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双闭环直流调速系统

双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统

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专业:电气工程及其自动化

日期:2015年12月23日

摘要

直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,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,电流内环起主要作用,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,电流内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内环, 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内。

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范围内不出现电流断续,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:

3

10

2

?

=

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

1

L 可用下式计算:

min

2

11d 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 );

min 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,而过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加。因此,应在直流侧串联平波电抗器以限制输出电流的脉动量。将输出电流的脉动量限制在要求的范围内所需要的最小电感量

2L :

min

2

2

2d i I s U K L =(mH )

式中

2K ——临界计算系数,三相全控桥1.045;

i s ——电流最大允许脉动系数,通常单相电路取20%,三相电路取

5%~10%;

2U ——整流变压器二次侧相电压(V );

min d I ——电动机最小工作电流(A ),取电动机额定电流的

5%~10%。

实际串接的电抗器

p L 的电感值:

)(2T D p NL L L L +-=(mH)

式中 N ——系数,三相桥取2,其余取1。 2.3均衡电抗器选择: 限制环流所需的电抗器

R L 的电感值:

R R

R I U K L 2

=(mH )

式中R K ——计算系数,三相全控桥0.693;

R I ——环流平均值(A );

2U ——整流变压器二次侧相电压(V )。 实际串接的均衡电抗器RA L 的电感值:

T R RA L L L -=(mH )

三.整流变压器的选择

整流变压器一次侧接交流电网,二次侧连接整流装置。整流变压器的选择主要内容有连接方式、额定电压、额定电流、容量等。 3.1整流变压器的作用和特点

1)整流变压器的作用:变换整流器的输入电压等级。由于要求整流器输出直流电压一定,若整流桥路的交流输入电压太高,则晶闸管运行时的触发延迟角需要较大;若整流器输入电压太低,则可能在触发延迟角最小时仍不能达到负载要求的电压额定值。所以,通常采用整流变压器变换整流器的输入电压等级,以得到合适的二次电压。实现电网与整流装置的电气隔离,改善电源电压波形,减少整流装置的谐波对电网的干扰。

2)整流变压器的特点:由于整流器的各桥臂在一周期内轮流导通,整流变压器二次绕组电流并非正弦波(近似方波),电流含有直流分量,而一次电流不含直流分量,使整流变压器视在功率比直流输出功率大。当整流器短路或晶闸管击穿时,变压器中可能流过很大的短路电流。为此要求变压器阻抗要大些,以限制短路电流。整流变压器由于通过非正弦电流引起较大的漏抗压降,因此它的直流输出电压外特性较软。整流变压器二次侧可能产生异常的过电压,因此要有很好的绝缘。 3)整流变压器的联结方式 3.2.整流变压器二次相电压的计算

1)整流变压器的参数计算应考虑的因素。由于整流器负载回路的电感足够大,故变压器内阻及晶闸管的通态压降可忽略不计,但在整流变压器的参数计算时,还应考虑如下因素: a)最小触发延迟角min α:对于要求直流输出电压保持恒定的整流装置,α应能自动调节补偿。一般可逆系统的min α取30°~35°,不可逆系统的min α取10°~15°。

b)电网电压波动:根据规定,电网电压允许波动范围为+5%~-10%,考虑在电网电压最低时,仍能保证最大整流输出电压的要求,通常取电压波动系数b=0.9~1.05。 c)漏抗产生的换相压降X U ?。

d)晶闸管或整流二极管的正向导通压降U n ?。 2)二次相电压2U 的计算

max 22min 2cos d T

sh N U nU U I A CU I βα+=

??- ?

??

max

d U —负载要求的整流电路输出的最大值;

T U —晶闸管正向压降,其数值为0.4—1.2V ,通常取1T U V =;

n —主电路中电流回路晶闸管的个数;

A —理想情况下0α=时,整流输出电压d U 与变压器二次侧相电压d U 之比;

C —线路接线方式系数;

β—电网电压波动系数,通常取0.9β=;

min α—最小控制角,通常不可逆取min

1020α

=?-?;

sh

U —变压器短路电压比,100Kv 以下的取0.05sh U =;

max 220U V =—变压器二次侧实际工作电流额定电流之比;

已知max 220U V =,取1T U V =、2n =,查表得 2.34A =,取0

.9β=,min 10α=?,0.05sh U =,

2

21N

I I =,查表得0.5C =代入上式得: 222021

1102.340.9(0.9850.50.05)

U V +?=

=??-?,应用式2(1~1.2)d U U A B β=,查表得

A=2.34,0.9β=,cos 0.985B α==,

2220

(1 1.2)1061272.340.90.985

U V =-=-??

