VM转速,电流双闭环不可逆直流调速标准系统课设 .docx

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1、精品名师归纳总结目录第一章概论1.1 设计目的1.2 设计要求1.3 电机参数其次章基本原理1.1 系统的组成1.2 系统电路原理图第三章直流双闭环调剂系统调剂器以及触发电路的设计3.1 获得系统设计对象3.2 电流调剂器的设计3.3 转速调剂器的设计3.4 触发电路的设计第四章主电路及爱护电路的设计4.1 主电路原理4.2 整流变压器额定参数运算4.3 整流元件参数运算4.4 平波电抗器的参数运算4.5 晶闸管爱护的运算4.6 直流侧爱护4.7 沟通侧爱护4.8 励磁电路4.9 转速检测电路4.10 稳压电路结论参考文献心得体会可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第一章概论今日我

2、们我们课设的题目是vm 转速电流双闭环直流不行逆直流调速系统，直流调速系统具有调速范畴广、精度高、动态性能 好和易于掌握等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文 从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数 学模型，并具体分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按 照自动掌握原理， 对双闭环调速系统的设计参数进行分析和运算， 从而达到设计要求随着社会化大生产的不断进展， 电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用， 对其生产工艺、 产品质量的要求不断提高， 这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要 对这样的自动调速系统作一些深化的明白和讨论。本次设计包括主电路

3、和掌握回路的设计。本设计通过分析直流双闭环调速系统 的组成，设计出系统的电路原理图。同时，采纳工程设计的方法 对直流双闭环调速系统的电流和转速两个调剂器进行设计，先设 计电流调剂器，然后将整个电流环看作是转速调剂系统的一个环节，再来设计转速调剂器。 遵从确定时间常数、 挑选调剂器结构、运算调剂器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调剂器的具体设计。之后，再对系统的起动过程进行分析，以明白系统的动态性能。双闭环掌握可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而 获得良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要表达在其抗负 载扰动以及抗电网电压扰动之上。 正由于双闭环调速的众多优点， 所以在此有必要对

4、其最优化设计进行深化的探讨和讨论。本次课 程设计目的就是旨在对双闭环进行最优化的设计关键词：双闭电流调剂器转速调剂器设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.1 设计目的1. 通过对实际综合试验的培育，加强同学的实际动手才能。2. 为毕业设计做好预备。3. 熟识相关试验过程。4. 加深对电力拖动自动掌握系统这一课程的熟识，培育同学综合专业学问的才能。1.2 、设计要求1. 调速范畴 D=20. 无静差。在整个调速范畴内要求转速无极，平滑可调2 电流超调量 i5%空载启动到额定转速时的转速超调量n 103. 中频宽 h=51.3 、电机参数型号为 z2-32 直流电动机，额定容量

5、2.2kw ，额定电压 220v ，额定电流 12.5A ，最大电流 18.75A ，额定转速 1500rpm, 额定励磁 0.61A,GD2 等于 0.105 ，电动机电枢电感 10mH.电动机电枢电阻改为 1.3 其他参数，整流侧内阻 0.037 整流变压器漏感 0.24mH。电抗器直流电阻 0.024 。电抗器电感 3.2mH可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次章基本原理2.1 系统的组成转速、电流双闭环掌握的直流调速系统是应用最广、性能很好的直流调速系统。采纳 PI 调剂的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳固的前提下实现转速无静差。但是，假如对系统的动态性能要求较高，单

6、闭环系统就难以满意要求了。如题 1 所示，为了实现在答应条件下的最快启动，关键是要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结获得一段使电流保持为最大值I dm的恒流过程。依据反馈掌握规可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结律，采纳某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么， 采纳电流负反馈应当能够得到近似的恒流过程。所以，我们期望达到的掌握：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈。达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采纳转速和电流两个调剂器来组成系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别在系统中起作用，可以在系统中设置两个调剂器，分别调剂转速和电流，即分别

