电气工程综合课程设计

1、电气工程电气工程综合综合课程设计课程设计安徽工业大学 电气信息学院 自动化系 2011.11.24主讲：黄松清E-mail: Mb:气工程综合设计的电气工程综合设计的目的目的l促进知识(书本)到实际工程的转化能力的培养；l总工程师与工程师，系统与子功能块之间的关系l电子电路、微机原理（已经进行），电气工程综合课程设计（即将进行）；电气工程综合设计的电气工程综合设计的目的（目的（续续）l在校学习：知识通过一门门课程学习，现场问题是综合、复杂的系统，要学会知识综合能力的培养；要善于应用知识，多知识领域的交叉；l培养大家运用知识、综合知识的能力；学习知识能力的培养；从事实际

2、工程能力；电气工程综合设计的电气工程综合设计的知识架构知识架构l电路原理、电工基础l模电/数电、自动控制理论、过程控制、智能控制；lPLC等DPPAFA设备，总线（DCSFCS)技术；l计算机原理与应用及计算机控制系统；l电力拖动基础(运动控制系统)、电力拖动控制系统；l电力电子技术、工厂供、配电系统；l系统仿真等 电气工程电气工程综合设计综合设计的的任务与要求任务与要求控制理论与控制工程（双控专业）l控制理论l控制工程l过程控制l运动控制1）以速度控制为目的的调速系统；2）以位置控制为目的的伺服系统电气工程电气工程综合设计综合设计的的任务与要求任务与要求以传动系统为例，以下几个方面应该注意：

3、l通过传动系统设计，掌握工程背景的设计问题解决方法；l对象：传动执行机构，具体电机，直流电机、交流异步电机、同步电机或相关的控制电机；l控制策略，PID、先进控制策略、智能控制、自适应控制、MAC、MPC、GMPC、反馈控制等；l控制手段：DDC、LSI、时序电路、CPU、计算机、PLC、工业控制计算机等电气工程综合设计的电气工程综合设计的任务与要求（任务与要求（续续）l电机驱动的电源，电力电子技术的应用，四种基本变换电路逆变直流斩波直流交流电力控制变频、变相整流交流交流直流 输出 输入电气工程综合设计的电气工程综合设计的内容与时间安排内容与时间安排l选择课题l主电路设计：主电路的方案、参数选

4、择；l保护电路：电流、电压保护；电力电子装置中缓冲电路（Snubber电路）；l控制电路：控制方法（PID参数选择等）l相关仿真（在工企楼301）l实验验证（在工企楼101）l课程设计报告电气工程综合设计的电气工程综合设计的内容与时间安排（内容与时间安排（续续）l课题选择：在进行课程设计前思考，提出方案，有指导老师进行判定是否可行，实验室是否有条件开出等；l电路设计、仿真设计：13天；l仿真：安排两个单元时间；l硬件实验：两个单元时间；l实验总结：分析实验，写出课程设计总结报告。电气工程综合设计的电气工程综合设计的内容与时间安排（内容与时间安排（续续）l硬件实验：同学相互组合，46人一组，接线

5、、测量、调试、记录协调配合；l仿真：一人一机，根据自身设计的方法，设计仿真程序，进行仿真，分析仿真结果，尤其要检验参数设计是否合理；l仿真在 Matlab平台上进行。电气工程综合设计的电气工程综合设计的内容与时间安排（内容与时间安排（续续）l课程设计的主要成果应该在课程设计报告中。l课程设计报告应该包含以下内容 1.课题内容； 2.设计方案与原理叙述； 3.装置元、器件选择； 4.仿真结果与分析。电气工程综合设计的电气工程综合设计的时间时间安排安排l第七学期的最后两周；l首先集中讲解，分组；l分散实验；电气工程综合设计的电气工程综合设计的相关约束（相关约束（纪律纪律）l思想上要认真对待，执行学

