电力拖动大作业概要

内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业前言双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、拖动领域中发挥着及其重要的作用。环直流电机设计方案的研究，用实际系统进行工程设计，并用所学的MATLAB进行仿真，分析了双闭环调速系统的工程设计方法中由于忽略和简化造成的误差。的系统，尽量缩短启、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机动，到达稳定转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而装入稳态运行。速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速用限制电流得冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中,我们速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最1内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业大电流、转矩首相的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用不同的阶段。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；转速环在外面，叫外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。2内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业第一章系统总体设计方图制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。1.1系统电路结构转速电流双闭环系统结构PI调3内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于图1-2。图中标出了两U个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压c为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。TAUiL+iiRn0*RnACRV0+ASR-LMR-UU0RUd0c*iU-nn+RP2-1.2两个调节器的作用电流调节器的选择：图1-2表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成KsW(s)iiACRsi为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择Til则电流环的动态结构图便成为图1-3所示的典型形式，其中KKiKsIRi4内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业图图转速调节器的选择包含在转速调节器ASR中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型Ⅱ型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为KsW(s)nnsn5内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业第二章整体电路分析2.1电流环设计电流环参数的计算1.确定时间常数1）整流装置滞后时间常数Ts=0.00167s2）电流滤波时间常数Toi=0.005sTTT3）电流环小时间常数之和∑i=s+oi=0.00667s2.选择电流调节器的结构根据设计要求σ%=5i调节器。电流环控制对象是双惯性的，因此可用PI型电流调节器。（1）确定常数时间整流装置滞后时间常数Ts=0.0016s,电流滤波时间Toi=0.005s,电枢回路电磁时间T=0.028s,常数电流环小时间常数Tσi=Ts+Toi=0.00667sl(2)选择电流调节器结构根据设计要求：σ%=5％，且==4.197<10,可以选择I型设计，i电流调节器可以选择PI型。（3）选择电流调节器参数环开环时间ACR超前时间常数ζ=T=0.028s,电流增益==74.96ilACR的比例系数=（4）校验近似条件==2.15电流环截止频率==74.96(a)晶闸管装置传递函数近似条件==199.6，满足近似条件。(b)忽略反电动势对电流环影响的条件3==28.97满足近似条件。6内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业(c)小时间常数近似处理条件现为==115.35,满足近似条件。2.2转速环设计1）确定时间常数电流环等效时间常数：2=0.01334，转速滤波常数：Ton=0.005s，转速环小时间常数近似处理：=2+Ton=0.01864s(2)选择转速调节器参数按跟随性和抗扰性能都较好的原则，取h=5,则ASR的超前的超前时间常数为=h=5转速环开换成增益===356.77于是，可得ASR的比例系数为===22.61（3）校验近似条件转速截止频率为：ω=K=22.16*0.0197=0.44s-1cnn(4)电流环传递幻术简化条件：==35.34，满足简化条件。（5）小时间常数近似条件：7内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业==40.81，满足简化条件。（6）校核转速超调量当系统突加阶跃给定时，ASR不饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况计算超调量。由下表可得/=81.2%,理想空载时z=0,则=()=2()(==2.42%能满足设计要求。2.3典型I型系统介绍典型I型系统的结构图如图2-1所示。图2-1其传递函数为T改变的只有开环增益K，也就是说K是唯一的待定参数。设计时，需要按照性能指标选择参数K的大小。典型的I型系统结构简单，其对数幅频特性的中频段以–20dB/dec的斜率穿越0dB线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且有足够的稳定裕量。典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系如表2-1。典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系如表2-28内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业表I表I2.4典型Ⅱ型系统介绍典型Ⅱ型系统的结构图如图2-2所示。图其传递函数为在典型II型系统的开环传递函数式中。与典型I型系统相仿，时间常数T也是控制对象固有的。所不同的是，待定的参数有两个:K和，这就增加了选择参数工作的复杂性。为了分析方便起见，引入一个新的变量，令9内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系如表2-3表模拟式转速调节器电路如图2-4图模拟式电流调节器电路下图图10内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业当系统突加阶跃给定时，ASR不饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况计算超调量。由表2-3可得/=81.2%,理想空载时z=0,则=()=2()(==2.42%11内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业第三章参数计算3.1相关参数P10kW,UV,IA,nr/知参数：直流电动机：，nnnNCV/r，；eV-M系统主电路总电阻：；RTs电枢回路电磁时间常数：；lTs系统运动部分飞轮转矩相应的机电时间常数：；m系统测速反馈系数vr；V/A；系统电流反馈系数K触发整流装置的放大系数：；sT三项桥式平均时空时间：s；s电流环滤波时间常数：Ts；T转速环滤波时间常数：s。设计要求：稳态指标无静差；动态指标电流超调量%；空载起动到额%10%定转速时的超调量。n3.2主要参数计算3.2.1电流环参数计算1．确定时间常数：1）整流装置滞后时间常数T=0.00167ss2）电流滤波时间常数T=0.005soiTTT3）电流环小时间常数之和=+=0.00667s∑isoi2.选择电流调节器的结构12内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业根据设计要求σ％，并保证稳态电流无差，可以按典Ⅰ型系统设计电流i调节器。电流环控制对象是双惯性的，因此可用PI型电流调节器。其传递函数为：KsW(s)iiACRsi0.028T4.197l0.00667检查对电源电压的抗扰性能：参照典型I型系统Ti动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。3.计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：=T=0.028s。il电流环开环增益：要求σ％时，按照典型I型系统动态跟随性能指标和i频域指标与参数的关系，应取iT∑i=0.5，因此：Ks1ITi于是，ACR的比例系数为KRIiKiKs4.校验近似条件电流环截止频率：ω=K=74.961/SciI(1)晶闸管整流装置传递函数的近似条件11199.6s1T3cis满足近似条件。(2)忽略反电动势变化对电流环动态影响条件113328.97s1TTml0.3830.028ci满足近似条件。(3)电流环小惯性时间常数近似处理条件13内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业1111s13TT30.001670.005soici满足近似条件。5.计算调节器电阻和电容RKR4086.4iio7CFFi103RiiT4CoiF5F5F6oi103Ro按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为%=4.3%<5％，按i照典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系，满足设计条件。3.2.2转速环参数的计算1.定时间常数(1)电流环时间常数1/K。已取KT=0.5则I∑iI1TKiI(2)转速滤波时间常数：T=0.005son(3)转速环小时间常数：1TTnKI2.选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，器传递函数为KsW(s)nnsn3.计算转速调节器参数14内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业按跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5，则ASR得超前时间常数为hT50.018340.0917snn转速开环增益为：h16Ks2hT225N22n2ASR的比例系数为：(hCTK60.0280.2280.038322.6em2hRT250.00410.8630.01834nn4.检验近似条件：转速截止频率为：Ks32.7s1KNn1Ncn1(1)电流环传递函数简化条件为:1K1s1I3T30.00667cni满足简化条件。(2)转速环小时间常数近似处理条件为:1K140.8s1I3T30.005cnon满足简化条件。5.计算调节电阻和电容取R=40KΩ,则0RKR40904nnoCFFn103Rnn4CF55F6i103Rii15内蒙工业大学电力学院电力拖动大作业6.转速超调量当系统突加阶跃给定时，ASR不饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况计算超调量。由典型I型系统动态抗扰性与参数的关系可得CC/理想空载时z=0,则，maxbCnC