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3.5电源设计
该模块的主要功能是为转速给定电路提供电源，众所周知，电源是一切电路的心脏，其性能在很大程度上影响着整个电路的性能。为使系统很好的工作，本文特设计一款±15V的直流稳压电源供电，其电路图如图3.5所示。直流稳压电源主要由两部分组成：整流电路和滤波电路。整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导通作用，因此二极管是组成整流电路的关键元件。在小功率（1KW）整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用桥式整流电路，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，电源变压器充分利用，效率高。
图3.5 ±15V电源电路原理图 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两侧并联电容器；或在整流电路输出端与负载间串联电感L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。
3.6 控制电路设计
本控制系统采用转速、电流双闭环结构，其原理图如图3.6所示。
图3.6 双环调速系统原理图
为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。图4.7中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图3.7为双闭环调速系统的稳态结构图。图3.8为双闭环调速系统的稳态结构图。ACR和ASR的输入、输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。若触发器要求ACR的输出Uct为正极性，由于调节器一般为反向输入，则要求ACR的
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输入Ui*为负极性，所以，要求ASR输入的给定电压Un*为正极性。本文基于这种思想进行ASR和ACR设计。
图3.7 双闭环调速系统稳态结构图
图3.8 双闭环调速系统动态结构图 基本数据
直流电动机：33KW、400V、96.6A、900r/min、Ra=0.332Ω，La=7.7mH 晶闸管装置放大系数：Ks=40 电枢回路总电阻:R=2Ra=0.664
电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5IN） 转速反馈系数：α=0.00625Vmin/v（≈10V/nN） 设计要求
静态指标：无静差
动态指标：电流超调量σi%≤5%，空载启动到而定转速时的转速超调量σn%≤10% 参数计算
1.因为UN=230V，α的整定范围在30°~120°之间，由公式UD?2.34U2cos?知当α=30°时UD取得最大值，由此计算得U2=113.50V。 2.由
Ea?UN?IaRa?Cen有Ce=0.1290。
RGD2Tm??2CC?375有Tm=0.4825s。 eT3.由
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4.由L?0.693U2L有L=16.46mH。由Tl?有Tl=0.0091s。 IdminR系统设计
1.电流环的设计
（1）确定时间常数。错误!未找到引用源。整流装置滞后时间常数Ts,三相桥式整流电路的平均失控时间Ts=0.0017s。错误!未找到引用源。电流滤波时间常数Toi,三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，应有（1~2）Toi=3.33ms,因此取Toi=2ms=0.002s。错误!未找到引用源。电流环小时间常数TΣi,按小时间常数近似处理，取TΣi=Ts+ Toi=0.0037s。 （2）确定电流环设计成何种典型系统。 根据设计要求σi%≤5%，而且Tl/TΣi=0.0091/0.0037=2.46<10.因此，电流环可按典型Ⅰ型系统设计。
（3）电流调节器的结构选择。电流调节器选择PI型，其传递函数为
WACR(s)?Ki?is?1?is
?i=Tl=0.0091s；电流开环增益：因要求?i?5%，故应取KIT?i?0.5，因此
（4）选择电流调节器参数。 ACR超前时间常数
KI?0.5?135.1s?1。于是，ACR的比例系数为 T?iKi?KI?iR0.0091?1.8?135.1??0.3966?Ks0.1395?40
（5）计算电流调节器的电路参数
电流调节器的原理图如图3.9所示。按所用运算放大器，取R0=40KΩ，各电阻和电容值计算如下：
Ri?KiR0?0.3966?40K?15.86K,取16K
Ci??i/Ri?(0.0091/16K)?106uF?0.57uFCoi?4Toi/R0?0.2uF
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图3.9 电流调节器原理图
??KI?135.1s?1ci（6）校验近似条件。电流环截止频率
1）校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：?ci?1， 3Ts11??196.1s?13T3?0.0017因为s> ?ci，所以满足近似条件。
2）校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：?ci?31， TmTl?ci?3现在
11?3?45.27s?1TmTl0.4825?0.0091
31，
TsToi 3）校验小时间常数的近似处理是否满足条件：??1ci1311?TsToi31?180.78s?10.0017?0.002现在>?ci,满足近似条件。
按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。 2.转速环的设计
（1）确定时间常数。错误!未找到引用源。电流环等效时间常数为找到引用源。转速滤波时间常数引用源。转速环小时间常数
2T?i?0.0074sTon；错误!未
Ton，根据所用测速发动机纹波情况，取=0.01s;错误!未找到
。
T?on按小时间常数近似处理，取
T?on?2T?i?Ton?0.0174s （2）确定将转速环设计成何种典型系统。由于设计要求转速环无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型Ⅱ型系统设计转速环。 （3）转速调节器的结构选择。转速调节器选用PI型，其传递函数为
WASR(s)?Kn?ns?1?ns
（4）选择转速调节器参数。按跟随和抗干扰性能都能较好的原则取h=5，则 ASR超前时间常数
?n?hT?n?5?0.0174?0.087s
KN?(h?1)6??396.4s?22222hT?n2?25?0.0174转速环开环增益为
Kn?于是，ASR的比例系数为
(h?1)?CeTm6?0.1395?0.1290?0.4825??24.112h?RT?n2?5?0.0069?1.8?0.0174
（5）计算转速调节器的电路参数。转速调节器原理图如图3.10所示，按所用运算放大器，取
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R0=40KΩ，各电阻和电容值计算如下：
Rn?KnR0?24.11?40K?964.4K,取1MCn??on/Rn?(0.087/1M)?106?0.087uFCon?4Ton/R0?1uF
图3.10 转速调节器原理图
?cn?（6）校验近似条件。转速环截止频率
KN?1?Kn/?n?34.5s?1
?cn? 1）校验电流环传递函数简化条件是否满足：
15T?i
现在
11??54.1s?15T?i5?0.0037>?cn,满足简化条件。
?cn?1312TonT?i2）校验小时间常数近似处理是否满足，
?cn?现在
1311?2TonT?i31?38.75s?12?0.01?0.0037>?cn,满足近似条件。
?Cmax?81.2%Ckb3）校验转速超调量。当h=5时，
而
?nN?INR/Ce?47.8?1.8/0.1290?667.0r/min，因此
?n%?(?Cmax?nT667.00.0174)?2(??Z)*N?n?81.2%?2?1.5???4.04%?10%CkbnTm14500.4825，
能满足设计要求。设计完成的控制系统如图3.11所示。
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