转速电流双闭环直流调速系统的设计说明Word格式文档下载.docx
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机电时间常数：
Tm=0.12s;
反馈滤波时间常数：
Toi=0.0025s,Ton=0.014s;
额定转速时的给定电压：
Unm=10V;
调节器饱和输出电压：
10V；
系统调速围：
D=20；
系统的静、动态性能指标：
无静差，电流超调量
，启动到额定转速时的超调量
二设计要求
1．确定转速、电流反馈系数；
2．设计电流调节器；
3．用
准则设计转速环，确定转速调节器的结构和参数；
4．计算最低速启动时的转速超调量；
5．绘制系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。
三．设计的基本思路：
转速，电流双闭环调速系统属于多环控制系统。
对电流双闭环调速系统而言，先从环（即电流环）出发，根据电流控制要求，确定把电流环校正为那种典型系统。
按照调节对象选择调节器及其参数。
设计完电流环环节之后，把它等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分。
然后用同样的方法进行转速环的设计，每个环的设计都是把该环校正为一个典型系统，以获得预期的性能指标。
目前的V-M调速系统多为带电流环的速度控制系统。
双闭环调速系统的动态结构图如下：
四．设计过程
根据双闭环系统的结构图和题目的要求及相关的知识，我们可以进行有关的计算，具体如下：
1确定转速、电流反馈系数
（1）电机的电枢回路电阻Ra
（2）电势常数Ce
（3）三相桥式晶闸管整流装置的滞后时间Ts
（4）电流反馈系数
设最大允许电流
，则电流反馈系数为
（5）转速反馈系数
2.电流环的设计
（1）电流环小时间常数
（2）电流调节器结构的选择
根据设计要求，
，且
因此可按典I系统设计，且选用PI调节器，其传递函数为
（3）确定电流调节器参数
ACR超前时间常数：
电流环开环放大系数
：
要求
时，应按二阶“最佳”系统设计，取
从而，ACR的比例系数为
（4）校验近似条件
电流环截止频率：
晶闸管装置传递函数近似条件
满足近似条件。
小时间常数近似条件
满足近似条件。
忽略反电势对电流环影响的条件
（5）计算调节器电阻电容
按所运用运算放大器取
，则
由
有
由
得
3.转速环的设计
（1）转速环小时间常数
（2）选择转速调节器结构
根据稳态、动态性能指标的要求，应按典I系统设计转速环，为此应选用PI调节器，其传递函数为
（3）选择转速调节器参数
为了使转速环的跟随性能和抗扰性能都较好，应采用
准则选择参数，且取h=5，因此ASR的超前时间常数为
转速环开环放大系数为
从而，转速调节器比例系数为
转速环截止频率
电流环传递函数简化条件
而
小时间常数近似处理条件
（5）计算转速调节器电阻和电容
取输入电阻
（6）校核转速超调量
因为当h=5时
所以
可见，所设计的系统能满足设计要求。
必须注意：
因为
，对转速环来说，忽略反电势的条件并不成立，所以转速超调量将比上面的计算值更小，更能满足设计要求。
五．硬件电路图设计
1系统主电路图绘制
系统采用三相桥式全控整流电路。
如下图所示：
图系统主电路连接示意图
说明：
该桥式全控整流电路有如下特点：
（1）三相桥式全控整流电路必须有两只晶闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只在共阴组，另外一只在共阳组，而且这两只导通的管子不在同一相。
因此，负载电压是两相电压之差，即线电压，一个周期有六次脉动，它为线电压的包络线。
（2）晶闸管在一个周期导通120°
，关断240°
，管子换流只在本组进行，每隔120°
换流一次。
（3）出发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组各管脉冲相位差为120°
，接在同一相的不同管子脉冲相位差为180°
。
晶闸管按顺序轮流导通，相邻顺序管子脉冲相位差为60°
，即每隔60°
（4）晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压的电压峰值。
2系统触发电路图
在中、大容量的变流器中广泛应用晶闸管组成的触发电路或集成化的触发电路，下图所示为同步信号是锯齿波的触发电路，电路由脉冲形成及放大、锯齿波形成和脉冲移相、同步三个环节组成。
同步信号为锯齿波的触发电路主电路图具体连接图如下：
图同步信号为锯齿波的触发电路主电路图
说明：
（1）脉冲形成及放大环节
在上图中，晶闸管V4、V5形成脉冲，V7、V8起放大作用。
uk为直流控制信号，当uk＝0时，V4截止，V5导通，使V7、V8截止，无脉冲输出。
此时，电容C3充电（＋E→R9→C3→V5→V6→VD10→－E），uc3≈2E。
