电气传动课程设计

电气传动课程设计目录第一章：电气传动课程设计任务书第二章直流调速系统参数测试第三章转速调节器和电流调节器的设计第四章：直流调速系统的调试第五章：直流调速系统的仿真第六章：结论及分析第七章：实验注意事项第一章：电气传动课程设计任务书1．实验对象和操作台受控对象为直流电动机——发电机组，控制系统操作台为DS-II型电气控制系统综合试验台2.设计指标要求针对享有平台，设计内环为电流环、外环为转速环的双闭环结构调节器的调速系统。

稳态指标为无静差；动态指标要求，在启动时电流超调小于5%；空载启动到额定转速时的转速超调小于10%。

系统有良好的抗干扰性能。

3.课程设计工作时间安排第一阶段：了解课程设计的任务，了解控制对象和整体试验台，进行小组分工，明确任务。

第二阶段：测试电机组各项参数和控制台整流放大倍数，转速反馈系数、电动机——发电机组电阻、电感等参数。

第三阶段：根据测量的各项参数进行理论推导和仿真，计算出电流环和转速环校正参数。

第四阶段：在实验控制操作台做实际调试，先调试内环，再调试外环，直到达到指标要求。

第五阶段：分析理论推算的结果、仿真结果和实际调试结果之间的误差，并提出解决的办法。

第六段：整体测试第七段：分析实验结果，撰写实验报告。

第二章直流调速系统参数测试双闭环调速系统动态结构如图1所示，要想得到系统的结构模型就必须对直流调速系统的各个参数进行测试。

本章主要测试电枢回路电阻、机电时间常数、电磁时间常数、电势常数、转矩常数以及触发—晶闸管放大倍数、电流反馈系数和转速反馈系数。

图1一、 电枢回路电阻的测定电枢回路总电阻R=R a +R L +R n +R c ，其中R a 为电枢电阻、R L 为平波电抗器的直流电阻、R n 为整流装置的内阻、R c 为电枢回路的附加电阻、线路电阻（无附加电阻时取R c =0）。

本次设计采用伏安比较法实验测定，电路按下图2接线。

图2~I将U ct 固定为某一值，改变可调电阻器的阻值两次，与此对应，测得两组可调电阻器的端电压及电枢回路的电流，利用这两组数据联立方程即可测得一个电枢回路总电阻R 的间接测量值。

再将U ct 分别固定在另外几个值，仿照上述方法，又可以得到几个R 的测量值。

取其平均值即可作为R 的较为合理的近似值。

电阻可由式（2-1）计算： R=（U d1 -U d2）/（I d2 -I d1）（2-1）表1二、空载损耗的测试由于电机自身的重量和电机轴之间的摩擦力，当电机不带负载时要克服空载转矩T0才能转动，根据式（2-2），空载损耗的功率可通过测试空载电流计算出结果，然后根据式（2-3）。

计算出空载转矩T0。

P0= U d I0－I02R （2-2）T0=9.55 P0/n （2-3）按照下图3接好线路，电动机励磁电压为110V。

缓慢调节给定电压Uct,使转速不断增加，测量整流电压Ud、电枢电流I0和转速n，将数据记录在表2图3表2三、 电磁时间常数T L 的测定根据定义，电枢回路的电磁常数计算公式如（2-4）T L =RL（2-4）表3四、 机电时间常数T m 的测定确定机组机电时间常数T m ，需要测定整个电力拖动系统运动部分的总飞轮矩GD 2，拖动电动机的电势常数C e Φ和转矩常数C m Φ。

当电动机空载自由停车时，可得式（2-5）GD 2=－375 T0/(dtdn) （2-5） dtdn可由电机空载时自由停车过程所得n=f(t)曲线求得，利用示波器可以测出系统从1500r/min 自由停车直至转速为0时的历时时间。

电机家额定励磁并空载运行，改变电枢电压分别为U d1，U d2，读取相应的转速n1,n2,即可由式（2-6）求得电机的电势常数C e Φ。

C e Φ= （U d1 -U d2）/（n1-n2），求最后根据定义计算出机电时间常数T m 。

如下式（2-7）T m =Ce Φ375Cm 2R GD （2-7）最后数据填于下表4。

表4五、晶闸管触发－整流放大系数k s 的测定 k s = U d /U k表5六、电流反馈系数βi 的测定 βi = U i /I d表6七、转速反馈系数αn的测定αn= U n /n表7第三章转速调节器和电流调节器的设计一、设计要求1、稳态指标：无静差2、动态指标：电流超调量小于等于10%，空载启动到额定转速时的转速超调量小于等于10%。

二、电流调节器的设计电流环的控制对象由电枢回路组成的大惯性环节与晶闸管整流装置、触发器、电流互感器以及反馈滤波等一些小惯性环节组成。

由于电流调节器的重要作用是保持电枢电流在动态过程中跟随ASR的输出限幅值，在突加给定时，不希望有超调或者希望电流超调越小越好，故可将电流环校正成典型I型系统。

由于电磁时间常数远小于机电时间常数，因而电流的调节过程比转速的变化过程快的多。

反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中可以近似的认为反电动势基本不变。

故可以认为电流响应的动态过程与电机反电势不相关。

因此可将电流环做出相应简化。

电流环的简化动态结构如图4所示：图4对上图进一步化简，将给定滤波和反馈滤波两个环节都移到环内，同时把给定信号改成U *i (s ) /β ，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图5所示：图 5对小惯性环节进行简化处理，可得如下图6： 图 6其中，T ∑i = T s + T oi =0.0037s 。