取1

20.816110I K U V ==,电压比12380 3.45110

U K U =

== (2)一次和二次向电流I 和2I 的计算

11I d I K I =,22I d I K I =由表得10.816I K =,20.816I K =,考虑励磁电流和变

压器的变比K ,根据以上两式得:

(3)变压器的容量计算

(4)晶闸管参数选择

由整流输出电压220d N U U V ==,进线线电压为110V

,晶闸管承受的

最大反向电压是变压器二次线电压的电压峰值,即

:2269.5RM U V =,

晶闸管承受的最大正向电压是线电压的一半,

即:212134.7FM U V ==。考虑安全裕量,选择电压裕量为2倍关系,电流裕量为1.5倍关系,所以晶闸管的额定容量参数选择为:

2269.55391.526.439.6VTN VTN U V V I A A

=?==?=

3.3整流器件的选择:

晶闸管选择:晶闸管的选择主要是根据整流的运行条件,计算晶闸管电压、电流值,选出晶闸管的型号规格。在工频整流装置中一般选择KP 型普通晶闸管,其主要参数为额定电压、额定电流值。 (1) 额定电压Tn U 选择应考虑下列因素: 1) 分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。

2)

考虑实际情况,系统应留有足够的裕量。通常可考虑2~3倍的安全裕量。即

T M

T n U U )3~2(=

式中T M U ——晶闸管可能承受的最大电压值(V ).

当整流器的输入电压和整流器的连接方式已确定后,整流器的输入电压和晶闸管可能承受的最大电压有固定关系,常采用查计算系数表来选择计算,即

2)3~2(U K U U T T n =

式中

U T

K ——晶闸管的电压计算系数;

2U ——整流变压器二次相电压(V )。

3)按计算值换算出晶闸管的标准电压等级值。 (2)额定电流

)

(AV T I 选择:晶闸管是一种过载能力较小的元件,选择额

定电流时,应留有足够的裕量,通常考虑选择1.5~2倍的安全裕量。

1)通用计算式:

57

.1)

2~5.1()

(T

AV T I I ≥

式中

T

I ——流过晶闸管的最大电流有效值(A )。

2)实际计算中,常常是负载的平均电流已知,整流器连接及运行方式

已经确定,即流过晶闸管的最大电流有效值和负载平均电流有固定系数关系。这样通过查对应系数使计算过程简化。当整流电路电抗足够大且整流电流连续时,可用下述经验公式近似地估算晶闸管额定通态平均电流

)

(AV T I 。

max )()2~5.1(d IT AV T I K I ≥

式中

IT

K ——晶闸管电流计算系数;

max d I ——整流器输出最大平均电流(A );当采用晶闸管作为电枢供电时,

max d I 为电动机工作电流的最大值。

四.电流,转速环的设计

双闭环直流调速动态结构图

双闭环直流调速稳态结构图

系统设计的一般原则是:先内环后外环。在这里,首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。

4.1电流调节器的设计

1.电流环结构框图的化简

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,即?E≈0。这时,电流环如下图所示。

忽略反电动势对电流环作用的近似条件是

c ω≥ω式中ωc-------电流环开环频率特性的截止频率。

如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内,同时把给定信号改成U*i(s ) /β,则电流环便等效成单位负反馈系统。

最后,由于T s 和T oi 一般都比Tl 小得多,可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节,其时间常数为

T ∑i = T s + T oi

三相桥式电路的平均失控时间为0.0017s T s =,电流滤波时间常数本设计初始已给出,即T oi =0.001s

电流环小时间常数之和0.0027i s oi T T T s ∑=+= 简化的近似条件为

ci ω≤

2电流调节器结构的选择

根据设计要求:稳态无静差,超调量5%i σ≤,可按典型I 型系统设计电路调节器。电流环控制对象是双惯性型的,因此可用PI 型电流调节器其传递函数为:

(1)

()i i ACR i K s W s s

ττ+=

式中K i — 电流调节器的比例系数;

