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1、電氣工程綜合課程設(shè)計,安徽工業(yè)大學(xué) 電氣信息學(xué)院 自動化系 2011.11.24,主講：黃松清 E-mail: Mb: 13339059209,電氣工程綜合設(shè)計的目的,促進知識(書本)到實際工程的轉(zhuǎn)化能力的培養(yǎng)； 總工程師與工程師，系統(tǒng)與子功能塊之間的關(guān)系 電子電路、微機原理（已經(jīng)進行），電氣工程綜合課程設(shè)計（即將進行）；,電氣工程綜合設(shè)計的目的（續(xù)）,在校學(xué)習(xí)：知識通過一門門課程學(xué)習(xí)，現(xiàn)場問題是綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)，要學(xué)會知識綜合能力的培養(yǎng)；要善于應(yīng)用知識，多知識領(lǐng)域的交叉； 培養(yǎng)大家運用知識、綜合知識的能力；學(xué)習(xí)知識能力的培養(yǎng)；從事實際工程能力；,電氣工程綜合設(shè)計的知識架構(gòu),電路原
2、理、電工基礎(chǔ) 模電/數(shù)電、自動控制理論、過程控制、智能控制； PLC等DPPAFA設(shè)備，總線（DCSFCS)技術(shù)； 計算機原理與應(yīng)用及計算機控制系統(tǒng)； 電力拖動基礎(chǔ)(運動控制系統(tǒng))、電力拖動控制系統(tǒng)； 電力電子技術(shù)、工廠供、配電系統(tǒng)； 系統(tǒng)仿真等,電氣工程綜合設(shè)計的任務(wù)與要求,控制理論與控制工程（雙控專業(yè)） 控制理論 控制工程 過程控制 運動控制 1）以速度控制為目的的調(diào)速系統(tǒng)； 2）以位置控制為目的的伺服系統(tǒng),電氣工程綜合設(shè)計的任務(wù)與要求,以傳動系統(tǒng)為例，以下幾個方面應(yīng)該注意： 通過傳動系統(tǒng)設(shè)計，掌握工程背景的設(shè)計問題解決方法； 對象：傳動執(zhí)行機構(gòu)，具體電機，直流電機、交流異步電機、同步電機
3、或相關(guān)的控制電機； 控制策略，PID、先進控制策略、智能控制、自適應(yīng)控制、MAC、MPC、GMPC、反饋控制等； 控制手段：DDC、LSI、時序電路、CPU、計算機、PLC、工業(yè)控制計算機等,電氣工程綜合設(shè)計的任務(wù)與要求（續(xù)）,電機驅(qū)動的電源，電力電子技術(shù)的應(yīng)用，四種基本變換電路,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排,選擇課題 主電路設(shè)計：主電路的方案、參數(shù)選擇； 保護電路：電流、電壓保護；電力電子裝置中緩沖電路（Snubber電路）； 控制電路：控制方法（PID參數(shù)選擇等） 相關(guān)仿真（在工企樓301） 實驗驗證（在工企樓101） 課程設(shè)計報告,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排（續(xù)）,課題選擇：在
4、進行課程設(shè)計前思考，提出方案，有指導(dǎo)老師進行判定是否可行，實驗室是否有條件開出等； 電路設(shè)計、仿真設(shè)計：13天； 仿真：安排兩個單元時間； 硬件實驗：兩個單元時間； 實驗總結(jié)：分析實驗，寫出課程設(shè)計總結(jié)報告。,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排（續(xù)）,硬件實驗：同學(xué)相互組合，46人一組，接線、測量、調(diào)試、記錄協(xié)調(diào)配合； 仿真：一人一機，根據(jù)自身設(shè)計的方法，設(shè)計仿真程序，進行仿真，分析仿真結(jié)果，尤其要檢驗參數(shù)設(shè)計是否合理； 仿真在 Matlab平臺上進行。,電氣工程綜合設(shè)計的內(nèi)容與時間安排（續(xù)）,課程設(shè)計的主要成果應(yīng)該在課程設(shè)計報告中。 課程設(shè)計報告應(yīng)該包含以下內(nèi)容 1.課題內(nèi)容； 2.設(shè)計方
5、案與原理敘述； 3.裝置元、器件選擇； 4.仿真結(jié)果與分析。,電氣工程綜合設(shè)計的時間安排,第七學(xué)期的最后兩周； 首先集中講解，分組； 分散實驗；,電氣工程綜合設(shè)計的相關(guān)約束（紀(jì)律）,思想上要認(rèn)真對待，執(zhí)行學(xué)校的學(xué)籍管理規(guī)定、上課紀(jì)律； 加強學(xué)習(xí)主動性，按時實驗，及時上機，完成實驗報告； 如果沒有完成，只能隨下一屆，與生產(chǎn)實習(xí)一樣,電氣工程綜合設(shè)計的相關(guān)約束（紀(jì)律）（續(xù)）,按時實驗和上機。由于實驗條件限制，大家要在指定的時間段完成實驗和上機，這就要求大家一定要預(yù)習(xí)，有準(zhǔn)備的進行課程設(shè)計； 實驗和上機結(jié)束后，經(jīng)指導(dǎo)老師同意、檢查實驗與仿真結(jié)果后，才能夠離開，否則視為缺席（后果非常嚴(yán)重?。。。?
