《课程设计工商》PPT课件.ppt

电气工程综合课程设计,安徽工业大学 电气信息学院 自动化系 2011.11.24,主讲：黄松清 E-mail: Mb: 13339059209,电气工程综合设计的目的,促进知识(书本)到实际工程的转化能力的培养； 总工程师与工程师，系统与子功能块之间的关系 电子电路、微机原理（已经进行），电气工程综合课程设计（即将进行）；,电气工程综合设计的目的（续）,在校学习：知识通过一门门课程学习，现场问题是综合、复杂的系统，要学会知识综合能力的培养；要善于应用知识，多知识领域的交叉； 培养大家运用知识、综合知识的能力；学习知识能力的培养；从事实际工程能力；,电气工程综合设计的知识架构,电路原理、电工基础 模电/数电、自动控制理论、过程控制、智能控制； PLC等DPPAFA设备，总线（DCSFCS)技术； 计算机原理与应用及计算机控制系统； 电力拖动基础(运动控制系统)、电力拖动控制系统； 电力电子技术、工厂供、配电系统； 系统仿真等,电气工程综合设计的任务与要求,控制理论与控制工程（双控专业） 控制理论 控制工程 过程控制 运动控制 1）以速度控制为目的的调速系统； 2）以位置控制为目的的伺服系统,电气工程综合设计的任务与要求,以传动系统为例，以下几个方面应该注意： 通过传动系统设计，掌握工程背景的设计问题解决方法； 对象：传动执行机构，具体电机，直流电机、交流异步电机、同步电机或相关的控制电机； 控制策略，PID、先进控制策略、智能控制、自适应控制、MAC、MPC、GMPC、反馈控制等； 控制手段：DDC、LSI、时序电路、CPU、计算机、PLC、工业控制计算机等,电气工程综合设计的任务与要求（续）,电机驱动的电源，电力电子技术的应用，四种基本变换电路,电气工程综合设计的内容与时间安排,选择课题 主电路设计：主电路的方案、参数选择； 保护电路：电流、电压保护；电力电子装置中缓冲电路（Snubber电路）； 控制电路：控制方法（PID参数选择等） 相关仿真（在工企楼301） 实验验证（在工企楼101） 课程设计报告,电气工程综合设计的内容与时间安排（续）,课题选择：在进行课程设计前思考，提出方案，有指导老师进行判定是否可行，实验室是否有条件开出等； 电路设计、仿真设计：13天； 仿真：安排两个单元时间； 硬件实验：两个单元时间； 实验总结：分析实验，写出课程设计总结报告。,电气工程综合设计的内容与时间安排（续）,硬件实验：同学相互组合，46人一组，接线、测量、调试、记录协调配合； 仿真：一人一机，根据自身设计的方法，设计仿真程序，进行仿真，分析仿真结果，尤其要检验参数设计是否合理； 仿真在 Matlab平台上进行。,电气工程综合设计的内容与时间安排（续）,课程设计的主要成果应该在课程设计报告中。 课程设计报告应该包含以下内容 1.课题内容； 2.设计方案与原理叙述； 3.装置元、器件选择； 4.仿真结果与分析。,电气工程综合设计的时间安排,第七学期的最后两周； 首先集中讲解，分组； 分散实验；,电气工程综合设计的相关约束（纪律）,思想上要认真对待，执行学校的学籍管理规定、上课纪律； 加强学习主动性，按时实验，及时上机，完成实验报告； 如果没有完成，只能随下一届，与生产实习一样,电气工程综合设计的相关约束（纪律）（续）,按时实验和上机。由于实验条件限制，大家要在指定的时间段完成实验和上机，这就要求大家一定要预习，有准备的进行课程设计； 实验和上机结束后，经指导老师同意、检查实验与仿真结果后，才能够离开，否则视为缺席（后果非常严重！）,电气工程综合设计的相关约束（纪律）（续）,在指定的时间、地点进行指导和答疑； 课程设计过程中，要多进行交流、方案的比较，尤其要进行仿真研究； 课程报告要写出心得，独立完成。,电气工程综合设计的参考课题,一、不可逆直流调速系统设计 直流它励电机，额定功率555(kW)，额定电压750 （V） ，额定电流760 （A） ，额定转速375（rpm） ，过载系数1.5 ，电枢电阻0.14 （ ） ，直流回路总电阻（包括限流电抗器） 0.14 （ ） ，电机及负载折算到电机轴上的综合转动惯量J,不可逆直流调速系统设计（续）,转动惯量J,励磁电压220（V），额定励磁电流33.1（A），供电电源3相50（Hz）3000（V），有效值。,不可逆直流调速系统设计（续）,调速系统设计指标 稳态无静差； 电流调节器超调量不大于5%； 转速调节器超调量不大于10%；,整流变压器的设计,整流变压器的参数一次侧电压U1、电流I1、二次侧的电压U2、电流I2、变压器的视在功率（容量）S。为了减少整流对电网的影响，整流变压器一般采用/Y、 /接线，具体的钟点数，根据具体情况决定。,整流变压器的设计（续）,一、整流变压器电压计算 整流变压器的一次侧电压受电网电压的限制，不需要计算。二次侧电压(U2）可以根据下面的公式计算：,整流变压器的设计（续）,二、整流变压器的电流选择 对于三相桥式整流：,整流变压器的设计（续）,整流变压器的视在功率(S),交流侧进线电抗器的设计,直接用交流电源，不用变压器，则为了抑制SCR导通时的di/dt、限制短路时的短路电流的上升率，选择交流侧进线电抗器（L）。