τi — 电流调节器的超前时间常数。

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择τi =T l

则电流环的动态结构图便成为图2-5所示的典型形式,其中

i s I i K K K R

βτ=

a) b) 校正成典型I 型系统的电流环 a) 动态结构图b) 开环对数幅频特性

电枢回路电磁时间常数T l =0.015s 。 检查对电源电压的抗扰性能:

0.015 5.560.0027l i T s T s

∑==,参照典型I 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系表2,可知各项指标都是可以接受的。

3.电流调节器的参数计算

转速反馈系数:a=U *mn /n max =8/1500=0.005

电流反馈系数:β=U *mn /I dm =U *mn /2I N =8/2×40.8=0.087 电流调节器超前时间常数:0.015i l T s τ==。

电流环开环增益:要求5%i σ≤时,应取ξ=0.707,0.5I i K T ∑=, 因此110.50.5185.1920.0027I ci i i K w s T T s

-∑∑==

===(135.1)

(s )

L /s -1

ACR 的比例系数为I i

i s K R K K τβ

??=?=1.078

4.检验近似条件

电流环截至频率:1185.19ci I K s ω-== 机电时间常数0.2m T s =

1)晶闸管整流装置传递函数的近似条件

111196.1330.0017ci s s T s

ω-==>? 满足近似条件。

2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件

1354.77ci s ω-==< 满足近似条件。

3)电流环小时间常数近似处理条件

11255.653ci s ω-==>

满足近似条件。 5.计算调节器电阻和电容

含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器如图所示:

其中*i U 为电流给定电压,d I β-为电流负反馈电压,c U 为电力电子变换器的控制电压。

含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调

节器

按所用运算放大器取040R k =Ω,各电阻和电容值为

0 2.7940111.6i i R K R k k ==?Ω=Ω,取111k Ω 3

0.0015

0.1411110i

i i

C F uF R τ=

=

=?,取0.14uF

30440.001

0.14010

oi oi T C F uF R ?=

==?,取0.1uF 按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为 4.3%5%i σ=<。满足设计要求。

4.2转速调节器的设计

1.电流环的等效闭环传递函数

电流环经简化后可视作转速环中的一个环节,为此,须求出它的闭环传递函数。

211

111

1I

i d cli *I

i i i I I

()()()()/()K s T s I s W s K T U s s s s T s K K β∑∑∑+===

++++

忽略高次项,上式可降阶近似为

11

1cli I

()W s s K ≈

+

近似条件可由式

13c ω≤求出

cn ω≤

式中ωcn -----转速环开环频率特性的截止频率。

接入转速环内,电流环等效环节的输入量应为U *i (s ),因此电流环在转速环中应等效为

1

1d cli *

i I

()()()I s W s U s s K β

β=≈+

2.转速调节器结构的选择 电流环的等效闭环传递函数为

1

11d cli *i I

()()()I s W s U s s K β

β=≈

+

用电流环的等效环节代电流环后,整个转速控制系统的动态结构图便如下图

所示。

和电流环中一样,把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内,同时将给定信号改成U *n (s )/α,再把时间常数为1/K I 和T 0n 的两个小惯性环节合并起来,近似成一个时间常数为的惯性环节。

其中电流环等效时间常数220.00270.0054I i K T s ∑==?=,(0.0074s ) 则转速环节小时间常数

1

00054000500104n on I

...T T s K ∑=

+=+=(0.0074+0.01=0.0174S )

则转速环结构框图可简化为下图

转速换的动态结构框图及其化简

(等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理)

按照设计要求,选用PI 调节器,其传递函数为

1n n ASR n ()()K s W s s

ττ+=

式中K n----转速调节器的比例系数;

τn ----转速调节器的超前时间常数。 这样,调速系统的开环传递函数为

)

n n n n n 2n e m n n e m n (1)(1)

()(1)(1)

R K s K R s W s s C T s T s C T s T s ατατβ

ττβ∑∑++=

?=++

令转速环开环增益为n N n e m

K R K C T ατβ=

2

11N n n n ()()()

K s W s s T s τ∑+=+

不考虑负载绕动时,校正后的调速系统动态结构框图如下图

转速换的动态结构框图及其化简 (校正后成为典型Ⅱ型系统)

