转速电流双闭环直流调速系统设计
电力拖动自控系统课程设
计报告
题目转速电流双闭环直流调速系统设
计
学院：电子与电气工程学院
年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
电力拖动自动控制系统综合课程设计
设计任务书
某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为：
直流电动机：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ，
W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许
过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ?=。励磁电流为1.77A 。
晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈?= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on =
V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。
设计要求：稳态指标：无静差；
动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。
目 录
1 概述 (1)
1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1)
2 主电路计算 (2)
2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2)
3 直流双闭环调速系统设计 (8)
3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)
3.4启动过程分析 (11)
3.5采用ACR和ASR类型的根据 (12)
3.6电流调节器结构的选择 (12)
3.7转速调节器的选择 (12)
3.8双闭环系统工程设计 (13)
3.9电流环设计 (14)
3.10转速环设计 (17)
4基于MATLAB/SIMULINK的调速系统仿真 (20)
4.1仿真软件介绍 (20)
4.2仿真设计 (20)
4.3仿真结果 (20)
5 实训报告 (23)
6 设计总结 (24)
参考文献 (25)
1 概述
1.1问题的提出
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。
1.2解决的问题
为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值I dm的恒流过程。
按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈（ASR）和电流负反馈（ACR）。
1.3实现目标要求设计
设计一个双闭环直流调速系统满足系统要求的性能指标。
2 主电路计算
2.1整流变压器的计算
1、二次侧相电压：
V B
A U )
2.1~1.1(U d
2ε= (2-1) 变压器采用D ，y11接线，表知，三相全控桥时 A=0d U /2U =2.34 （ 取ε=0.9为电网波动系数） 查表知 B=cos ， 角考虑100裕量 故B=0.985 所以
V 4.231~1.212985
.09.034.2400
)2.1~1.1(B A U )
2.1~1.1(U d 2=??=ε= (2-2) 取U 2=220V, 变比 K=U 1/U 2=380/220=1.73 2、一次、二次侧电流的计算 查表知 K I1=0.816 ，K I2=0.816
2I =K I2I d =0.816×21.8=18A
1I =K I1I d /K=1.05×0.816×21.8/1.73=11A 3、变压器容量的计算
一次侧，二次侧绕组的相数 3m 1=，3m 2= 所以 kV A 5.12113803I U m S 1111=??== kV A 9.11182203I U m S 2222=??==
()()kV A 2.122/9.115.122/S S S 21=+=+=
2.2晶闸管及其元件保护选择
1.管额定电压
()()V 1617~107822063~2U 63~2U 2TN =??== (2-3) 取V 1600U TN = 2.闸管的额定电流 查表知 K=0.367
I T （VA ）=（1.5~2）KI d =（1.5~2）×0.367×21.8=12~16A 取I T （VA ）=20A 故选KP20-17型元件
3.晶闸管保护环节的计算 1）交流侧过电压保护措施 （1）阻容保护
①电容选值
操作过电压，其实质是开关开端时产生的电磁能量震荡过程。在回路中没有保护器存在时，总电容值很小，导致震荡频率f很高。电容的引入，可以大大提高回路总电容值，降低震荡频率。最佳的效果应是降低频率正好到工频（50Hz），基本计算公式如下：
f=ω/2π（2-4）
ω=（1/LC－（R/2L）2）1/2（2-5）由于每个电路的初始L和C都不同，最佳值是不可能得到的。只能依据真空断路器大致的情况进行经验比较。根据多年运行经验，取电容0.1μF时，一般可以将f限制在150Hz以下，因此0.1就成为一个比较通用的值。理论上讲，若对具体电路可以做到精确测算，容量再大些对保护效果会更好（这就是有些地方用
0.2或0.15的原因），但若没有精确测算，导致f太小将造成副作用。
②电阻选值
R是一个阻尼元件，一方面对震荡频率有影响，一方面对电容器保护有利。
对震荡频率的影响可以参考上面的公式(2-5)，R不应小于其临界值2（L/C）1/2，否则对降低频率不利。所以存在电阻值不应小于100Ω的说法。R值高同样有利于保护电容本身安全，防止电容过载烧毁。故一般高安全性的阻容吸收装置，都适当的增大了R的值（一般最高做到400Ω）。但是R值如果太大，将大大提高时间常数，导致暂态时间延长，不利于保护的高效性。
所以我们希望R能够是一个压敏元件，在低压下电阻尽可能大，以保护电容；在高压下达到百欧姆级，以利于工作。自控式阻容吸收器的最主要改革就在于此。而且这样改革后，额外的起到了限制正常电压下阻容吸收器接地电流的作用，不