,可控硅（SCR)的选择,一、可控硅（SCR)额定电压的选择 可控硅（SCR)额定电压是指断态重复峰值电压（UDRM）和反向重复峰值电压（URRM）中的较小的值选取。 可控硅（SCR)额定电压应该根据整流输入电压的峰值来选择。同时，要考虑SCR恢复阻断时的换向过电压，操作及事故时的过电压，应该留一定的安全余量。安全余量取2-3倍,可控硅（SCR)的选择（续）,对于三相桥式整流，可控硅（SCR)额定电压用下式计算,n 功率开关元件的串联数；KU均压系数，0.8-0.9,可控硅（SCR)的选择（续）,二、可控硅（SCR)额定电流IFAV是指SCR允许通过的最大通态电流（工频半波平均值）。 决定SCR电流大小的是SCR的管芯温度，因此最还从SCR的管芯温度来校核额定电流最为合适，但非常复杂，不实用。 工程上，根据SCR电流的有效值来选择SCR的额定电流，同时考虑1.5-2倍的安全裕量。,可控硅（SCR)的选择（续）,直流电机电枢电感量的计算,C-补偿系数，有电枢反应补偿为0.1，无补偿为0.4,平波电抗器电感量计算,U2变压器二次侧电压有效值；Idmin整流桥的输出最小电流,对于三相整流桥，直流回路总电感量：,平波电抗器电感量,三相整流变压器漏感(LT )计算,电源频率,I额定电机额定电流,励磁回路计算,励磁电阻 Rf=Uf/If 磁场与电枢间的互感 Lm=KE/If 其中，KE是以弧度/秒为单位的电势常数，,电流调节器的设计,1.确定电流环的时间常数 电流环时间常数包括整流器的失控时间常数TS、电机电磁时间常数TTEM、电流给定（反馈滤波）时间常数TOi、电流环的小时间常数TI、电流反馈系数、系统直流回路的总电阻R.,电流调节器的设计(续),2.确定电流调节器的结构 电流调节器（ACR, Automatic Current Regulator）一般按照典型系统设计，采用PID控制器。当然PID就有许多种类，积分分离、微分先行等对不同的对象，PID不同。,电流调节器的设计(续),3.确定电流调节器的参数,=电机电磁时间常数TTEM,按照电流调节器超调量的要求，由典型系统的相关表格，查出Ki、电流环的小时间常数TI,转速调节器的设计,1.确定转速环的时间常数 转速环的时间常数包括电流环等效时间常数2Ti、转速环小时间常数Tn、转速给定（反馈滤波）时间常数Ton、转速反馈系数. 转速给定（反馈滤波）时间常数Ton取0.1.,转速调节器的设计（续）,.选择转速调节器结构 按照工程实际，转速调节器（，Automatic Speed Regulator）按照典型型系统设计。 其传递函数,转速调节器的设计（续）,3.确定转速调节器（）参数,h一般取h=5,计算转速环的开环放大系数KN、转速调节器的放大系数Kn,转速调节器的设计（续）,注：上面的 ACR 、 ASR选定以后，一定要代入计算超调量进行校核！,电气工程综合设计的参考课题,二、可逆调速系统设计 电机参数与课程设计一同； 采用逻辑无环流或错位无环流进行设计 （参考上海大学，陈伯时，电力拖动控制系统）,电气工程综合设计的参考课题,三、三相交流异步鼠笼电机变频驱动系统设计 采用AD-DC-AC; AC/DC DC/AC Link电路设计、缓冲电路设计 开关器件：SCR、GTR 、 IGBT 、 MOSFET,三相交流异步鼠笼电机变频驱动系统设计（续）,保护电路设计，电流（变化）、电压（变化） 采样、隔离、放大 主控制器采用单片机、工控机,三相交流异步鼠笼电机变频驱动系统设计（续）,三相交流鼠笼异步电动机参数 四极，额定电压380（V），额定电流3.75（A），额定功率2.2（kW），额定转速1485（rpm），额定功率因数0.85，折算到转子的转动惯量J=0.19（kg*m*m），折算到定子侧的定子电阻0.435（），折算到定子侧的转子电阻（），定、转子间的互感为0.002（mH），定子绕组自感0.002（ mH ），定子自感0.002（ mH ）。,手机充电电源的设计,四、手机充电器的设计 提出手机充电器的性能参数； 具有恒流功能 不得采用降压变压器 可以采用CPU、单片机 电源性能指标符合国家相关要求,太阳能发电系统的设计,五、太阳能发电系统的设计 太阳能发电输出在3080（V),可变直流电压，要求可以对用户单独供电，可以并网运行。 并网电源：220（V）50（Hz）,智能变流量恒压供水系统的设计,六、智能变流量恒压供水系统的设计 实验室能够提供的条件： 水箱系统 嵌入式计算机控制系统 PLC 常用接触器、继电器,电气工程综合设计的评分标准,课程设计成绩由三部分组成 实验成绩 仿真成绩 课程设计报告,实验成绩（30分）,考勤 10分 独立工作能力，工作主动性 10 实验报告 10分,仿真成绩（30分）,考勤 10分 仿真过程 10分 仿真结果分析 10分,课程设计报告（40分）,报告完整性，语言表达能力，报告整洁性等，10分 参数设计计算、元器件选择正确性 20分 结果分析及独立见解 10分,