3.计算转速调节器参数

按跟随和抗扰性能都较好的原则,取5h =,则ASR 的超前时间常数为

50.01040.052n n hT s s τ∑==?=(5*0.0174=0.087s )

转速开环增益22N 2222

n 151

1109.472250.0104

h K s s h T --∑++=

==??(396.4) ASR 的比例系数为e m n n (1)(51) 1.350.120.2

5.752250.05

6.50.0104

h C T K h RT βα∑++???===????(11.7)

4.检验近似条件 转速环截止频率111

1109.470.05257.69N

cn N n K K s s ωτω--=

==?=

1)电流环传递函数简化条件为

1187.30cn s ω--==> 满足简化条件。

2)转速环小时间常数近似处理条件为

)

1

164.15cn s ω--==> 满足简化条件。 5.计算调节器电阻和电容

含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器如图2-10所示:

含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器

其中*

n U 为转速给定电压,n α-为转速负反馈电压,*i U :调节器的输出是电

流调节器的给定电压。

取040R k =Ω,则

0 5.7540230n n R K R k k ==?Ω=Ω,取230k Ω

3

0.052

0.2323010

n

n n

C F uF R τ=

=

=?,取0.23uF 30440.005

0.54010

on on T C F uF R ?=

==?,取0.5uF 五.限幅电路

两个调节器的输出都是带限幅作用的。转速调节器ASR 的输出限幅电压U*im 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U cm 限制了电力电子变换器的最大输出电压U dm 。

双闭环调速系统在稳态工作中,当两个调节器都不饱和时,各变量之间有下列

关系:

上述关系表明,在稳态工作点上,转速n 是由给定电压U*n 决定的; ASR 的输出量U*i 是由负载电流I dL 决定的;

控制电压U c 的大小则同时取决于n 和I d ,或者说,同时取决于U*n 和I dL 。

双闭环直流调速系统的静特性曲线:

n

n *

n n

n U U αα===dL

d i *

i I I U U ββ===s

dL *

n e s d e s d0c /K R I U C K R I n C K U U +=

+==α

双闭环直流调速系统

题目:双闭环直流调速系统的设计与仿真 已知:直流电动机:P N=60KW,U N=220V,I N=305A,n N=1000r/min,λ=2,R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。设计要求:稳态无静差,σ ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。(要求完 i 成系统各环节的原理图设计和参数计算)。 系统各环节的原理图设计和参数计算,包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等,并进行必要的计算。按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。 设计内容与要求:1、分析双闭环系统的工作原理 2、改变调节器参数,分析对系统动态性能的影响 3、建立仿真模型

1.双闭环直流调速系统的原理及组成 对于正反转运行的调速系统,缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此,在起动(或制动)过渡过程中,希望始终保持电流(电磁转矩)为允许的最大值,是调速系统以最大的加(减)速度运行。当到达稳态转速时,最好使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速转入稳态运行。实际上,由于主电路电感的作用,电流不可能突变,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dmI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,采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使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,分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流,二者之间实行嵌套连接,如图1所示。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。从闭环结构上看,电流环在里面,称做内环;转速环在外面,称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能,转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2.双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出,设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程,因此在分析双闭环调速系统的动态性能时,有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压*nU由静止状态起动时,转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三

转速电流双闭环直流调速系统实训设计说明

摘要 电机自动控制系统广泛应用于机械,钢铁,矿山,冶金,化工,石油,纺织,军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机,提高其运行性能,对国民经济具有十分重要的现实意义。 20世纪90年代前的大约50年的时间里,直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机,直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交,为控制提供了便捷的方式,使得电动机具有优良的起动,制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战,但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性,优异的控制性能,高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠,精度最高的调速方法。 本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制,设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器,通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。

在转速闭环直流调速系统中,只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护,缺少对电枢电流的精确控制,也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力,因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环,即按照快速起动和制动的要求,实现对电枢电流的精确控制,实质上是在起动或制动过程的主要阶段,实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、设计要求 设一个转速、电流双闭环直流调速系统,采用双极式H桥PWM方式驱动,已知电动机参数为:

转速单闭环直流调速系统设计

郑州航空工业管理学院 电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级 题目转速单闭环的直流拖动系统 姓名 学号 指导教师孙标 二ОО十年月日

