與時(shí)間數(shù)據(jù)都返回到 MATLAB 命令窗口之后，可以用繪圖命令 plot(tout, yout)在命令窗口里繪制出圖形，并能對圖形進(jìn)編輯。 該仿真結(jié)果是采用“ outl”模塊觀察的仿真輸出結(jié)果，該輸出模塊會(huì)將數(shù)據(jù)返回到 MATZAB 命令窗口中，并自動(dòng)用一個(gè)名為“ yout”的變量保存起來。速度給定選階躍給定。負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 為 30N178。晶閘管逆變橋參數(shù) :通態(tài)內(nèi)阻 ? ，通態(tài)電感 0，冷態(tài)電阻 10? ，冷態(tài)電感 6e? F。優(yōu)化后的主要環(huán)節(jié)參數(shù)如下 : 交流電源 :工頻、相電壓有效值 127V。先內(nèi)環(huán)、后外環(huán) 。 按照斬波串級調(diào)速系統(tǒng)先單元、后系統(tǒng) 。相對允許誤差為 210? ,絕對允許誤差為 auto，變步長 。和漏感 /IrL =2mH，互感mL = mH，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J = 2Kg m? ，極對數(shù) P =2，三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。如圖 2— 5所示。 主電路的建模 M C L 2 L 1TND I G C T隔離電路T M S 320 LF 2407 AACRA S RUiUiUgUpU c tP W M 控制逆變控制電路霍爾電流傳感器增量式光電編碼器 24 根據(jù)三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斬波串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路組成框圖，利用Simulink 和 Power System 工具箱，在同步電源與六脈沖觸發(fā)器模型封裝后，將六脈沖觸發(fā)器輸出的脈沖放大，與其它模塊連接即可建立主電路，與實(shí)際電路不同的是，這里的電流反饋信號(hào)直接引用了晶閘管有源逆變器輸出的電流，轉(zhuǎn)速反饋直接采用電機(jī)輸出信號(hào)測量分路器中的電機(jī)轉(zhuǎn)速 m? (rad/s)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是外環(huán)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間是串級連接的關(guān)系。 速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均采用 PI 調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓再作為導(dǎo)通比為 a的控制電壓加至 PWM 后與 PWM 內(nèi)的載波比較以產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈沖波。因此需要有一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來完成這個(gè)任務(wù)。 圖 2— 3 有轉(zhuǎn)子斬波器的異步電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)調(diào)速中的特點(diǎn)是 :在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很快的加大到允許過載能力值 Idm ，并且保持不變，在這個(gè)條件下，轉(zhuǎn)速 n得到線性增長，當(dāng)升到需要的大小時(shí)，電機(jī)的電流急劇下降到克服負(fù)載所需的電流值 Ifz 。由于受斬波器開關(guān)作用的影響，整流 器輸出電流 Id 是脈動(dòng)的，會(huì)引起轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，為抑制轉(zhuǎn)子電流的斬波脈動(dòng)率，在直流主回路中串接一個(gè)平波電抗器。圖中轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自于增量式光電編碼器，電流反饋信號(hào) Ui 取自直流主回路中設(shè)置的霍爾電流傳感器。 轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)： 圖 2— 3 為具有雙閉環(huán)控制的繞線異步電動(dòng)機(jī)斬波串級調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。雙閉環(huán)系統(tǒng)是一種具有電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，較單閉環(huán)系統(tǒng)有著更為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特 性。只是后者 UI 的功率因數(shù)比較高，接近 ，且恒定。在交流電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，改變 /T? ，就可以改變 Id 的大小，即改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 Te ，從而達(dá)到調(diào)速的目的。圖中 ? 為 CH 的開通時(shí)間， T 為 CH 的開斷周期， Un 為斬波器 CH 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， UZ 為 CH 兩端的電壓波形， iVD 為經(jīng)流二極管 DV 的電流波形， iCH 為流經(jīng)斬波器 CH 的電流波形。在 CH 截止時(shí)， Id 通過 DV 流入逆變器， Id下降。有源逆變器 iU 的逆變角 ? 選擇可以一個(gè)最小的固定的 min? ，因此 Ui 為固定電壓。 圖 2— 1 斬波控制串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖 具有斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)與普通串調(diào)系統(tǒng)相比在直流回路中增加了開關(guān)器件 CH 、隔離二極管 DV ,濾波電容 C 。而且更重要的是前者比后者能夠大大改善功率因數(shù)。逆變器的控制角可取為較小值，且固定不變，故可降低無功損耗，而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。因此，從節(jié)約能源的角度來說，就需要尋找方法來提高串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)， 改善其效率。 能量指標(biāo)是衡量調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的重要方面，而系統(tǒng)的效率與功率因數(shù)是能量指針的主要內(nèi)容。此外將磁力站的接觸器轉(zhuǎn)換為真空接觸器或雙向晶閘管，提高了系統(tǒng)的可靠勝、降低了噪音，改造后的效果是顯著的。 在交流提升機(jī)的拖動(dòng)控制改造方面，國內(nèi)的許多單位和一些專家也作了許多努力。 二 交流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真 20 1 引言 隨著電力電子 技術(shù)、變頻技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。由于在本系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機(jī)內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。第二階段， ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。下面分析一下仿真的結(jié)果。圖 82是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為 ode23tb，仿真 Start time設(shè)為 0， Stop time 設(shè)為 。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán) 系統(tǒng)仿真模型如圖 81所示。而電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出限幅就決定控制角的最大和最小限制。模型中轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋均取自電動(dòng)機(jī)測量單元的轉(zhuǎn)速和電流輸出端，減小了測速和電流檢測環(huán)節(jié)，這不會(huì)影響仿真的真實(shí)性。其中的主電路部分，交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用 Power System 模型庫的模塊。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 系統(tǒng)的建模 采用 Simulink 工具箱中的 Power System 模塊組成的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖 61 所示。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。 其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 5— 2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由 h=4，查得 %10% ??n? ，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使 ASR 退飽和重計(jì)算 n? 。 FkRC nnn ?? ???? ，取 F? FkRTC on ?140 0on ????? ，取 1 F? 。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：I WsTK ??? ? 1on ，滿足近似條件。 （ 4）檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 11 ??????? nNN KWKW ?。 （ 2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)： 按設(shè)計(jì)要求，選用 PI調(diào)節(jié)器 ? ? ? ?ssKsWnnnA SR ? ?? ?? 1 （ 3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)： 按跟隨和抗干擾性能較好原則，取 h=4,則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為：shT nn 0 6 9