当uk升高，使V4导通，V5截止，V7、V8导通，经变压器TP输出脉冲电压。
此期间C3先放电后反向充电，使B点电位升高，直到uB＞－E，V5又导通，V7、V8变为截止，脉冲消失。
脉冲宽度由C3反向充电时间常数R11×
C3决定。
（2）锯齿波形成和脉冲移相环节
锯齿波的形成有自举式电路、恒流源电路等。
在上图中由V1、RP2和R3、R4等组成恒流源电路。
电容C2的冲放电形成锯齿波，锯齿波通过V3组成的设计跟随器输出。
锯齿波电压ue3、直流控制电压uk、直流便宜电压up经电阻R6、R7、R8与V4基极b4连接，着三个电压叠加决定V4的基极电位ub4的大小，即控制V4的工作状态。
Up的作用是为了确定uk＝0时脉冲的初始相位。
如感性伏在电流连续，三相全控桥（可逆系统）的脉冲初始相位应定在
°
，可通过调节up与ue3叠加来实现，锯齿波过零变正点，即为脉冲产生的时刻，对应于
，此时变流器输出Ud＝0。
Uk与ue3叠加控制脉冲相位移动（up固定在某值），当uk>
0时，过零点N点向左移动，
，电路工作整流状态：
当uk<
0时，N点向右移动，
电路工作于逆变状态。
该电路要求锯齿波宽度大于180°
，如选240°
（3）同步环节
触发脉冲uG必须与主电路的电源同步。
上图电路中，同步环节又由同步变压器TS和晶体管V2等组成。
同步电压us经TS降压产生二次电压uTS来控制V2的导通与关断，从而控制C2的冲放电过程，V2截止时C2充电，V2导通是C2放电，这样就形成了锯齿波。
正弦波uTS的一个周期V2截止与导通各一次，对应锯齿波是一个周期，与主回路电源频率一样，达到同步的目的。
锯齿波的宽度由C1的充电时间常数R1C1决定。
（4）强触发环节
晶闸管采用强触发可缩短开通时间，有利于改善串并联器件的动态均压和均流，增加触发的可靠性，强触发电路如图所示。
强触发的电源，由单相桥式整流电路获得50V电压。
在V8截止时，C6充电，D点电位上升到50V。
当V8导通时，C6迅速放电，D点电位迅速下降，uD<
15V时，VD15导通，由15V电源供电，V8截止后，C6由充电到uD＝50V，为下一次触发做准备。
（5）双窄脉冲形成环节
第一个脉冲由本相触发电路的V4由截止变为导通时使V5截止而V7、V8导通所产生；
第二个脉冲由滞后60°
相位的后一个相触发电路产生其一个脉冲时将信号引至本想触发电路V6的基极，使其截止，V7、V8又导通而产生。
这样每一个触发电路一个周期能输出两个相隔60°
的窄脉冲。
为防止脉冲互相干扰，加入VD4和R17。
三相桥式全控整流电路，晶闸管的导通顺序为：
VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1，彼此相隔60°
为能准确产生双窄脉冲，图中的X和Y断应按图所示的顺序连接，即前相的触发电路的Y端接后相的X端。
图触发器的控制端的连接图
3电流环电路
由设计过程中的计算可以知道：
电流环中相关的电阻，电容的取值为：
4.转速环电路：
转速调节器电阻和电容
4.控制电路总体电路图
转速调节器ASR调节转速，用电流调节器ACR调节电流。
ASR与ACR之间实现串级连接，即以ASR的输出电压Ui作为电流调节器的电流给定信号，再用ACR的输出电压Uc作为晶闸管触发电路的移相控制电压。
从闭环反馈的结构上看，转速环在外面为外环，电流环在里面为环。
为了获得良好的静。
动态性能，转速和电流两个调节器都采用具有输入、输出限幅电路的PI调节器，且转速与电流都采用负反馈闭环。
六．心得体会：
这次的课程设计难度不是很大，所用到的知识基本上都是在《电力电子技术》和《电力拖动与运动控制系统》这两门课程中所学过的基本知识点。
而且在这次的设计中没有要求用MATLAB进行系统的仿真，这样也大大地减少了我们的工作量。
这次的设计，其中最重要的一部分是参数的计算。
由于课本中有相类似的例题作为参考，因此计算部分不难，只是算时，感觉有点繁琐而已，只要自己有耐心，就可以设计出合理的系统。
做事情要有耐心，这是我在这次设计中所学习到的重要的一点。
在进行硬件电路图的设计时，电流调节器和转速调节器都可以在课本上找到，而触发电路，主电路在电力电子课程中学习过，也不难画出他们的硬件连接图。
总的来说这次的设计不难。
这次设计难度虽然不难，但是在其中我也收获了不少。
通过这次设计，加深了我对电流，转速双闭环系统这个典型的系统的认识。
复习了以前学习过的基本知识，加深了印象。
这对我们以后工作中会很有帮助的。
七参考资料
1、《电力拖动与运动控制系统（第二版）》，罗飞郗晓田文小铃许玉格编
――北京：
化学工业，2007.2
2《电力电子技术基础》苏开才等编华南理工大学
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