双闭环直流电机不可逆调速系统设计汇编Word文档下载推荐.docx

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1.2.1设计要求2

1.2.2设计内容2

1.2.3技术参数2

第2章双闭环直流调速系统设计框图3

第3章控制电路的结构形式和双闭环调速系统的组成4

3.1双闭环调速系统的控制原理及控制单元4

3．2双闭环调速系统的组成5

3.3稳态结构框图和动态数学模型7

3.3.1稳态结构框图7

3.3.2动态数学模型9

第4章不可逆双闭环调速系统各个环节的设计11

4．1晶闸管的触发电路11

4.2给定器GD12

4.3转速变送器（SB）13

4.4零速封锁器LSF13

4.5速度调节器ASR14

4.6电流调节器ACR15

第五章．调速系统调节器设计的动态设计16

5．1电流调节器的设计16

5．2转速调节器的设计19

设计心得23

参考文献24

附表24

附图27

第1章绪论

1．1系统简介

直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。

直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高。

针对直流电机调速的方法也很多，目前国内外也研究了一些调速的控制器。

例如已经用于实际生产的直流电机无级电子调速控制器采用国际先进的IGBT大功率模块器件和独特自行设计的PWM微电子控制技术，以及节能反馈电路和丰富的保护功能控制电路。

适用于无轨机车、矿山井下窄轨机车、磨床、木工机械、服装制作、纺织、造纸印刷等场所。

该控制器具有调速平稳，安全可靠，提高生产效率；

直流电机正反转控制简便；

可以与计算机连接控制等特点。

直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。

对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式为最好，调压调速是调速系统的主要调速方式。

直流调压调速需要有专门的可控直流电源给直流电动机，随着电力电子的迅速发展，直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管，将晶闸管的单向导电性与相位控制原理相结合,构成可控直流电源,以实现电枢端电压的平滑调节。

本设计的题目是双闭环直流电机调速系统的设计。

采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管—电动机调速系统作为调节电枢供电电压需要的可控直流电源。

由于开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有要求则采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。

如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。

而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；

构成的滞后校正，可以保证稳态精度；

虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。

所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。

本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题内容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对控制器的两个调节进行了详细地设计。

概括的整个电路的动静态性能，各个部分的保护和晶闸管的触发电路设计。

1．2设计要求

1.2.1设计要求

1.该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（），系统在工作范围内能稳定工作。

2.系统静特性良好，无静差（静差率）。

3.动态性能指标：

转速超调量，电流超调量。

4.调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。

1.2.2设计内容

1.根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。

2.调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。

3.驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发电路均可）。

4．动态设计计算：

根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。

1.2.3技术参数

1.负载电机额定数据：

，，，，，。

2.系统主电路，。

第2章双闭环直流调速系统设计框图

直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。

如图2.1设计的总框架。

图2.1双闭环直流调速系统设计总框架

三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。

一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。

根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。

根据选用的方法，分别计算保护电路的各个器件的参数。

控制电路是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。

采用性能良好的控制电路，可使是电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。

直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。

转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。

电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。

转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。

本课题设计主要是设计双闭环的中两个调节器参数计算与检测。

第3章控制电路的结构形式和双闭环调速系统的组成

3.1双闭环调速系统的控制原理及控制单元

双闭环调速系统的控制原理图见图3-1:

图3-1双闭环调速系统的控制原理图

其中

GD—给定器LSF—零速封锁器

ASR—转速调速器材ACR—电流调节器

SB—转速变速器材LB—电流变送器

GL—过流保护器材CF—触发器

本小节有助于加深对电气组成部分的工作原理的整体理解。

以下各图电子组件型号和参数的取值是根据后续计算及工程范例所得。

其关键取值在电流和转速调节器中，他们保证了系统性能指标的实现。

这在第三章会有详尽的阐述

3．2双闭环调速系统的组成

双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。

单闭环调速系统使用了一个比例积分调节器组成速度调节器可以得到转速的无静差调节。

从扩大调速范围的角度来看,单环系统已能基本上满足生产机械对调速的要求。

但是,任何调速系统总是需要启动与停车的,从电机能承受的过载电流有一定限制来看,要求启动电流的峰值不要超过允许数值。

为达到这个目的,采用电流截止负反馈的系统,它能得到启动电流波形,见图3-2中实线所示。

波形的峰值正好达到直流电动机所允许的最大冲击电流,其启动时间为。

图3-2带有截止负反馈系统启动电流波形

实际的调速系统,除要求对转速进行调整外,很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求,例如可逆轧钢,龙门刨床都是经常处于正反转工作状态的,为了提高生产率,要求尽量缩短过渡过程的时间。

从图3.2启动电流变化的波形可以看到,电流只在很短的时间内就达到了最大允许值,而其他时间的电流均小于此值,可见在启动过程中,电机的过载能力并没有充分利用。

如果能使启动电流按虚线的形状变化,充分利用电动机的过载能力,使电机一直在较大的加速转矩下启动,启动时间就会大大缩短,只要就够了。

上述设想提出一个理想的启动过程曲线,其特点是在电机启动时,启动电流很快加大到允许过载能力值,并且保持不变,在这个条件下,转速得到线性增长,当开到需要的大小时,电机的电流急剧下降到克服负载所需的电流值,对应这种要求可控硅整流器的电压在启动一开始时应为,随着转速的上升,也上升,达到稳定转速时,。

这就要求在启动过程中把电动机的电流当作被调节量,使之维持在电机允许的最大值,并保持不变。

这就要求一个电流调节器来完成这个任务。

带有速度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的。

如下图3-3

图3-3转速、电流双闭环直流调速系统原理框图

ACR—电流调节器TG—直流测速发电机

TA—电流互感ASR—转器调节器UPE—电力电子装

Un*—转速给定电压Un—转速反馈电压Ui*—电流给定电压

Ui—电流反馈电压

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图3.6所示。

这就是说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晶闸管整流器的触发装置。

从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；

转速调节环在外边，叫做外环。

这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器都采用调节器。

采用型的好处是其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。

后面需要调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。

双闭环调速系统的静特性在负载电流小于最大电流时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。

当负载电流达到后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。

这就是采用了两个调节器分别形成内、外两个闭环的效果。

3.3稳态结构框图和动态数学模型

3.3.1稳态结构框图

为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构框图，如下图3-4所示。

电流调节器和转速调节器均为具有限幅输出的PI调节器，当输出达到饱和值时，输出量的变化不再影响输出，除非产生反向的输入才能使调节器退出饱和。

当输出未达到饱和时，稳态的输入偏差电压总是为零。

正常运行时，电流调节器设计成总是不会饱和的，而转速调节器有时运行在饱和输出状态，有时运行在不饱和状态。

分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征，一般存在两种状况：

①饱和——输出达到限幅值。

即饱和调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。

②不饱和——输出未达到限幅值。

即PI的作用使输入偏差电压在稳态时总为零。

实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。

因此，对于静特性来说，只有调速调节器饱和与不饱和两种状况：

（1）转速调节器不饱和：

稳态时，他们的输入偏差电压都是零，因此，而得到下图3.5静特性的CA段。

（2）转速调节器饱和：

输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。

双闭环系统变成一个电流无静差的点电流闭环调节系统。

稳态时，从而得到下图3-5静特性的AB段。

这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。

然而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点漂移而采用“准PI调节器”时，静特性的两段实际上都N略有很小的静差，见图3.8的虚线。

ASR主导，表现为转速无静差

ACR主导，表现为电流无静差（过电流保护）

3.3.2动态数学模型

如下图3-6表示双闭环直流调速系统的动态框图，图中和分别表