电力拖动自动控制系统课程设计 一、设计目的 加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力,提高对实际问题的分析和解决能力,以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。 二、设计任务 设计一个转速单闭环的直流拖动系统

题目:单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数:PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5,电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路,Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标:D=30,S=10%。 2 设计要求 (1)闭环系统稳定 (2)在给定和扰动信号作用下,稳态误差为零。 3 设计任务(1)绘制原系统的动态结构图; (2)调节器设计; (3)绘制校正后系统的动态结构图; (4)撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要

目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1.电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -

双闭环直流调速系统

转速、电流双闭环调速系统 班级:铁道自动化091 姓名:陈涛 指导老师:严俊 完成日期:2011-10-31 湖南铁道职业技术学院

目录 摘要 (3) 一、直流调速介绍 (4) 1、调速定义 (4) 2、调速方法 (4) 3、调速指标 (4) 二、双闭环直流调速系统介绍 (5) 1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5) 2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6) 3、PI调节器的稳态特征 (7) 4、起动过程分析 (8) 5、动态性能 (11) 6、两个调节器的作用 (11) 三、总结 (12)

摘要 随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用,自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进,以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中,自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。 本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统,通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的,通过对电力拖动自动控制系统的学习,我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势,它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。 通过这次的学习,我懂得了很多,具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力,在这次的论文中,我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统,使我这一系统有了更进一步的了解。

转速、电流双闭环调速系统 一、直流调速介绍 1、调速定义 调速是指在某一具体负载情况下,通过改变电动据或电源参数的方法,使机械特性曲线得以改变,从而使电动机转速发生变化或保持不变。 2、调速方法 1.调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无 级平滑调速的系统来说,这种方法最好。变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速(简称弱磁调速),从电机额定转速向上调速,属恒功率调速方 法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但所需电源容量小。 3.改变电枢回路电阻 <。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。但是只能进行有级调速,调速平滑性差,机械特性较软;空载时几乎没什么调速作用;还会在调速电阻上消耗大量电能。 3、调速指标 1.调速范围(包括:恒转矩调速范围/恒功率调速范围),

实验二转速、电流双闭环直流调速系统

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1.了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2.掌握双闭环直流调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 3.测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4.了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制,由于调速系统调节的主要参量是转速,故转速环作为主环放在外面,而电流环作为副环放在里面,可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。 实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时,首先给电动机加上额定励磁,改 变转速给定电压* n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有 限幅电路,ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定,利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作 用;ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压,利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。 当突加给定电压*n U 时,ASR 立即达到饱和输出* im U ,使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动,直到电动机转速达到给定转速(即* n n U U )并出现超调,使ASR 退出饱和,最后稳 定运行在给定转速(或略低于给定转速)上。 三、实验设备及仪器 1.主控制屏NMCL-32 2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3. NMCL -18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱 4.双踪示波器 5.万用表 四、实验内容

1.调整触发单元并确定其起始移相控制角,检查和调整ASR 、ACR ,整定其输出正负限幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α,整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性,将系统调整到可能的最佳状态,画出)(t f I d =和)(t f n =的波形,并估算系统的动态性能指标(包括跟随性能和抗扰性能) 。 4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =(包括下垂段特性),并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好,然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行,然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时,先调电流内环,然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的U blf 端接地,调整锯齿波触发器的方法同实验1。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW ,给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端,并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接,形成低放大系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地,调节ASR 的调零电位器,使ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地,调节ACR 的调零电位器,使ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线,将U g 接到ASR 的输入端,当输入U g 为正而且增加时,调节 ASR 负限幅电位器,使ASR 输出为限幅值* im U ,其值一般取为8~6--V 。 b)ACR 输出限幅值整定 整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况,留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节器接线,将g U 接到ACR 的输入端,用ACR 的输出c U 去控制触发移相,当输入g U 为负且增加时,通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ,可通过ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时ASR 、ACR 均不接入系统,系统处于开环状态。直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α,此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处,

单闭环直流调速系统

第十七单元 晶闸管直流调速系统 第二节 单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。 转速给定电压Ugn 与Ufn 比较,其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ,从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环,故称为单闭环调速系统。 1.转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载T L 时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id1,对应转速反馈电压为Ufn1,晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时,电枢电流Id 也增加,电枢回路压降增加,电动机转速下降,则Ufn 也相应下降, 而转速给定电压Ugn 不变,ΔU=Ugn-Ufn 增加。 转速调节器ASR 输出电压Uc 增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud 增加,于是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为: T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。

