有环流直流可逆调速系统的仿真

piday123

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一、参数的计算

以下是matlab中12号电机的已知参数：

额定功率PN=50HP          电枢两端额定电压UN=240V      额定转速nN=1750rpm          励磁额定电压UfN=300V

电枢电阻Ra=0.4832Ω         电枢电感La=0.006763H   

励磁电阻RF=84.91Ω          励磁电感Lf=13.39H

电枢与励磁线圈的互感Laf=0.7096H   转动惯量J=0.2053kg*m2  粘性摩擦系数Bm=0.007032N*m*s  库伦摩擦转矩Tf=5.282N*m

由于matlab中给定的电机的额定转速有误(如果电枢加额定电压240V，励磁电压加300V，电机空载时仍然达不到额定转速1750RPM,所以matlab中给出的额定转速有误。)

所以根据公式Ea=0.95UN=Ke*ω=Ce*n    Ke=Laf* IfN

已知Laf=0.7096H    再根据matlab仿真得到IfN=3.5332A

得到 Ke=2.507   Ce=Ke*pi/30=0.2624   nN=869rpm

Cm=30/pi*Ce=2.507

根据Ua=Ea+Ia*Ra   得到IN=24.834A   

三相桥式电路电感L的计算：L=0.693*U2/Idmin

取Idmin=10％IN  U2=220V  所以 L=61.39mH  

而La=0.006763H  所以平波电抗器的电感为L-La=54.63mH

因为电枢电阻为Ra=0.4832Ω  所以取电路的总电阻为R=1Ω（算上整流桥和电抗器的电阻）

TL=L/R=0.0635

GD2=4*J*g=4*0.2035*9.8=7.9772

Tm=( GD2*R)/(375*Ce*Cm)=0.0635

而Tm必须不小于4TL,这里稍微将Tm的值改大一些，取Tm=0.3.

Uc的输出电压范围为0-10，而Ud0的输出电压范围为0-250V（根据matlab仿真得知的），所以计算晶闸管放大倍数Ks=250/10=25.

而三相桥式电路的平均失控时间为1.67ms  所以Ts=0.00167s.

α=Un*/nmax=10V/869rpm=0.01151  

β=Uin*/Idmax=10V/1.5IN=0.26845

三相桥每个波头时间为3.3ms,（1-2）Toi=3.33ms,取Toi=0.002s      Ton=0.01s

二、电流环的设计

电流环设计为典一环节KI/s/(Ti*s+1)

引入PI调节器ki*(ti*s+1)/(ti*s)

KI=ki*β*Ks/ti/R=wci

ti=Tl=0.0635

TΣi=Ts+Toi=0.0017+0.002=0.0037s

取KI*Ti=0.5时

KI=wci=1/(2*TΣi)=135.135

wci<1/3/Ts=196.1,满足晶闸管近似为纯滞后环节的条件

wci>3*√（1/Tm/Tl）=39.2，满足电流环忽略E的影响的条件

Wci<1/3*√（1/Toi/Ts)=180.8.

因此得出：

ti=Tl=0.0635

ki=KI*ti*R/β/Ks=1.2786

当KT=0.25时，超调为0，满足电流超调小于10％的条件

三、转速环设计

转速环设计为典二环节KN*(t*s+1)/s2/(T*s+1)

引入转速换调节器kn*(tn*s+1)/(tn*s)

KN=(afa*R*kn)/(β*Tm*Ce*tn)=w1*wcn=(h+1)/2/h2/T2

h=t/T

TΣn=Ton+(1/KI)=0.0174s

取h=5时，tn=t=h*TΣn=0.087s

wcn=(h+1)/2/TΣn=34,48

kn=(h+1)*β*Tm*Ce/(2*h*TΣn*ɑ*R)=6.88

wcn<1/3*√(KI/Ti)=63.4,满足电流环近似条件

wcn<1/3*√(KI/Ton)=38.75,满足转速换小惯性环节的近似条件

计算转速的超调量：

h=5时,△Cmax/Cb=81.2%

此时超调量=2*(△Cmax/Cb)*( △nN/ nN)*(λ-z)*(TΣn/Tm)=          2*81.2%*(24.834*0.4832/0.2624/869)*1.5*(0.0174/0.3)

=0.74％

满足转速环超调量小于10%

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SsaaM7

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