基于matlab的直流電機調速系統-資料下載頁

【導讀】直流調速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉速，以滿足工作機械的要求。廣泛地應用于軋鋼機、冶金、印刷、金屬切削機床等許多領域的自動控。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的。行特性也隨之變化，故系統運行的可靠性及準確性得不到保證，甚至出現事故。同時，MATLAB軟件中還提。它可以利用鼠標器在模型窗口上“畫”出所需的控制系統模型，MATLAB最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直觀的，符合人們思維習慣的代碼，⑦MATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執行速度較慢。⑧功能強大的工具箱是MATLAB的另一特色。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點。MATLAB的安裝非常簡單，這里以MATLAB版本為例。MATLAB對計算機系統的要求也越高，如64M內存，最好128M。MATLAB啟動后顯示的窗口稱為命令窗口，提示符為“>>”。MATLAB所定義的特殊變量及其意義如表。MATLAB是目前控制系統計算機輔助設計實用且有效的工具。幾乎都可以在MATLAB中找到相應的工具箱。

　　

【正文】 %5i ? ， %5kU ? ，代入式 2 3 21 0 26 % 6 5 8. 40 10 / 38 0 1. 75 ( μ F)C i S U? ? ? ? ? ? ? 由 得： 2 2 31 2 02. 3 ( ) % % 2. 3 38 0 ( 8. 40 10 ) 39 .5 4( )kR U S U i? ? ? ? ? ? ? ? 實取 1 5μFC? , 1 50R??。 27 因為，電容 1C 的耐壓值 cU? 。 cU 是阻容兩端在正常工作時交流電壓的有效值， 380VcU ? 。 6 62 1 0 2 3 .1 4 5 0 3 8 0 1 0 0 .1 2 AccI fU?? ? ? ? ? ? ? ?。 所以，電容 1C 的耐壓值 1. 5 1. 5 38 0 57 0 VcU? ? ? ? 電阻功率 2211( 3 4) 4 50 WRcP I R? ? ? ? ? ? 所以，一次側阻容裝置為 5μF ， 650V， 3 支，繞線電阻取 50? ， 5W ， 3支。 ② 變壓器二次側阻容吸收裝置 三相二次側保護電路如圖 所示，為阻容吸收保護電路。變壓器二次繞組和阻容保護電路均采用 Y連接的方法，它的 R、 C 計算公式為： 2026 % (μF)C i S U?? 2202. 3 ( ) % % ( )kR U S U i? ? ? ? 所以， 22 0 21 6 % (μ F)3C i S U? ? ? ????????????????? 22 2 03 2 .3 ( ) % % ( )kR U S U i? ? ? ? ? ??????????? 代入式 得： 2 3 22 0 2116 % 6 5 8 . 4 0 1 0 3 8 0 0 . 5 8 ( μ F)33C i S U? ? ? ? ? ? ? ? ? 代入式 得： 2 2 32 2 03 2. 3 ( ) % % 3 2. 3 38 0 ( 8. 40 10 ) 11 8. 61 ( )kR U S U i? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 實取 2 1μFC ? ， 2 125R ??。 取電容 1C 的耐壓值 3 3 128 332 .5VU c U? ? ? ? ? ? ? 6 6 622 10 2 3 10 2 3. 14 50 3 12 8 10 0. 07 AccI fU f U??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 22224 4 125 WRcP I R? ? ? ? ? 所以，實取變壓器二次側電容： 1μF ， 450V， 3支，電阻為 125? ， 5W ， 3支。 （ 1） 直流側過電壓保護 以電動機為負載時，變流裝置的直流側也會產生過電壓，當直流端設置的快速開關，突然切斷過載電流時，電源變壓器中儲存能量的釋放也會產生過電壓。雖然交流側過電壓保護可以起到抑制過電壓的作用，但過載時變壓器所儲存能量比空載時要大，這種過電壓仍會通過導通的晶閘管反映到直流側。 壓敏電阻是一種非線性電阻，具有正反向相同且很 陡的伏安特性，抑制過電壓能力強，反應速度快，本身體積小，是目前較好的過電壓保護元件，她的主要缺點是：持續的平均功率小。 