转速电流双闭环直流调速系统课程设计Word格式.docx

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这种系统缺点也很明显，主若是污染环境，危害人体健康。

50年代末晶闸管显现，晶闸管变流技术日趋成熟，使直流调速系统加倍完善。

晶闸管－电动机调速系统已经成为现今要紧的直流调速系统，普遍应用于世界各国。

近几年，交流调速飞速进展，慢慢有赶超并代替直流调速的趋势。

直流调速理论基础是经典操纵理论，而交流调速要紧依托现代操纵理论。

只是最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器一样性能的高精度、高稳固性、高靠得住性、高智能化特点。

同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无穷前景。

单闭环直流调速系统关于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。

而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。

2.设计内容

设计思路：

带转速负反馈的单闭环系统，由于它能够随着负载的转变而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的转变，因此相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。

当反馈操纵闭环调速系统利用带比例放大器时，它依托被调量的误差进行操纵的，因此是有静差率的调速系统，而比例积分操纵器可使系统在无静差的情形下维持恒速，实现无静差调速。

对电机启动的冲击电流和电机堵转时的堵转电流，能够用附带电流截止负反馈作限流爱惜，但这并非能操纵电流的动态波形。

按反馈的操纵规律，采纳某个物理量的负反馈就能够够维持该大体量大体不变，采纳电流负反馈就应该能够取得近似的恒流进程。

另外，在单闭环调速系统中，用一个调剂器综合多种信号，各参数间彼此阻碍，难于进行调剂器的参数调速。

例如，在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中，同一调剂器担负着正常负载时的速度调剂和过载时的电流调剂，调剂器的动态参数无法保证两种调剂进程均具有良好的动态品质。

依照电机理想运行特性，应该在启动进程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，又希望只有转速反馈，双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时，转速负反馈起要紧作用，当电流达到最大值时，电流负反馈起要紧作用，取得电流的自动爱惜。

双闭环调速系统的组成：

a.系统电路原理图

图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图。

图中两个调剂器ASR和ACR别离为转速调剂器和电流调剂器，二者串级连接，即把转速调剂器的输出作为电流调剂器的输入，再用电流调剂器的输出去操纵晶闸管整流器的触发装置。

电流环在内，称之为内环；

转速环在外，称之为外环。

两个调剂器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什Uim决定了电流调剂器ACR的给定电压最大值Uim，对就电机的最大电流；

电流调剂器ACR输出限幅电压Ucm限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。

b.系统动态结构图

图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图，由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时刻常数Toi按需要选定。

滤波环节能够抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。

为了平稳这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时刻常数的惯性环节，称作给定滤波环节。

其作用是：

让给定信号和反馈信号通过一样的延滞，使二者在时刻上取得适当的配合，从而带来设计上的方便。

由测速发电机取得的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时刻常数用Ton表示。

依照和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时刻常数为Ton的给定滤波环节。

双闭环调速系统优势

一样来讲，咱们总希望在最大电流受限制的情形下，尽可能发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动操纵系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平稳，进入稳固运行状态[1]。

这种理想的起动进程如下图。

为实此刻约束条件快速起动，关键是要有一个使电流维持在最大值的恒流进程。

依照反馈操纵规律，要操纵某个量，只要引入那个量的负反馈。

因此采纳电流负反馈操纵进程，起动进程中，电动机转速快速上升，而要维持电流恒定，只需电流负反馈；

稳固运行进程中，要求转矩维持平稳，需使转速维持恒定，应以转速负反馈为主。

采纳转速、电流双闭环操纵系统。

即为双闭环调速系统优势。

图理想启动进程

3.方案实施

转速给定电路设计

转速给定电路要紧由滑动变阻器组成，调剂滑动变阻器即可取得相应大小的给定信号。

转速给定电路能够产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可滑腻调剂的给定电压。

其电路原理图如下图。

图转速给定电路原理图

转速检测电路设计

转速检测电路的要紧作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供知足要求的转速反馈信号。

转速检测电路要紧由测速发电机组成，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取得与转速成正比的电压信号，通过滤波整流以后即可作为转速反馈信号反馈回系统。

其原理图如下图。

图转速检测电路原理图

电流检测电路设计

电流检测电路的要紧作用是取得与主电路电流成正比的电流信号，通过滤波整流后，用于操纵系统中。

该电路要紧由电流互感器组成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可取得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。