图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。 假设当负载电流为Id1时,电动机运行在曲线①机械特性的A点上。 当负载电流增加为Id2时,在开环系统中由于Ugn不变,晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变,但由于电枢电流Id增加,电枢回路压降增加,电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点,转速只能相应下降。 但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Ufn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASR自动调节,提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性的B点上。 同理随着负载电流增加为Id3,Id4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性的C,D点上。 将A,B,C,D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。 由图可见,静特性的硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系,但两者是不同的,闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系,它只是闭环系统调节作用的结果,是在每条机械特性上取一个相应的工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。 当负载突然增加时,如图所示由Idl突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ud01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外,还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化,例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等,所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化,闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度,必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。

直流双闭环调速

目录 第一章绪论 (2) 第二章直流调速系统的方案设计 (3) 2.1设计技术指标要求 (3) 2.2现行方案的讨论与比较 (3) 2.3选择PWM控制调速系统的理由 (4) 2.4采用转速、电流双闭环的理由 (4) 第三章 PWM控制直流调速系统主电路设计 (5) 3.1主电路结构设计 (5) 3.1.1 PWM变换器介绍 (5) 3.1.2泵升电路 (10) 3.2参数设计 (11) 3.2.1 IGBT管的参数 (11) 3.2.2缓冲电路参数 (11) 3.2.3泵升电路参数 (12) 第四章 PWM控制直流调速系统控制电路设计 (12) 4.1检测环节 (12) 4.1.1电流检测环节 (12) 4.1.2电压检测环节 (16) 4.2调节器的选择与调整 (17) 4.2.1调节器限幅 (17) 4.2.2调节器锁零 (17) 4.3 系统的给定电源、给定积分器 (17) 4.3.1给定电源GS (17) 4.3.2给定积分器 (18) 4.4 触发电路的确定 (18) 4.4.1选用触发电路时须考虑的因素 (18) 4.4.2触发电路同步电压的选取 (19) 第五章课程设计原始数据 (21) 第六章参数计算 (21) 6.1电流调节器的设计 (21) 6.2速度调节器设计 (22) 课程设计总结 参考文献

第一章绪论 在电气时代的今天,电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机,在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求,因此,不同的调速方法有着不同的应用场合。 本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究,并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先描述了变频器的发展历程,提出了PWM调速方法的优势,指出了未来PWM调速方法的发展前景,点出了研究PWM调速方法的意义。应用于直流电机的调速方式很多,其中以PWM变频调速方式应用最为广泛,而PWM变频器中,H型PWM变频器性能尤为突出,作为本次设计的基础理论,本文将对PWM的理论进行详细论述。在此基础上,本文将做出SG3525单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计,然后对各个部分分别进行论证,力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。

案例转速电流双闭环直流调速系统

案例转速、电流双闭环直流调速系统 一、概述 现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置(简称ZCC1系列)为例,来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下: (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下,允许150%额定负荷持续二分钟,200%额定负荷持续10秒钟,其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为(0.9~1.05)380伏时,保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下,调速范围为20∶1,在电动机负载从10%~100%额定电流变化时,转速偏差为最高转速的0.5%(最高转速包括电动机弱磁的转速)。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈(电压负反馈、电流正反馈)时,调速范围为10∶1,电流负载从10%~100%变化时,转速偏差小于最高转速的5%(最高转速包括电动机弱磁的转速)。 (6)装置在采用电压反馈情况下,调压范围为20∶1,电流负载从10%~100%变化时,电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度,在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时,其精度为1%。 二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路,交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向,在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度(转速)电流双闭环控制系统,其原理方框图如图3-1所示

直流电机双闭环调速系统设计.