6、電氣工程綜合設(shè)計的相關(guān)約束（紀(jì)律）（續(xù)）,在指定的時間、地點進行指導(dǎo)和答疑； 課程設(shè)計過程中，要多進行交流、方案的比較，尤其要進行仿真研究； 課程報告要寫出心得，獨立完成。,電氣工程綜合設(shè)計的參考課題,一、不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 直流它勵電機，額定功率555(kW)，額定電壓750 （V） ，額定電流760 （A） ，額定轉(zhuǎn)速375（rpm） ，過載系數(shù)1.5 ，電樞電阻0.14 （ ） ，直流回路總電阻（包括限流電抗器） 0.14 （ ） ，電機及負(fù)載折算到電機軸上的綜合轉(zhuǎn)動慣量J,不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)）,轉(zhuǎn)動慣量J,勵磁電壓220（V），額定勵磁電流33.1（A），供電電源3相50（
7、Hz）3000（V），有效值。,不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)）,調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)無靜差； 電流調(diào)節(jié)器超調(diào)量不大于5%； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器超調(diào)量不大于10%；,整流變壓器的設(shè)計,整流變壓器的參數(shù)一次側(cè)電壓U1、電流I1、二次側(cè)的電壓U2、電流I2、變壓器的視在功率（容量）S。為了減少整流對電網(wǎng)的影響，整流變壓器一般采用/Y、 /接線，具體的鐘點數(shù)，根據(jù)具體情況決定。,整流變壓器的設(shè)計（續(xù)）,一、整流變壓器電壓計算 整流變壓器的一次側(cè)電壓受電網(wǎng)電壓的限制，不需要計算。二次側(cè)電壓(U2）可以根據(jù)下面的公式計算：,整流變壓器的設(shè)計（續(xù)）,二、整流變壓器的電流選擇 對于三相橋式整流：,整流變壓器的設(shè)計
8、（續(xù)）,整流變壓器的視在功率(S),交流側(cè)進線電抗器的設(shè)計,直接用交流電源，不用變壓器，則為了抑制SCR導(dǎo)通時的di/dt、限制短路時的短路電流的上升率，選擇交流側(cè)進線電抗器（L）。,可控硅（SCR)的選擇,一、可控硅（SCR)額定電壓的選擇 可控硅（SCR)額定電壓是指斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（UDRM）和反向重復(fù)峰值電壓（URRM）中的較小的值選取。 可控硅（SCR)額定電壓應(yīng)該根據(jù)整流輸入電壓的峰值來選擇。同時，要考慮SCR恢復(fù)阻斷時的換向過電壓，操作及事故時的過電壓，應(yīng)該留一定的安全余量。安全余量取2-3倍,可控硅（SCR)的選擇（續(xù)）,對于三相橋式整流，可控硅（SCR)額定電壓用下式計
9、算,n 功率開關(guān)元件的串聯(lián)數(shù)；KU均壓系數(shù)，0.8-0.9,可控硅（SCR)的選擇（續(xù)）,二、可控硅（SCR)額定電流IFAV是指SCR允許通過的最大通態(tài)電流（工頻半波平均值）。 決定SCR電流大小的是SCR的管芯溫度，因此最還從SCR的管芯溫度來校核額定電流最為合適，但非常復(fù)雜，不實用。 工程上，根據(jù)SCR電流的有效值來選擇SCR的額定電流，同時考慮1.5-2倍的安全裕量。,可控硅（SCR)的選擇（續(xù)）,直流電機電樞電感量的計算,C---補償系數(shù)，有電樞反應(yīng)補償為0.1，無補償為0.4,平波電抗器電感量計算,U2變壓器二次側(cè)電壓有效值；Idmin整流橋的輸出最小電流,對于三相整流橋，直
10、流回路總電感量：,平波電抗器電感量,三相整流變壓器漏感(LT )計算,電源頻率,I額定電機額定電流,勵磁回路計算,勵磁電阻 Rf=Uf/If 磁場與電樞間的互感 Lm=KE/If 其中，KE是以弧度/秒為單位的電勢常數(shù)，,電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計,1.確定電流環(huán)的時間常數(shù) 電流環(huán)時間常數(shù)包括整流器的失控時間常數(shù)TS、電機電磁時間常數(shù)TTEM、電流給定（反饋濾波）時間常數(shù)TOi、電流環(huán)的小時間常數(shù)TI、電流反饋系數(shù)、系統(tǒng)直流回路的總電阻R.,電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)),2.確定電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 電流調(diào)節(jié)器（ACR, Automatic Current Regulator）一般按照典型系統(tǒng)設(shè)計，采