图电流检测电路原理图

4主电路爱惜电路设计

电力半导体元件虽有许多突出的优势，但经受过电流和过电压的性能都比一样电气设备脆弱的多，短时刻的过电流和过电压都会使元件损坏，从而致使变流装置的故障。

因此除在选择元件的容量外，还必需有完善的爱惜装置。

4．1过电压爱惜设计

晶闸管对过电压很灵敏，当正向电压超过其断态重复峰值值电压必然值时，就会误导通，引发电路故障；

当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压

必然值时，晶闸管将会当即损坏。

因此，必需研究过电压的产生缘故及抑制过电压的方式。

过电压产生的缘故主若是供给的电压功率或系统的储能发生了猛烈的转变，使得系统来不及转换，或系统中原先积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。

本设计采纳如右图阻容吸收回路来抑制过电压。

通过体会公式

图阻容吸收回路

得：

由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此

功率选择留5～6倍裕量

因此，电阻R选择阻值为

功率选择1W的电阻。

电容C选择容量为

的电容。

4．2过电流爱惜设计

过电流爱惜方法有下面几种，能够依照需要选择其中一种或数种。

（1）在交流进线中串接电抗器或采纳漏抗较大的变压器，这些方法能够限制短路短路电流。

（2）在交流侧设置电流检测装置，利用过电压信号去操纵触发器，使脉冲快速后移或对脉冲进行封锁。

（3）交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，能够在发生过电流时动作，断开主电路。

（4）关于大容量和中等容量的设备和常常逆变的情形，能够用直流快速开关进行过载或短路爱惜。

直流开关的应依照以下条件选择：

①快速开关的额定电流

额定整流电流

。

②快速开关的额定电压

≥额定整流电压

③快速开关的分断能力

直流侧外部短路时稳态短路电流平均电流平均值

快速开关的动作电流

按电动机最大过载电流整定

式中，K为电动机最大过载倍数，一样不大于；

为直流电动机的额定电流。

（5）快速熔断器

它能够安装在交流侧或直流侧，在直流侧与元件直接串联。

在选择时应注意以下问题：

①快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。

②熔断器的额定电流应大于溶体的额定电流。

③溶体的额定电流

可按下式计算

1．三相交流电路的一次侧过电流爱惜

在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流爱惜，爱惜原理图如下：

图一次侧过电流爱惜电路

（1）熔断器额定电压选择：

其额定电压应大于或等于线路的工作电压。

本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V，熔断器额定电压可选择400V。

（2）熔断器额定电流选择：

其额定电流应大于或等于电路的工作电流。

本课题设计中变压器的一次侧的电流

熔断器额定电流

因此，如右图在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本课题的设计要求熔断器的额定电压可选400V，额定电流选25A。

2．晶闸管过电流爱惜

晶闸管不仅有过电压爱惜，还需要过电流爱惜。

由于半导体器件体积小、热容量小，专门像晶闸管这种高电压、大电流的功率器件，结温必需受到严格的操纵，不然将遭至完全损坏。

当晶闸管中流过的大于额定值的电流时，热量来不及散发，使得结温迅速升高，最终将致使结层被烧坏。

晶闸管过电流爱惜方式中最经常使用的是快速熔断器。

快速熔断器由银质熔丝埋于石英砂内，熔断时刻极短，能够用来爱惜晶闸管。

压可选择350V。

5驱动电路的设计

晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在学要的时刻由阻断转为导通。

晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行操纵相位操纵电路、触发脉冲的放大和输出环节。

触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应知足以下要求：

（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管靠得住导通，三相全控桥式电路应采纳宽于60°

或采纳相隔60°

的双窄脉冲。

（2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外严寒场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流3～5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一样需达1～2A∕us。

（3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安特性的靠得住触发区域之内。

（4）应有良好的抗干扰性能、温度稳固性及与主电路的电气隔离。

在本设计中最要紧的是第一、2条。

理想的触发脉冲电流波形如图。

图理想的晶闸管触发脉冲电流波形

-----脉冲前沿上升时刻（

）

----强脉冲宽度

---强脉冲幅值（

---脉冲宽度

--脉冲平顶幅值（

经常使用的晶闸管触发电路如图。

它由V1、V2组成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路组成的脉冲输出环节两部份组成。

当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出动身脉冲。

VD1和R3是为了V1、V2由导通变成直截时脉冲变压器TM释放其贮存的能量而设的。

为了取得触发脉冲波形中的强脉冲部份，还需适当附加其它的电路环节。

图触发电路

6操纵电路设计

本操纵系统采纳转速、电流双闭环结构，其原理图如下图。

图双环调速系统原理图

为了取得良好的静动态性能，转速和电流两个调剂器一样都采纳PI调剂器。

图中标出了两个调剂器的输入输出的实际极性，他们是依照电力电子变换器的操纵电压Uc为正电压的情形标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。

图为双闭环调速系统的稳态结构图。

ACR和ASR的输入、输出信号的极性，要紧视触发电路对操纵电压的要求而定。

假设触发器要求