7、引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）连接， 如图 2 所示。把转速调剂器的输出当作电流调剂器的输入，再用电流调剂器的输出去掌握电力电子变换器UPE。从闭环结构上看， 电流环在里面，称作内环。转速环在外面，称作外环。这就组成了转速、电流双闭环调速系统。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2 系统的电路原理图为了获得良好的静、动态性能，转速和电路两个调剂器一般都采用 PI 调剂器，这样组成的直流双闭环调速系统电路原理图如图3 所示。图中 ASR为转速调剂器， ACR为电流调剂器， TG表示测速发电机， TA表示电流互感器， GT是触发电路， UPE是电力电子变换

8、器。图中标出了两个调剂器输入输出电压的实际极性，它们是依据电力电子变换器的掌握电压 U c 为正电压的情形标出的， 并考虑到运算放大器的倒相作用。图中仍标出了两个调剂器的输出都Uim是带限幅作用的，转速调剂器ASR 的输出限幅电压* 打算了电流给的电压的最大值， 电流调剂器 ACR 的输出限幅电压 Ucm 限制可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结了电力电子变换器的最大输出电压U dm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三章 直流双闭环调速系统调剂器以及触发电路的设计本设计将运用工程设计方法来设计转速、 电流双闭环调速系统的两个调剂器。依据设计多环掌握系统先内环后外环的

9、一般原就， 从内环开头，逐步向外扩展。在双闭环系统中，应当第一设计电 流调剂器，然后把整个电流环看作是转速调剂系统的一个环节， 再设计转速调剂器。3.1 获得系统设计对象依据图 3 直流双闭环调速系统电路原理图可以便利的绘出系为转速反馈系数，统的稳态结构框图，如图 4 所示。其中为电流反馈系数。在考虑双闭环掌握的结构（见图4 直流双闭环调速系统的稳态结构框图）的基础上，即可绘出直流双闭环调速系统的动态结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结构框图，如图 5 所示。图中WASRs和WACR s分别表示转速调剂可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结器和电流调剂器的传递函数。为了

10、引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必需把电枢电流 Id 显示出来。在实际设计过程中，由于电流检测信号中常含有沟通重量， 为了不使它影响到调剂器的输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可以用一阶惯性环节来表示， 其滤波时间常数 Toi 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。然而，在抑制沟通重量的同 时，滤波环节也推迟了反馈信号的作用， 为了平稳这个推迟作用， 在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定 滤波环节。其意义是，让给定信号和反馈信号经过相同的延时， 使二者在时间上得到恰当的协作，从而带来设计上的便利。由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时

11、间常数用 Ton 表示。依据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为 Ton 的给定滤波环节。所以直流双闭环调速系统的实际动态结构框图应当与图5 有所不同，应当增加滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结定信号的滤波环节。如图 6 所示。3.2 电流调剂器的设计电流环结构框图的简化在图 6 点画线框内的电流内环中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情形下，系统的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电磁时间常数Tl 远小于机电时间常数Tm

12、，因此，转速的变化往往可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即E0 。这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，也就算说，可以暂且把反电动势的作用去掉，得到电流环的近似结构框图，如图7 所示假如把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效的移到环内，同可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结时把给定信号改成如图 8 所示。U i s，就电流环便等效成单位负反馈系统，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳

13、总结最终，由于Ts 和Toi一般都比Tl 小的多，可以当作小惯性群而可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结近似的看作是一个惯性环节，其时间常数为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结T iTsToi可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就电流环结构框图最终可以简化成如图9 所示。简化的近似条件是11ci3TsToi电流调剂器结构的挑选第一考虑把电流环校正成哪一类典型系统。 从稳态要求上看， 期望电流无静差，可以得到抱负的堵转特性，由图9 可以看出， 采纳型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统不答应电枢电流在突加掌

14、握作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过答应值，而对电网电压波动的准时抗扰作用只是次要因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型型系统。图 9 的说明，电流环的掌握对象是双惯性型的，要校正成典型型系统， 明显应采纳 PI 型的电流调剂器， 其传递函数可以写可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结成：WACRs=K（iiS+1） iS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为了让调剂器零点与掌握对象的大时间常数极点对消，挑选iTl就电流环的动态结构框图便成图10 所示的典型形式，其中：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结KK i K s i R四、电流