壓敏電阻的額定電壓： 1 m a x (0 .8 0 .9 )U ?? ? ?（壓敏電阻承受的額定電壓峰值） ?????? 28 式中， ? — 電網電壓升高系數，一般取 ～ ； 系數 (～ )—— 考慮 1maxU 下降 10% 而 通過壓敏電阻仍保持在 1mA 以下，以及考慮整流裝置允許過電壓的系數。 代入 有： 1 m ax 4 1 9 4 7 2 VU ?? 所以采用的壓敏電阻為： MY31— 440/3 取 3 支，額定電壓 440V，逆流容量 3KA。 電流保護 快速熔斷器斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的 過電流 保護措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯。 熔斷器過流保護電路如右下圖 所示。 （ 1） 交流側快速熔斷器的選擇 變壓 器二次側電流 2 ? 選取 RLS120快速熔斷器，熔體額定電流 120A。 （ 2） 晶閘管串聯的快速熔斷器的選擇 因為 2 11 8AII?? 選取 RLS120快速熔斷器，熔體額定電流 120A。 （ 3） 電壓和電流上升率的限制 圖 熔斷器過流保護電路 電壓上升率 dudt ：正相電壓上升率 dudt 較大時，會使晶閘管誤導通。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應有一定的限制。 造成電壓上升率 dudt 過大的原因一般有兩點：由電網侵入的過電壓；由于晶閘管換相時相當于線電壓短路，換相結束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成 dudt 過大。 限制 dudt 過大可在電源輸入端串聯電感和在晶閘管每個橋臂上串聯電感，利用電感的濾波特性，使 dudt 降低。 電流上升率 didt ：導通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。因此對晶閘管的電流上升率 didt 必須有所限制。 產生 didt 過大的原因，一般有：晶閘管導通時，與晶閘管并聯的阻容保護中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側保護電容充電；直流側負載突然短路等等。 限制 didt ， 除在阻容保護中選擇合適的電阻外，也可采用與限制相同的措施，即在每個橋臂上串聯一個電感。 限制 dudt 和 didt 的電感，可采用鐵心電抗器， L 值可偏大些。在容量較小系統 29 中，也可把接晶閘管的導線繞上一定圈數，或在導線上套上一個或幾個磁環來代替橋臂電抗器。 所以為了防止 dudt 和 didt ，每個橋臂上串聯一個 的電感。 控制電路設計 在控制系統中如果采用比例積分調節，可使系統穩定，并有足夠的穩定裕度，同時還能滿足穩態性能，達到消除穩態速差的地步。也就是說，帶比例放大器的反饋控制閉環調速系統是有靜差的調速系統，采用比例積分調節器的閉環調速系統則是無靜差調速系統。采用 PI調節的單個轉速閉環直流調速系統可以保證系統穩定的前提下實現轉速無靜差。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態速降小等等，單閉環系統就難以滿足。為了實現在允許條件下的最快起動，關鍵是要獲 得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。 為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統中設置兩個調節器，分別調節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套（或稱串級）聯接， 如圖 所示 。把轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換器。 設計多環控制系統的一般原則是：從內環開始，一環一環地逐步向外擴展。在本節的設計中，先從電流環入手，首先設計好 電流調節器，然后把整個電流環看作是轉速調節系統中的一個環節，再設計轉速調節器。 電流反饋系數： V A ( 10 V )NI? ??。 轉速反饋系數： 0 .0 0 7 V m in r ( 1 0 V )Nn? 。 轉速、電流雙閉環控制電路原理圖如圖 所示。 R 0 /2 R 0 /2RnConR 0 /2 R 0 /2R a blR 0 /2R 0 /2 R 0 /2R 0 /2U ctU n*CnConCiC oiC oiR a blRi n IdUi* 圖 轉速 、 電流雙閉環控制電路原理圖 電流調節器的設計 30 （ 1） 確定時間常數 ① 整流裝置滯后時間常數 0T 由下表 ，三相橋式電路的平均失控時間： 11 0 . 