6、校的学籍管理规定、上课纪律；l加强学习主动性，按时实验，及时上机，完成实验报告；l如果没有完成，只能随下一届，与生产实习一样电气工程综合电气工程综合设计的设计的相关约束（相关约束（纪律纪律）（）（续续）l按时实验和上机。由于实验条件限制，大家要在指定的时间段完成实验和上机，这就要求大家一定要预习，有准备的进行课程设计；l实验和上机结束后，经指导老师同意、检查实验与仿真结果后，才能够离开，否则视为缺席（后果非常严重！）电气工程综合电气工程综合设计的设计的相关约束（相关约束（纪律纪律）（）（续续）l在指定的时间、地点进行指导和答疑；l课程设计过程中，要多进行交流、方案的比较，尤其要进行仿真研究；l

7、课程报告要写出心得，独立完成。电气工程综合设计的电气工程综合设计的参考课题参考课题一、不可逆直流调速系统设计直流它励电机，额定功率555(kW)，额定电压750 （V） ，额定电流760 （A） ，额定转速375（rpm） ，过载系数1.5 ，电枢电阻0.14 （ ） ，直流回路总电阻（包括限流电抗器） 0.14 （ ） ，电机及负载折算到电机轴上的综合转动惯量J不可逆不可逆直流直流调速调速系统设计（系统设计（续续）转动惯量JGD2J )mkg(94902励磁电压220（V），额定励磁电流33.1（A），供电电源3相50（Hz）3000（V），有效值。不可逆不可逆直流直流调速调速系统设计（系统

8、设计（续续）调速系统设计指标l稳态无静差；l电流调节器超调量不大于5%；l转速调节器超调量不大于10%；整流整流变压器变压器的的设计设计 整流变压器的参数一次侧电压U1、电流I1、二次侧的电压U2、电流I2、变压器的视在功率（容量）S。为了减少整流对电网的影响，整流变压器一般采用/Y、 /接线，具体的钟点数，根据具体情况决定。整流整流变压器变压器的的设计设计（续（续）一、整流变压器电压计算 整流变压器的一次侧电压受电网电压的限制，不需要计算。二次侧电压(U2）可以根据下面的公式计算：UCOSkbmin2UU额定整流整流变压器变压器的的设计设计（续（续）二、整流变压器的电流选择 对于三相桥式整流

9、：II322电机额定整流整流变压器变压器的的设计设计（续（续）整流变压器的视在功率(S)IU223S交流侧交流侧进线进线电抗器电抗器的设计的设计 直接用交流电源，不用变压器，则为了抑制SCR导通时的di/dt、限制短路时的短路电流的上升率，选择交流侧进线电抗器（L）。(mH)816. 0f204. 0L10IU32直流电机可控硅可控硅（SCR)的的选择选择一、可控硅（SCR)额定电压的选择 可控硅（SCR)额定电压是指断态重复峰值电压（UDRM）和反向重复峰值电压（URRM）中的较小的值选取。 可控硅（SCR)额定电压应该根据整流输入电压的峰值来选择。同时，要考虑SCR恢复阻断时的换向过电压，

10、操作及事故时的过电压，应该留一定的安全余量。安全余量取2-3倍可控硅可控硅（SCR)的的选择选择（续（续）对于三相桥式整流，可控硅（SCR)额定电压用下式计算KUUU2RRMn632n 功率开关元件的串联数；KU均压系数，0.8-0.9可控硅可控硅（SCR)的的选择选择（续（续）二、可控硅（SCR)额定电流IFAV是指SCR允许通过的最大通态电流（工频半波平均值）。 决定SCR电流大小的是SCR的管芯温度，因此最还从SCR的管芯温度来校核额定电流最为合适，但非常复杂，不实用。 工程上，根据SCR电流的有效值来选择SCR的额定电流，同时考虑1.5-2倍的安全裕量。可控硅可控硅（SCR)的的选择选

11、择（续（续）流过的电流有效值并联均流系数，数为功率开关单元的并联SCR8 . 08 . 0SCRKnKn57. 125 . 1IIITTAV直流电机直流电机电枢电枢电感量电感量的的计算计算)mH(p2C1 .1910InUL3a额定额定额定C-补偿系数，有电枢反应补偿为0.1，无补偿为0.4平波平波电抗器电抗器电感量计算电感量计算)mH(693. 0LIUmind2U2变压器二次侧电压有效值；Idmin整流桥的输出最小电流对于三相整流桥，直流回路总电感量：平波电抗器平波电抗器电感量电感量LLLaTpL三相三相整流整流变压器变压器漏感漏感(LT )计算计算LT(mH)100%22. 110IUU