15、调剂器的参数运算依据已知数据得 数据运算晶闸管整流装置： Rn=0.037，。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结KS=U doU ctm2.34U 2cos30 =26.7 。10可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结答应过载倍数 = I max1.5 。I N系统主电路：电抗器直流电阻 RH=0.024 ，电枢回路总电阻R=Rn+Ra+RH=1.361 。电机电动势常数：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结C = U NI N Ra22012.51.30.136可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结en N1500V min/r可编辑资料 - -

16、 - 欢迎下载精品名师归纳总结主电路总电感：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结LLa2LTLH102*0.243.213.68mH可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电动机转矩系数： Cm=30Ce/=1.29（N m/A ） 电枢回路电磁时间常数： Tl=L/R=0.01s电力拖动系统机电时间常数：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结GD 2R0.105 9.81.361Tm =0.021s375CeCm375 1.290.136可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电流反馈系数：1010=0.53 V/A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名

17、师归纳总结I N1.512.51. 确定时间常数1) 整流装置滞后时间常数Ts。三相桥式晶闸管整流电路的平均失控时间 Ts=0.0017s 。2) 电流滤波时间常数 Toi 。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（ 1 2）Toi =3.33ms，因此取 Toi =2ms=0.002s。3) 电流环小时间常数之和T。按小时间常数近似处理，取T i =Ts+Toi =0.0037s 。2. 挑选电流调剂器结构依据设计要求 i5%，并保证稳态电流无差，可按典型系统设计电流调剂器。电流环掌握对象是双惯性型的，因此可用 PI 型电流调剂器。3. 运算电流调剂器参数电流调剂器超

18、前时间常数： i=Tl =0.01s。电流环开环增益：要求 i 5%时，按表 2-1 ，应取 KI T=0.5， 因此-1KI =0.5/T i =0.5/0.0037=135.1s于是， ACR 的比例系数为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结K i =K Ii R K S135.10.011.36126.70.530.13可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4. 校验近似条件电流环截止频率： ci=K I=135.1s-11) 晶闸管整流装置传递函数的近似条件ci11196.1s-13TS30.0017满意近似条件。2) 忽视反电动势变化对电流环动态影响的条件可编辑

19、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ci31=31=207可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结TmTl满意近似条件。0.021 0.01可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3) 电流环小时间常数近似处理条件可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结11= 11=180.8 ci可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3TsToi30.00170.002满意近似条件。5. 运算调剂器电阻和电容由图 2 7 所示，按所用运算放大器取 R0=40K，各电阻和电容值为Ri =Ki R00.13400005.2 K，取 5K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品

20、名师归纳总结Ci =i = 0.01Ri5000=0.000002F, 取 2F可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Coi =4Toi R040.002400000.2 F, 取 0.2 F可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为i=4.3%0 度时，没个晶闸管都不在自然换相点换相，而是从自然幻想点向后移 a 角时开头换相主电路如图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2 整流变压器额定参数运算依据负载所需要的平均电压Ud 和电流 Id ，可以挑选晶闸管整流主电路的形式， 在平均电压 Ud和主电路形式肯定的条件下

21、， 晶闸管的沟通侧的电源相电压有效值， U2 只能在一个较小的范畴内变化，由于电压 U2 挑选过高，就晶闸管装置运行时的掌握角a 过大，造胜利率因数变坏，无功功率增大，并在电源回路上产生很大的压降， 但如电压 U2挑选过低， 就有可能在晶闸管掌握角等于零度时仍不能达到负载要求的电压额定值，由于就不能达到负 载要求的功率，在一般情形下，晶闸管装置所要求的沟通供电电 压与电网电压往往不一样，另外为了尽可能减小电网与晶闸管装 置的相互干扰，要求能够隔离，所以通常配用整流变压器整流变压器的初级相电压 U1 就是电网电压，是已知的，依据整流主电路的形式，所需要的整流电压Ud 和整流电流 Id ，可以算出

