自动控制技术综合设计.docx

述论采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速可以保证系统稳定的条件下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求很高，单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流和转矩。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在转速、电流双闭环调速系统中设置两个调节器，分别为调节转速和电流，二者串级连接。如下图2．设计任务和要求2.1任务和要求：2.1.1原始参数（选择C组）直流他励电动机：功率Pe＝145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734s，机电时间常数Tm=0.0926s，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s，过载倍数λ＝1.2，电流给定最大值U*im=8V，速度给定最大值U*n=10V2.1.2.主要任务（一）系统各环节选型1、主回路方案确定。2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。（二）主要电气设备的计算和选择1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。4、平波电抗器选择计算。（三）系统参数计算1、电流调节器ACR中计算Ci 、Ri。2、转速调节器ASR中计算Cn 、Rn。3、动态性能指标计算。（四）画出双闭环调速系统电气原理图(使用A4图纸，计算机画图）。2.1.3.基本要求1、使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。4、掌握触发电路的选型、设计方法。5、掌握同步电压相位的选择方法。6、掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。7、掌握电气系统线路图绘制方法。8、掌握撰写课程设计报告的方法。3.可逆系统电路结构设计3.1主回路方案考虑到在工业应用场合中，直流调速系统一般使用三相交流电，故在本设计中采用了三相交流电来为直流调速系统供电。直流调速系统的主电路包括以下几个部分：交流电源、变压器、晶闸管可控整流电路、保护环节、平波电抗器和直流电动机，电气原理图如下所示。如图，电源接入主回路之前先接一个空气开关，以保护主回路，再经过整流变压器降压，电源由380V(AC)变为220V(AC)，再经过各相一个快速熔断器接入晶闸管全桥整流电路，这些熔断器主要保护晶闸管，作为过电流保护器件。变压器一次侧和二次侧过电流保护均采用阻容吸收保护电路。此外，为避免三次谐波对电源的干扰，整流变压器采用D/Y-11联结的三相全控桥式接法。其工作特点为（如上图所示）：1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。2)6个晶闸管的触发脉冲按的顺序相为、位依次相差；共阴极组的脉冲依次差，共阳极组也依次差;同一相的上下两个桥臂即与，与，与脉冲相差。3）整流输出电压一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样。4）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为保证电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。3.2控制回路方案因调速精度要求高，为获得良好的静、动态性能，故选用转速、电流双闭环调速系统，且两个调节器采用PI调节器，电流反馈进行限流保护，出现故障电流时由快速熔断器切断这电路电源。控制回路的电气原理图如下所示。电气原理图在上面的电路原理图中，由直流电源和电位器RPL组成给定器作为调速系统的输入，ASR为转速环节，ACR为电流环节。TG是测速发电机，用来把直流电动机的转速转换成电信号反馈回来，TA是电流互感器，用来反馈电流。UPE为电力电子变换器，GT是触发装置。本设计采用工程设计方法：先确定调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳定精度。再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。这样做，就把稳，准，快和抗干扰之间相互交叉的矛盾问题分成两步来解决，第一步先解决主要矛盾，即动态稳定性和稳定精度，然后再进一步满足其他动态性能指标。按照“先内环后外环”的一般系统设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。4．系统设计4参数设计4.1 电流调节器(ACR)设计4.1.1确定时间常数1）整流装置滞后时间常数。查《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》（以下简称《运控》）10页，表1—2，三相桥式电路的平均失控时间是= 0.0017s2）电流滤波时间常数