双闭环直流调速系统
双
闭
环
直
流
调
速
系
统
姓名：
学号：
专业：电气工程及其自动化
摘要
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大围平滑调速，
在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速
调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定
电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转
速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转
速外环饱和不起作用，电流环起主要作用，调节起动电流保持最大值，
使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起
主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流环跟随转速外
环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器
双闭环直流调速系统的设计
双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)
和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈
和电流负反馈。
两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。转速调节器
ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器
ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环
作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反
馈组成的环作为环, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再
用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE ，这就形成了转速、
电流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统框图
双闭环直流调速系统电路原理图
一．本设计预设的参数
直流电动机：220V，136A, 1500r/min, Ce=0.136Vmin/r
晶闸管装置放大系数：K s =40
电枢回路总电阻：R=0.5欧
时间常数：T l=0.015s, T m=0.2s, 转速滤波环节时间常数T on取
0.01s
电压调节和电流调节器的给定电压为8V
系统稳态无静差，电流超调量σi≤5%; 空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。
二．平波电抗器的选择：
2.1平波和均衡电抗器在主回路中的作用及布置
晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的，为了限制整流电流的脉动、保持电流连续，常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器，称作平波电抗器。
在有环流可逆系统中，环流不通过负载，仅在正反向两组变流器之间流通，可能造成晶闸管过流损坏。为此，通常在环流通路中串入环流电抗器（称均衡电抗器），将环流电流限制在一定的数值。
电抗器在回路中位置不同，其作用不同。对于不可逆系统，在电动机电枢端串联一个平波电抗器，使得电动机负载得到平滑的直流电流，取合适的电感量，能使电动机在正常工作围不出现电流断续，还能抑制短路电流上升率。
2.2平波电抗器选择
电抗器的主要参数有额定电抗、额定电流、额定电压降及结构形式等。
计算各种整流电路中平波电抗器和均衡电抗器电感值时，应根据电抗器在电路中的作用进行选择计算。
a)从减少电流脉动出发选择电抗器。
b)从电流连续出发选择电抗器。
c)从限制环流出发选择电抗器。
此外，还应考虑限制短路电流上升率等。
由于一个整流电路中，通常包含有电动机电枢电抗、变压器漏
抗和外接电抗器的电抗三个部分，因此，首先应求出电动机电
枢（或励磁绕组）电感及整流变压器漏感，再求出需要外接电
抗器的电感值。
1） 直流电动机电枢电感：3102?=N
N N D D I pn U K L mH 式中 N U ——直流电动机的额定电压（V ）;
N I ——直流电动机的额定电流（A ）;
N n ——直流电动机的额定转速（rpm/min ）;
P ——直流电动机的磁极对数；
D K ——计算系数。一般无补偿电动机取8~12，快速无补
偿电动机取6~8，有补偿电动机取5~6。
2）整流变压器的漏感。整流变压器折合二次侧的每相漏感：
N
dl T T I U U K L 2=（mH ） 式中 T K ——计算系数，三相全桥取3.9，三相半波取6.75；
dl U ——整流变压器短路电压百分比，一般取0.05~0.1； 2U ——整流变压器二次相电压（V ）;
N I ——直流电动机额定电流（A ）。
3）保证电流连续所需电抗器的电感值。当电动机负载电流 小到一定程度时，会出现电流断续的现象，将使直流电动机的机械特性变软。为了使输出电流在最小负载电流时仍能连续，所需的临界电感值1L 可用下式计算：m in 211d I U K L =（mH ）
式中 1K ——临界计算系数，三相全控桥0.693；
2U ——整流变压器二次相电压（V ）;
m in d I ——电动机最小工作电流（A ）,一般取电动机额定
电流的5%~10%。
实际串联的电抗器的电感值)(1T D p NL L L L +-= 式中 N ——系数，三相桥取2，其余取1。
4）限制电流脉动所需电抗器的电感值。由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，该脉动电流可以看成是一个恒定直流分量和一个交流分量组成的。通常负载需要的是直流分量，而过大