12、32K额定电源频率I额定电机额定电流励磁回路励磁回路计算计算励磁电阻 Rf=Uf/If磁场与电枢间的互感 Lm=KE/If其中，KE是以弧度/秒为单位的电势常数，260CKeE电流电流调节器调节器的的设计设计1.确定电流环的时间常数 电流环时间常数包括整流器的失控时间常数TS、电机电磁时间常数TTEM、电流给定（反馈滤波）时间常数TOi、电流环的小时间常数TI、电流反馈系数、系统直流回路的总电阻R.电流电流调节器调节器的的设计设计(续续)2.确定电流调节器的结构 电流调节器（ACR, Automatic Current Regulator）一般按照典型系统设计，采用PID控制器。当然PID就有

13、许多种类，积分分离、微分先行等对不同的对象，PID不同。iiiACR1s) s (KG电流电流调节器调节器的的设计设计(续续)3.确定电流调节器的参数i=电机电磁时间常数TTEM按照电流调节器超调量的要求，由典型系统的相关表格，查出Ki、电流环的小时间常数TI转速转速调节器调节器的的设计设计1.确定转速环的时间常数 转速环的时间常数包括电流环等效时间常数2Ti、转速环小时间常数Tn、转速给定（反馈滤波）时间常数Ton、转速反馈系数. 转速给定（反馈滤波）时间常数Ton取0.1.TT2Tonin转速转速调节器调节器的的设计（设计（续续）.选择转速调节器结构按照工程实际，转速调节器（，Automa

14、tic Speed Regulator）按照典型型系统设计。 其传递函数 s1ssnnnASRKG sGASR转速转速调节器调节器的的设计（设计（续续）3.确定转速调节器（）参数 Tnnhh一般取h=5计算转速环的开环放大系数KN、转速调节器的放大系数Kn转速转速调节器调节器的的设计（设计（续续）Th2K2n2N1hTTCKnTEMenRh21h注：上面的 ACR 、 ASR选定以后，一定要代入计算超调量进行校核！电气工程综合设计的电气工程综合设计的参考课题参考课题二、可逆调速系统设计电机参数与课程设计一同；采用逻辑无环流或错位无环流进行设计（参考上海大学，陈伯时，电力拖动控制系统）电气工程综

15、合设计的电气工程综合设计的参考课题参考课题三、三相交流异步鼠笼电机变频驱动系统设计l采用AD-DC-AC;lAC/DClDC/AClLink电路设计、缓冲电路设计l开关器件：SCR、GTR 、 IGBT 、 MOSFET三相三相交流交流异步异步鼠笼电机鼠笼电机变频驱动变频驱动系统设计（续）系统设计（续）l保护电路设计，电流（变化）、电压（变化）l采样、隔离、放大l主控制器采用单片机、工控机三相三相交流交流异步异步鼠笼电机鼠笼电机变频驱动变频驱动系统设计（续）系统设计（续）三相交流鼠笼异步电动机参数 四极，额定电压380（V），额定电流3.75（A），额定功率2.2（kW），额定转速1485（r

16、pm），额定功率因数0.85，折算到转子的转动惯量J=0.19（kg*m*m），折算到定子侧的定子电阻0.435（），折算到定子侧的转子电阻（），定、转子间的互感为0.002（mH），定子绕组自感0.002（ mH ），定子自感0.002（ mH ）。手机手机充电电源充电电源的的设计设计四、手机充电器的设计l提出手机充电器的性能参数；l具有恒流功能l不得采用降压变压器l可以采用CPU、单片机l电源性能指标符合国家相关要求太阳能太阳能发电系统发电系统的的设计设计五、太阳能发电系统的设计太阳能发电输出在3080（V),可变直流电压，要求可以对用户单独供电，可以并网运行。并网电源并网电源：220220（V V）5050（HzHz）智能智能变流量变流量恒压恒压供水系统供水系统的的设计设计六、智能变流量恒压供水系统的设计实验室能够提供的条