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言,直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式,电机自动控制系统广泛应用于机械,钢铁,矿山,冶金,化工,石油,纺织,军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机,提高其运行性能,对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术,在实际的拖动控制系统中,由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变,而是在某些具体场合会随工况发生改变;与此同时,电机作为被控对象是非线性的,很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性,使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼,不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标,常常使控制系统的鲁棒性较差,尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统,常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标,往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 双闭环直流调速系统是性能很好,应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律,性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里,直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机,直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交,为控制提供了便捷的方式,使得电动机具有优良的起动,制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战,但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性,优异的控制性能,高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠,精度最高的调速方法。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解,使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容,在对其各种性能加深了解的同时,能够发现其缺陷之处,通过对该系统不足之处的完善,可提高该系统的性能,使其能够适用于各种工作场合,提高其使用效率。并以此为基础,再对交流调速系统进行研究,最终掌握各种交、直流调速系统的原理,使之能够应用于国民经济各个

推荐-直流vm双闭环直流不可逆调速系统设计 精品

课程设计任务书 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 目: 直流V-M 双闭环不可逆调速系统设计 初始条件: 采用双闭环V —M 不可逆调速系统。电动机参数为:V U N 750=,kW P N 550=,A I a 780=,m in /375r n N =,r V Ce min/.92.1=,允许电流过载倍数为1.5,Ω=1.0R , 75=s K ,V U U U ctm im nm 12**===。采用三相桥式整流电路,电磁时间常数s T L 03.0=, s T m 084.0=,s T oi 002.0=,s T on 02.0=。 稳态无静差,电流超调量%5≤i σ,空载起动到额定转速时的转速超调量%10≤n σ。 要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) 1. 原理说明,原理图、系统动态结构图; 2. 说明系统起动过程,调节器设计; 3. 设计ACR 和ASR 的电路并计算参数。 4. 系统仿真 5. 按规范格式撰写设计报告(不少于5篇)打印 时间安排: 12 月 18日-21日 查阅资料 12月 22 日- 24日 方案设计 12月25 日- 26 日 馔写程设计报告 12月27日 提交报告,答辩 指导教师签名: 20XX 年 12月16日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日

摘要 直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,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。直流V-M双闭环不可逆调速系统是性能很好、应用广的直流调速系统。根据晶闸管的特性,通过调节触发延迟角α大小来调节电压。基于设计题目,直流电动机调速控制器选用了转速电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图,然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计,同时对其参数的计算,包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后,即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路,本文采用转速电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。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和电流负反馈,二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称作外环。这就形成了转速电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各部件,并对其参数的计算,包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算,然后采用Simulink对整个调速系统进行了仿真分析,最后画出了调速控制电路电气原理图。 关键词:双闭环,晶闸管,转速调节器,电流调节器,Simulink

VM双闭环直流调速系统课程设计报告

V M双闭环直流调速系统 课程设计报告 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.

实训报告课程名称:专业实训 专业:班级: 学号:姓名: 指导教师:成绩: 完成日期: 2015 年 1月15 日

任务书

1 单闭环直流调速系统 主电路设计 单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴上装一台测速发电机SF ,引出与转速成正比的电压U f 与给定电压U d 比较后,得偏差电压ΔU ,经放大器FD ,产生触发装置CF 的控制电压U k ,用以控制电动机的转速,如图所示。 图 单闭环直流调速系统原理框图 直流电机,额定电压20V ,额定电流7A ,励磁电压20V ,最大允许电流40A 。 整流变压器额定参数的计算 为了保证负载能正常工作,当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后,晶闸管交流侧的电压 U 2 只能在一个较小的范围内变化,为此必须精确计算整流变压器次级电压U 2。 (1)二次侧相电流和一次侧相电流 在精度要求不高的情况下,变压器的二次侧相电压U 2的计算公式: 几种整流线路变压器电压计算系统参数,如表所示。 表 几种整流线路变压器电压计算系统

电路模式 单相全波 单相桥式 三相半波 三相桥式 A C 所以变压器二次侧相电压为:2 1.35200.930U V =?÷= 变压器的二次侧电流I 2的计算公式: 几种整流线路变压器电流I d /I 2系数,如表。 表 几种整流线路变压器电流Id/I2 电路模式 电阻性负载 电感性负载 单相全控桥 1 三相全控桥 查表得, 1A =。 变压器的二次侧电流:2 7d I I A == 变压器的一次侧电流I 1的计算公式: 一次侧电流:2112/7302200.95I I U U A =*=?÷= (2)变压器容量

