电力电子课程设计及例题解答.docVIP

例题1-1 某直流调速系统电动机额定转速 nN=1000r/min，额定速降ΔnN=105r/min，当要求静差率s≤30%时，其调速范围D为多大？如果要求静差率s≤20%,则调速范围D是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少? 解: 要求时，调速范围为 若要求，则调速范围为 若调速范围达到10，则静差率为 例题1-2 某直流电动机的额定数据如下：额定功率PN=60kW ，额定电压UN=220V，额定电流IdN=305A，额定转速nN=1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18Ω，电动机电势系数Ce=0.2V·min/r 。如果要求调速范围D=20，静差率s≤5%，则采用开环调速系统能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降ΔnN最多允许多少？ 解： 当电流连续时，V-M系统的额定速降为 开环系统在额定转速时的静差率为 在额定转速时已不能满足的要求。 如要求，，则要求 例题2-1 直流电动机：额定电压，额定电流，额定转速，电动机电势系数，晶闸管装置放大系数，， 电枢回路总电阻，时间常数，，转速反馈系数 （1）在采用比例调节器时，为了达到，的稳态性能指标，试计算比例调节器的放大系数。 （2）用伯德图判别系统是否稳定。 （3）利用伯德图设计PI调节器。能在保证稳态性能要求下稳定运行。 解:（1）额定负载时的稳态速降应为 开环系统额定速降为 闭环系统的开环放大系数应为 （2）闭环系统的开环传递函数是 其中三个转折频率分别为 ，， 相角裕度γ和增益裕度GM都是负值，闭环系统不稳定。 图2-1 采用比例调节器的调速系统的伯德图 （3）采用PI调节器的闭环系统的开环传递函数为 按频段特征的要求（1）和（3），希望-20dB/dec的频带宽度要宽，提高系统的稳定性。采用τ1=T1的方法，把-20dB/dec的频带往低频段延伸，同时改善了低频段的斜率。 ， 按频段特性的要求（1）和（3）：选择Kp,使得ωc处的频率斜率是-20dB/dec，同时使该斜率的宽度足够宽；在本题中，要使。 现取，使得。开环传递函数成为 相角裕度γ和增益裕度GM都已变成较大的正值，有足够的稳定裕度 图2-2 闭环直流调速系统的PI调节器校正 PI调节器的传递函数为这个设计结果不是唯一的，截止频率已降到，相角裕度γ和增益裕度GM都已变成较大的正值，有足够的稳定裕度，但快速性被压低了许多。在工程设计中应根据稳态性能指标和动态性能指标来选择合适的PI参数。 表2-6 校正成典型I型系统的调节器选择和参数配合 控制对象 ? ? ? ? T1、T2 (T3 ? 调节器 ? ? ? ? ? 参数 配合 ? ? ? ? ? 表2-7 校正成典型II型系统的调节器选择和参数配合 控制对象 ? ? ? ? ? 调节器 ? ? ? ? ? 参数 配合 ? ? 认为： ? ? ? 认为： 2.4.4 设计举例 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：额定电压, 额定电流,额定转速，电动机电势系数，允许过载倍数；晶闸管装置放大系数：；电枢回路总电阻：；时间常数：，；电流反馈系数：（）； 转速反馈系数：()。设计要求： 静态指标：无静差 动态指标：电流超调量； 空载起动到额定转速时的转速超调量。 1. 电流环的设计 ① 确定时间常数 整流装置滞后时间常数：三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s 。 电流滤波时间常数：Toi=2ms=0.002s 。 电流环小时间常数之和：按小时间常数近似处理，T(i=Ts+Toi=0.0037s 。 ②选择电流调节器结构 根据设计要求， 要保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。 电流环控制对象是双惯性型的，用PI型电流调节器。 ③计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数： 要求：。电流环开环增益： ACR的比例系数： ④校验近似条件 电流环截止频率： 满足晶闸管整流装置传递函数的近似条件： 满足忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件： 满足电流环小时间常数近似处理条件： ⑤计算调节器电阻和电容 电流调节器原理图如图2-48， 图2-48 转速环的动态结构图及其简化(a)用等效环节代替电流环 ，取40kΩ ，取0.75μF ，取0.2μF 2．转速环的设计 ①确定时间常数 电流环等效时间常数1/KI ：已取KIT(i=0.5 ，则 转速滤波时间常数： 转速环小时间常数：按小时间常数近似处理， ②选择转速调节器结构 按照设计要求，选用PI调节器， ③计算转速调节器参数 按抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为 转速环开环增益： ASR的比例系数为 ： ④检验近似条件