0 0 1 7 s2 2 6 5 0ST mf? ? ??? 表 各種整流電路的平均失控時間（ 50Hzf ? ） 整流電路形式 平均失控時間 Ts/ms 單相半波 10 單相橋式 5 三相半波 三相橋式，六相半波 ② 電流濾波時間常數 0iT 三相橋式電路每個波頭的時間是 ，為了基本濾平波頭，應有 (1～ 2) ? ，因此取 2m s 0. 00 2soiT ?? 。 ③ 電流環小時間常數 iT? 按小時間常數近似處理，取 s oiT T T? ? ? ? 。 （ 2） 選擇電流調節器結構 根據設計要求：電流超調量 5%i?? ，而且 0 .0 3 8 .1 1 1 00 .0 0 3 7liTT? ? ? ? 因此可按典型Ⅰ型系統設計。電流調節器選用 PI 型，其傳遞函數為 ? ?A C R 1s ii isWK s?? ?? （ 3） 選擇電流調節器參數 ACR 超前時間常數： i ? ?? 。 電流環開環增益：要求 5%i?? 時，應取 ? ? （見下表 ），因此 表 典型 Ⅰ 型系統動態跟隨性能指標和頻域指標與參數的關系 參數關系 KT 阻尼比 ζ 超調量 σ% 0 % % % % 上升時間 tr ∞ 相角穩定裕量γ 。 。 。 。 。 截止頻率 ω c 31 0 .5 0 .5 11 3 5 .0 s0 .0 0 3 7IiK T ?? ? ? 于是， ACR 的比例系數為 0 . 0 3 0 . 51 3 5 . 1 1 . 0 1 30 . 0 5 4 0iiI sRKK K?? ?? ? ? ?? （ 4） 校驗近似條件 電流環截止頻率 sci IK? ?? ① 晶閘管裝 置傳遞函數近似條件： 13ci sT? ? 現在， 11 11 9 6 .1 s3 3 0 .0 0 1 7 scisT ?? ? ?? ，滿足近似條件。 ② 忽略反電動勢對電流環影響的條件： 13ci mlTT? ? 現在， 1 1 1 13 3 4 0 .8 2 s0 .1 8 0 .0 3 s cimlTT ?? ? ??滿足近似條件。 ③ 小時間常數近似處理條件： 113ci s oiTT? ? 現在 1 1 1 1 1 11 8 0 . 8 s3 3 0 . 0 0 1 7 0 . 0 0 2 s ois o iTT ?? ? ?? 滿足近似條件。 （ 5） 計算調節器電阻和電容 電流 調節器原理圖如圖 所示。 ++0 2R2R 0 2R0 2RbalRiU? oiCoiCdI??iRiC ctU 圖 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調節器 32 按所用運算放大器取 0 40kR ??，各電阻和電容值計算如下： 0 1 .0 1 3 4 0 k 4 0 .5 2 kiiR K R? ? ? ? ? ?，取 40k? 630 .0 3 1 0 F 0 .7 5 F4 0 1 0ii iC R? ??? ? ? ??，取 F? 6304 4 0 . 0 0 2 1 0 F 0 . 2 F4 0 1 0oioi TC R ???? ? ? ??，取 ? 按照上述參數，電流環可以達到的動態指標為： % 4. 3% 5%i? ??(見表 )，滿足設計要求。 轉速調節器的設計 （ 1） 確定時間常數 ① 電流環等效時間常數為 2 ? ? 。 ② 轉速濾波時間常數 onT 根據所用測速發電機紋波 情況，取 ? ③ 轉速環小時間常數 nT? 按小時間常數近似處理，取 2 0. 01 74 sn i onT T T??? ? ? （ 2） 選擇轉速調節器結構 由于設計要求無靜差，轉速調節器必須含有積分環節；又根據動態要求，應按典型Ⅱ型系統設計轉速環。故 ASR 選用 PI 調節器，其傳遞函數為： A S R 1() nn nsW s K s?? ?? （ 3） 選擇轉速調節器參數 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 5h? ，則 ASR 的超前時間常數為 5 17 4 s 87 snnhT? ?? ? ? ? 轉速環開環增益 2222216 1 3 9 6 . 4 s2 2 2 5 0 . 0 1 7 4NnhK shT ???? ? ??? 于是， ASR 的比例系數為： ( 1 ) 6 0 . 0 5 0 . 1 3 2 0 . 1 8 1 1 . 72 2 5 0 . 0 0 7 0 . 5 0 . 0 1 7 4emn nh C TK h R T?? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? （ 4） 校驗近似條件 轉速環截止頻率為： 1113 9 . 6 4 0