双闭环直流调速系统工作原理

双闭环直流调速系统设计 内容摘要 电机自动控制系统广泛应用于各行业,尤其是工业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电.直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,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。有效地控制电机,提高其运行性能,具有很好的现实意义。本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计,根据直流调速双闭环控制系统的工作原理以及介绍变频调速技术的发展概况,变频调速技术的发展趋势关键词:双闭环控制系统,转速控制环,系统现状,发展趋势 英文翻译:Electrical automatic control system widely used in various industries, especially in industry. Most of the production machinery used in these industries motor as a prime mover. Effectively control electricity. Dc motor has a good start, braking performance, adaptable to smooth speed regulation in large scale, in many need to speed or fast forward and reverse has been widely used in the area of electric drive. Effectively control motor, improve its operation performance, has the very good practical significance. I ntroduced in this paper, based on the engineering design to the design of dc speed regulating system, the working principle of the double closed loop control system of dc speed regulating and also I ntroduce the development general situation and the development trend Key words: double closed loop control system, speed control loop, th e status quo,the development of trend 一:引言 矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备,是“四大运转设备”之一。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点,且工作状况经常交替转换。 近几年,交流调速飞速发展,逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论,而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器,具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、

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)

双闭环直流调速系统开题报告 (1)

基于V-M的双闭环直流运动控制系统的设计和校正 学生:黄觉鸿 指导教师:曾孟雄 教学单位:机械与材料学院 1 绪论 1.1 课题的来源、研究背景及意义 电机自动控制系统广泛应用于机械,钢铁,矿山,冶金,化工,石油,纺织,军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机,提高其运行性能,对国民经济具有十分重要的现实意义。 20世纪90年代前的大约50年的时间里,直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机,直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交,为控制提供了便捷的方式,使得电动机具有优良的起动,制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战,但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。 直流电动机因具有良好的起、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,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应用。晶闸管问世后,生产出成套的晶闸管整流装置,组成晶闸管—电动机调速系统(简称V-M系统)。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程,调速范围广,精度高,和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比,晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高,而且在技术性能上也显示出较大的优越性,动态和静态性能均好,且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速,电流环控制输出电流;该系统可以自动限制最大电流,能有效抑制电网电压波动的影响;且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比,因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。 尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展,但在工业生产中V-M 系统的应用还是有相当的比重。所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。 1.2 相关课题的发展历史 控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了,早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统,多指采用电脑或微处

VM双闭环不可逆直流调速系统设计

VM双闭环不可逆直流调速系统设计

运动控制系统 课程设计 题目:某V-M双闭环不可逆直流调速系统设计 专业班级: 姓名: 学号: 指导教师: 评阅意见: 指导老师签名:

目录 1 绪论 (1) 1.1 研究背景 (1) 1.2 研究目的与意义 (1) 2 课程设计概述与要求 (2) 2.1 课程设计概述 (2) 2.2课程设计要求............................................... 错误!未定义书签。 3 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (3) 4 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算4 4.1变压器参数选取 (4) 4.1.1变压器二次侧电压U2的计算 (4) 4.1.2一次、二次侧相电流I1、I2的计算 (4) 4.1.3 变压器容量S的计算5 4.2 平波电抗器参数计算5 4.2.1电流连续的临界电感量L1的计算5 4.2.2限制输出电流脉动的临界电感量L2的计算5 4.2.3电动机电感量L D的计算6 4.2.4实际串入平波电抗器的电感量L的计算6 4.3可控晶闸管参数计算6 4.3.1晶闸管的额定电压计算6 4.3.2晶闸管的额定电流计算7 4.3.3三相桥式全控整流电路原理7

4.3.4 整流电路及晶闸管保护电路设计8 4.4 过电压保护和du/dt限制9 4.5 过电流保护和di/dt限制10 5 控制系统设计10 5.1 双闭环调速系统的动态结构10 5.2 电流调节器的设计11 5.2.1 电流环结构框图的化简11 5.2.2 电流环结构框图小惯性环节近似处理12 5.2.3 电流调节器结构的选择12 5.2.4 电流调节器的实现13 5.2.5 电流调节器的参数计算13 5.3转速调节器的设计15 5.3.1 转速环结构框图的化简15 5.3.2转速调节器结构的选择1 6 5.3.3转速调节器的实现17 5.3.4 转速调节器的参数计算17 6 触发电路的选择与原理图19 7 双闭环直流调速系统MATLAB仿真22 8 设计总结23 9参考文献24附录V-M双闭环不可逆直流调速系统电气原理图25

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