22、整流变压器的额定参数对于三项全控桥Ud=2.34* *COSa一次侧 U2=（1.21.5 ）Ud/2.34= （ 154198）V 电流有效值 I1=I2 =Ud= 2/3Id=0.816Id=121A 由整流变压器漏感 Lt 得U=6wLt/2*Idmax=33.3v综上： U2=220VI2=121AS=3Pi=3*U2*I2=79.9KW且 U1/3*U2=k=220/220=14.3 整流元件的参数运算晶闸管最大峰值电压 Ukm=6U2=539V就应当挑选整流元件额定电压Uked=（23）（10781167）V晶闸管额定电流 It= （1.52 ） Kfb*Id= （ 81.7108

23、.9 ）A 取 Ukfd=1200v It=100A挑选晶闸管 KP100-12. 共六个，组成三相全控桥可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.4 平波电抗器的参数运算Lj=0.693*U2/IdminIdmin=10%Id得 Lj=10.3mH就 L=Lj-Lt-Lh=5.55Mh4.5 晶闸管的爱护的运算R2=24Ud/It=612 取 10 C2=2.55*0.001*It=0.250.5uF取 0.5Uf Uc2=1.5Uked=1800V取 1800V4.6 直流侧爱护直流侧过电压产生的缘由有两个，一个是整流变压器中储能的释放，一个是直流屏波电抗器储能的释放，直流侧过电

24、流爱护主要是防止负载电流过大引起电器损坏C3=kcd（ I02/fu2l）Uf R3=krd（ U2l/I02 ） 式中， f 为输出电压的最低谐波频率， kcd，krd 为系数如表所以 C3=128uF取 130uFR3=5.4 取 6 Uc3=1.5Ud=450V取 500V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.7 沟通侧爱护在变压器副边并联电容，短时间的过电压让电容中流过较大的充电电流，把拉闸时磁场释放出的能量转化为电容的电场能量储存起来可以大大抑制过电压C16Io%*s/U2/U2电容耐压 1.5Uc R12.3U2*U2/S* Udi%/Io% 式中 s- 整流变压器每

25、相伏安数U2-变压器副边相电压的有效值，单位VIo%-变压器空载激磁电数百分数。 对于 10560KVA的一般的三相变压器， Io%=410，容量越大其值越小Udi% 变压器短路电压百分比数， 上述变压器的 Udl%一般为 56就： C1（ 0.01980.0495 ） uF取 0.05uF R117963408取 4500Uc11.5Uc 571V取 600VPr=2 f*2f*K1*CR+K2C*U2*U2=537W 取 600W熔断器额定电流， Ik=150AUk=350V取电容 0.05PF. 耐压值 600V 三个， rsc-150A/350V 熔断器三个4.8 励磁电路本系统采纳外

26、部励磁，由外部励磁回路给与电动机励磁，原理如图其中 UL为三相沟通电，其中一项与零线组成得回路就 UL=3803=220V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结令 K=2，就 T2 二次侧电压 UL=110V Ud=0.9UL=99V由电机参数可知额定励磁电流Ib=0.61A二极管承担反向电压最大值为 2UL=140V 取 200V二极管承担最大电流为 Lb=0.61A, 取 1A就二极管额定电流为 1A，额定电压为 200V4.9 转速检测电路转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速成正比 的电压信号，滤波沟通重量，为系统供应满意要求的转速反馈信 号。转速检测电路主要由测速发

27、电机组成，将测速发电机与直流 电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电 压信号，经过滤波之后即可作为转速反馈信号反馈回系统7。其原理图如图 10 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.10 稳压电源稳压电源输出稳固的 15V 直流电源向全部需要直流电源的各掌握单元供电，它由整流、滤波、稳压三个部分组成。整流电路的任务是将沟通电变换成直流电。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，常见的集中整流电路有单向半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采纳桥式整流电路，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管子所承担的最大反向电压较低，电源变压器充分利用效率高。滤波电路用于滤去输出电压中的纹波， 一般由电抗元件组成， 如在负载电阻两侧并联电容器。或在电路输出端与负载见串联电 感 L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结+M1Ud-MT1TGTGR15Un+15V-15V+ U-可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载