11、用PID控制器。當(dāng)然PID就有許多種類，積分分離、微分先行等對不同的對象，PID不同。,電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(續(xù)),3.確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù),=電機電磁時間常數(shù)TTEM,按照電流調(diào)節(jié)器超調(diào)量的要求，由典型系統(tǒng)的相關(guān)表格，查出Ki、電流環(huán)的小時間常數(shù)TI,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計,1.確定轉(zhuǎn)速環(huán)的時間常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)的時間常數(shù)包括電流環(huán)等效時間常數(shù)2Ti、轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)Tn、轉(zhuǎn)速給定（反饋濾波）時間常數(shù)Ton、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù). 轉(zhuǎn)速給定（反饋濾波）時間常數(shù)Ton取0.1.,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計（續(xù)）,.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 按照工程實際，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（，Automatic Speed Regulator）按照典型型系統(tǒng)
12、設(shè)計。 其傳遞函數(shù),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計（續(xù)）,3.確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（）參數(shù),h一般取h=5,計算轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)KN、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)Kn,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計（續(xù)）,注：上面的 ACR 、 ASR選定以后，一定要代入計算超調(diào)量進行校核?。。。。。。。?！,電氣工程綜合設(shè)計的參考課題,二、可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 電機參數(shù)與課程設(shè)計一同； 采用邏輯無環(huán)流或錯位無環(huán)流進行設(shè)計 （參考上海大學(xué)，陳伯時，電力拖動控制系統(tǒng)）,電氣工程綜合設(shè)計的參考課題,三、三相交流異步鼠籠電機變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 采用AD-DC-AC; AC/DC DC/AC Link電路設(shè)計、緩沖電路設(shè)計 開關(guān)器件：SCR、GTR 、 IGB
13、T 、 MOSFET,三相交流異步鼠籠電機變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)）,保護電路設(shè)計，電流（變化）、電壓（變化） 采樣、隔離、放大 主控制器采用單片機、工控機,三相交流異步鼠籠電機變頻驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)）,三相交流鼠籠異步電動機參數(shù) 四極，額定電壓380（V），額定電流3.75（A），額定功率2.2（kW），額定轉(zhuǎn)速1485（rpm），額定功率因數(shù)0.85，折算到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J=0.19（kg*m*m），折算到定子側(cè)的定子電阻0.435（），折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻（），定、轉(zhuǎn)子間的互感為0.002（mH），定子繞組自感0.002（ mH ），定子自感0.002（ mH ）。,手機充電電源的設(shè)計,四
14、、手機充電器的設(shè)計 提出手機充電器的性能參數(shù)； 具有恒流功能 不得采用降壓變壓器 可以采用CPU、單片機 電源性能指標(biāo)符合國家相關(guān)要求,太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計,五、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計 太陽能發(fā)電輸出在3080（V),可變直流電壓，要求可以對用戶單獨供電，可以并網(wǎng)運行。 并網(wǎng)電源：220（V）50（Hz）,智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計,六、智能變流量恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 實驗室能夠提供的條件： 水箱系統(tǒng) 嵌入式計算機控制系統(tǒng) PLC 常用接觸器、繼電器,電氣工程綜合設(shè)計的評分標(biāo)準(zhǔn),課程設(shè)計成績由三部分組成 實驗成績 仿真成績 課程設(shè)計報告,實驗成績（30分）,考勤 10分 獨立工作能力，工作主動性 10 實驗報告 10分,仿真成績（30分）,考勤 10分 仿真過程 10分 仿真結(jié)果分析 10分,課程設(shè)計報告（40分）,報告完整性，語言表達(dá)能力，報告整潔性等，10分 參數(shù)設(shè)計計算、元器件選擇正確性 20分 結(jié)果分析及獨立見解 10分,
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