并且ACR 设计成如下形式：为了对消控制对象的大时间常数取τi = T l 。

此时，电流环的动态结构图就成为典型I 型系统的形式，其中ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=RK K K i s i I τβ=电流调节器参数选择：按要求 5%应该取 =0.5，因此有三、转速调节器的设计电流环是转速环的内环，设计转速环时应将设计好的电流环做进一步的简化处理，可以求出其闭环传递函数如下：近似条件为：111)1(1)1(/)()()(I2I i i I i I*i d cli ++=+++==∑∑∑s K s K T s T s K s T s K s U s I s W βiI cn 31∑≤T K ω电流环在转速环内，其输入信号为U *i (s )，因此电流环在转速环中应等效为：再把时间常数 和 的两个惯性环节合并起来近似成一个时间常数 的惯性环节则：电流环是按照工程设计最佳参数设计的典型I 型系统，则其转速环动态结构图如下图7：图7对转速环的小惯性环节进行近似处理，如图8所示： 图8ASR 也同样选用PI 调节器，结构如下：这样，转速环的开环传递函数为：其中，转速环开环增益为：111)()()(Icli *i d +≈=s K s W s U s I ββss K s W n n n ASR )1()(ττ+=)1()1()1()1()(n 2m e n n n n m e n n n n ++=+⋅+=∑∑s T s T C s R K s T s T C Rs s K s W βτταβαττme n n N T C RK K βτα=不考虑负载扰动时，校正后的调速系统动态结构如图9所示：图9转速调节器的参数包括 K n 和 τn 。

按照典型Ⅱ型系统的参数关系则于是可计算ASR 的比例系数二、双闭环静态参数的整定 1.转速环调节器和电流调节器极性判断（1）由于转速给定电压极性为“+”，要使得转速环为负反馈，则反馈电压极性为“—”。

（2）电流给定Ui 极性为“—”，所以电流反馈极性为“+”才能形成负反馈。

2.转速环调节器和电流调节限幅值的确定（1）转速换限幅值按下式计算得出。

Uimax=n n ∑=hT τnm e n 2)1(∑+=RT h T C h K αβ2n 2N 21∑+=T h h K为过载系数，本次设计定义：=1.2（2）电流环输出限幅本次课程设计，令：Uctmax=5V三、调节器的调试按图11所示接好实验电路。

（1）电流调节器的调试1.将转速环接成1：1比例环节。

2.选用设计好的电流环参数Ri、Ci,使电流环调节器为比例积分调节器。

3.增加给定电压使电枢电流为额定电流的70%，用示波器观察电流是否稳定。

若不稳定，重新调整电流环参数Ri，Ci.4.突加给定电压，用示波器观察电流随时间的变化情况，看电流超调是否满足<10%的条件。

如不符合，重新调整电流环参数Ri，Ci.（2）转速调节器的调试1.、选用通过上述步骤调试好的电流环参数Ri，Ci.使电流环调节器为比例积分调节器。

2、选用设计好的转速换参数Rn、Cn,使转速换调节器为比例积分调节器。

3、增加给定电压，使电枢电流为额定电流的70%，用示波器观察转速是否稳定。

若不稳定，重新调整转速环参数Rn，Cn.4、突加给定电压，用示波器观察转速随时间的变化情况，看转速超调是否满足<10%的条件。

如不符合，重新调整电流环参数Rn，Cn.四、调试结果第五章：直流调速系统的仿真利用MATLAB的Simulink进行仿真：如图12所示：图12示波器显示如图13和图14所示：图13 转速启动过程电压波形图14 电流启动波形图六、结论及分析开环调速系统，负载和转速基本成线性变化。

随着负载的增加，转速下降抗，负载扰动特性差。

单闭环调速系统，采用转速负反馈和PI调节器可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但抗扰动差，动态特性不好。

双闭环系统中，动态特性和静态特性都有改善。

电压波动可以通过的电流内环电流反馈得到及时的调节，不会影响到转速，抗扰性能大有改善。

第七章：实验注意事项实验注意事项一、实验台操作的注意事项1“综合实验台”及其挂箱初次使用或较长时间未使用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调式。

2本实验台“过流”信号取自“交流电流变换”单元。

因此，在所有实验电路中都必须接入“交流电流变换”单元，并经常检查、观察综合保护的指示，尤应确保过流保护的完好、可靠。

3电源必须经过开关（或接触器）、熔断器之后，接入设备、系统。

接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

4实验时不得用手或脚去促使点击启动或停转，以免发生危险。

5操作开关时应迅速果断、快合、快断，以免产生电弧烧坏触刀。

6电动机励磁电源的接线牢固一定，防止失磁飞车。

7开环系统不可阶越启动，应从0V缓慢起调。

8“闭环系统”阶跃启动前，务必确保负反馈接线正确、各个调节器性能良好、限幅值正确无误。

二、实验前注意事项1认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。

2实验前，现将负载开关分断、负载变阻器置于阻值最大，实验中按需接通负载开关，逐步减少负载电阻，直至所要求的负载电流。

3学生完成接线允许合闸时，需招呼全组同学引起注意方可合上电源，实验中如发生事故，应立即切断电源开关，并保持线路原状和故障现场，报告和协同教师查清问题、妥善处理故障后才能继续进行实验。