双闭环无静差可控硅直流调速系统的参数计算及工程设计.doc

双闭环无静差可控硅直流调速系统参数计算及工程设计
一: 摘要
内容: 选择Z4-200-32/31型, 132KW电动机; 三相桥式整流, 内阻0.15Ω; 变压器副边电压380V; 负载折合飞轮矩8.5㎏·㎡; 最小连续电流为10%额定电流; 直流平波电抗器内阻忽略; 控制电路最大给定电压12VDC; 转速滤波常数0.01秒, 电流滤波常数0.0033秒。
任务: 设计转速, 电流双闭环直流调速系统。设计调速系统, 计算系统参数, 选择元件设备。
二: 系统电气结构图及原理介绍

M
TG
转速
调整器

电流 调整器
Un**
Un
-

Ui
-
Ui*
电动机-
互感器
M
Id
可控硅
整流器

TG

M
平波电抗器

静态无差原理: 因为转速调整器、 电流调整器都为积分调整器, 当转速给定恒定（即Un*恒定）且Un*=Un时, 转速调整器输出也就恒定, 以致于电流调整器输入恒定, 最终可控硅整流器输出即电枢回路输入电压恒定, 电动机转速也就恒定不变。
动态跟随原理: 负载↓→n↑→Un↑→Un*-Un↓→Ui*↓→电流调整器输入电压↓→可控硅整流器输入电压↓→电机电枢回路输入电压↓→n↓ 系统达成初始平衡
负载↑→ n↓→Un↓→Un*-Un↑→Ui*↑→电流调整器输入电压↑→可控硅整流器输入电压↑→电机电枢回路输入电压↑→n↑ 系统达成初始平衡
三: 电气参数计算及设备元件选择
1. 测速电机(ZYS-6A): 额定电压110V, 电流20MA,功率22W, 转速3000r/min
α=Unm/Nmax=12/3000=0.004v·min/r
2. 电流反馈回路（电流互感器选择BH-30 SDH-30 LMK1-0.66/30型） β=Uim/Idm=12/322=0.037V/A
3. 电动机（Z4-200-32/31): 额定电压440V, 额定电流322A, 功率132KW, 转速: 3000r/min, 电枢电阻0.0266Ω
电动势转速比 Ce=(Unom—Inom*Ra）/nnom=（440—322*0.0266）/3000=0.0144
4. 三相桥式可控硅整流器 （选择KGSF21(S)型）
变压器副边电压U2=380V
时间常数Ts=1.67ms
触发整流步骤放大系数Ks=Ud0/Vc=440/12=36.7
5. 控制电源
6. 电机电枢回路（平波电抗器选择DOL-400型)
⑴Idmin=10%Inom=10%*Inom=0.1*322=32.2A
平波电抗器电感 Lp=0.693*U2/Idmin=0.693*380/32.2=8.18mh
因为电动机额定电流为322A, 而当平波电抗器电感满足要求（8.18mh）时, 其电流值远小于322A, 所以取DOL-400型平波电抗器, 其电流值为400A, 电感值为0.16mh
⑵电枢回路总电阻 R=Ra+Rz=0.15+0.0266=0.1766Ω
⑶电机电枢电感 L=Lp+La=0.79+0.16=0.95mh
电枢回路时间常数 TL=L/R=0.00095/0.1766=5.38ms
⑷电机轴上系统总飞轮力矩为: （4.8+8.5）*9.8=130.34N·㎡ 电动时间常数Tm:
Tm=GD2R/375CeCm=130.34*0.1766/(375*0.144*9.5*0.144）=0.31s
7. 三相桥式整流主电路及系统参数
⑴整流电路平均失控时间Ts=1.67ms
⑵电流滤波常数Toi=0.0033s; 转速滤波常数Ton=0.01s
⑶T∑i=Ts+Toi=0.00167+0.0033=0.00497s
T∑n=2T∑i+Ton=2*0.00497+0.01=0.01994s

四: 电流调整器工程设计
电流调整器参数:
⑴T∑i=Ts+Toi=0.00167+0.0033=0.00497s
KI=ωci=1/2T∑i=100.6
⑵τi=TL=5.38ms
Ki=0.5*R*TL/(Ks*β*T∑i）=0.5*0.1766*0.00538/(36.7*0.037*0.00497）=0.07
⑶取R0为4700Ω
Ri=R0*Ki=4700*0.07=329Ω
Ci=τi/Ri=0.00538/329=16µF
Coi=4Toi/R0=4*0.0033/4700=2.8µF
⑷ωci≤1/3Ts=1/(3*0.00167)=199.6
ωci≥3√(1/Tm/TL)=3*√(1/0.31/0.00538)=73.5
ωci≤1/3√(1/Ts/Toi)=1/3*√(1/0.00167/0.0033)=142
经校验, 电流调整器设计正确, 符合要求
五: 转速调整器工程设计
转速调整器参数:
⑴T∑n=2T∑i+Ton=2*0.00497+0.01=0.01994s
KN=(h+1）/2h2T∑n2=6/(2*25*0.019942)=301.8
τn=hT∑n=5*0.01994=0.0997s
⑵Kn=(h+1)βCeTm=6*0.037*0.144*0.31/(2*5*0.004*0.1766*0.01994)=70.4
⑶Rn=Kn*R0=70.4*4700=330880Ω
Cn=τn/Rn=0.0997/330880=0.3µF
Con=4Ton/R0=4*0.01/4700=8.5µF
⑷ωcn=τn*KN=0.0997*301.8=30.1
ωcn≤1/5T∑i=1/(5*0.00497)=40.2
ωcn≤1/3√(1/2T∑i/Ton)=1/3*√(1/2/0.00497/0.01)=33.4
经校验, 转速调整器设计正确, 符合要求
六: 结束语
经过此次课程设计学习与实际计算, 让我们愈加深刻掌握了以前所学课程知识, 并学会了将专业理论向工程应用转化方法。同时, 加深了我们对双闭环可控硅直流调速系统了解, 能够做到认识其基础原理, 而且能够实际进行工程设计, 了解而且掌握了电流调整器和转速调整器作用及设计方法。
七: 参考资料
电力拖动自动控制系统—运动控制系统, 上海大学 陈伯时主编,