电气工程综合课程设计综述

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1、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: sqhuang Mb: 13339059209 电气工程综合设计的目的 l促进知识(书本)到实际工程的转化能力的培 养； l总工程师与工程师，系统与子功能块之间的 关系 l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） l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； l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

2、程综合设计的知识架构 l电路原理、电工基础 l模电/数电、自动控制理论、过程控制、智能控 制； lPLC等DPPAFA设备，总线（DCSFCS)技术 ； l计算机原理与应用及计算机控制系统； l电力拖动基础(运动控制系统)、电力拖动控制系 统； l电力电子技术、工厂供、配电系统； l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） l控制理论 l控制工程 l过程控制 l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： l通过传动系统设计，掌握工程背景的设计问题解决 方法； l

3、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； l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； l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） l电机驱动的电源，电力电子技术的应用，四 种基本变换电路 逆变直流斩波直流 交流电力控制 变频、变相 整流交流 交流直流 输出 输入 电气工程综合设计的内容与时间安排 l选择课题 l主电路设计：主电路的方案、参数选择； l保护电路：电流、电压保护；电力电子装置 中缓冲电路（Snubber电路）； l

4、控制电路：控制方法（PID参数选择等） l相关仿真（在工企楼301） l实验验证（在工企楼101） l课程设计报告 电气工程综合设计的内容与时间安排（续） l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； l电路设计、仿真设计：13天； l仿真：安排两个单元时间； l硬件实验：两个单元时间； l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） l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； l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

5、数设计是否合理； l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） l课程设计的主要成果应该在课程设计报告中 。 l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 l第七学期的最后两周； l首先集中讲解，分组； l分散实验； 电气工程综合设计的相关约束（纪律） l思想上要认真对待，执行学校的学籍管理规 定、上课纪律； l加强学习主动性，按时实验，及时上机，完 成实验报告； l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） l按时实验

6、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 ； l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） l在指定的时间、地点进行指导和答疑； l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； l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 ，

7、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 l稳态无静差； l电流调节器超调量不大于5%； l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

8、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）

9、 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

10、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

11、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

12、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

13、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 l采用AD-DC-AC; lAC/DC lDC/AC lLink电路设计、缓冲电路设计 l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） l保护电路设计，电流（变化）、电压（变化 ） l采样、隔离、放大 l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

14、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 l提出手机充电器的性能参数； l具有恒流功能 l不得采用降压变压器 l可以采用CPU、单片机 l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： l水箱系统 l嵌入式计算机控制系统 lPLC l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 l实验成绩 l仿真成绩 l课程设计报告 实验成绩（30分） l考勤 10分 l独立工作能力，工作主动性 10 l实验报告 10分 仿真成绩（30分） l考勤 10分 l仿真过程 10分 l仿真结果分析 10分 课程设计报告（40分） l报告完整性，语言表达能力，报告整洁性等 ，10分 l参数设计计算、元器件选择正确性 20分 l结果分析及独立见解 10分