转速电流双闭环不可逆直流调速系统的设计文档格式.docx
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项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。
4.项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。
项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。
5.学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。
文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。
6.答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。
答辩考核成绩占25%左右。
7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。
课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。
8.课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。
一、课程设计项目名称
二、项目设计目的及技术要求
设计目的：
设计双闭环直流不可逆调速系统，掌握系统工作原理，学习调速系统的主回路和调节器的工程设计方法。
技术要求及初始条件：
1.直流电机参数：
电机型号：
Z4-180-11，额定功率：
160KW，额定电压440V，额定电流339A，额定转速1500r/min，电枢内阻Ra＝Ω，飞轮惯量GD2=N.，电机过载倍数λ＝，Ks＝40，Tl＝s，Tm＝s，α＝r,β=v/A。
2.测速发电机参数：
23W，110V，，1900r/min，永磁式。
3.设计指标：
静态：
D=10，S≦5％，转速和电流稳态无差；
动态：
电流超调量小于5％，转速超调量小于10％。
具有过电流过电压保护功能。
设计任务:
1.主电路及其保护电路设计：
i：
选择主回路的电路形式；
ii：
整流变压器的计算；
iii：
SCR的选择；
iv：
SCR的保护。
2.转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计。
3.触发电路设计或选择：
要求产生双窄脉冲。
4.提供系统总电路图。
设计要求:
1．对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。
2.画出单元电路图，给出系统参数计算过程，说明工作原理。
3.对项目设计结果进行分析。
3.画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。
4.课程设计说明书应严格按统一格式打印，坚决杜绝抄袭，雷同现象。
第1章主电路系统设计
主电路设计原理
对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产效率的重要因素。
为此，在起、制动过渡过程中，希望始终保持电流为允许的最大值，使调速系统以以最大的加（减）速度运行。
当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
对于经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。
为此，在电机最大电流（转矩）受限的条件下,希望充分地利用电机的过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动,到达稳定转速后,又让电流立即降低下来,使转矩马上与负载平衡,从而转入稳态运行.这样的理想起动过程波形如图1-1b所示,带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-1a所示。
起动电流呈方形波,而转速是线性增长的。
这是在最大电流（转矩）受限的条件下，调速系统所能得到的最快的启动过程。
n
Id
Idl
t
（a）（b）
图1-1调速系统启动过程的电流和转速波形
（a）带电流截止负反馈的单闭环调速系统的启动过程
（b）理想快速启动过程
但是，实际上由于主电路电感作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，可以在电路中同时使用转速和电流两种负反馈，在系统同中设置两个调节器，分别接入转速负反馈和电流负反馈，用来调节转速和电流，为了获得良好的静、动态性能，转速和电流调节器一般都采用PI调节器。
原理图如图1-2所示。
图1-2转速、电流双闭环不可逆直流调速系统原理图
第2章控制电路设计
转速控制的要求和调速指标
生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标。
设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。
深刻理解这些指标的含义是必要的，也有助于我们构想后面的设计思路。
在以下四项中，前两项属于稳态性能指标，后两项属于动态性能指标。
（1）调速范围D：
生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，即
（2）静差率s：
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率，即
静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。
（3）跟随性能指标：
在给定信号R（t）的作用下，系统输出量C（t）的变化情况可用跟随性能指标来描述。
具体的跟随性能指标有下列各项：
上升时间，超调量，调节时间。
（4）抗扰性能指标：
此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力，它由以下两项组成：
动态降落，恢复时间。
已知本设计为双闭环直流不可逆调速系统，已知如下基本数据：
直流电动机：
电机型号
额定功率
额定电压
额定电流
额定转速
过载倍数（λ）
Z4-180-11
160KW
440V
339A
1500r/min
晶闸管放大系数：
电枢回路内电阻：
转动惯量：
时间常数：
电流反馈:
转速反馈：
设计要求：
1.静态指标：
转速和电流稳态无静差，D=10，S<
=5%；
2.动态指标：
电流超调小于5%，转速超调小于5%。
主电路的结构型式和闭环调速系统的组成图
主电路
整流电路选用三相桥式全控整流电路，它的输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，是目前应用最为广泛的整流电路。
三相半波整流电路晶闸管使用数量为三相桥式可控整流电路的一半，但是性能不如三相桥式全控整流电路要好，故这里我们选择三相桥式整流电路。
三相桥式全控整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极组和共阳极组串联电路，如图所示。
共阴极组的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组的三个晶闸管分别为VT4,、VT6、VT2。
从分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。
为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，另外一个在共阴极组，且不能为同一相的晶闸管。
闭环系统组成
开环直流调速系统调节控制电压Uc就可改变电动机的转速。
如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是，对静差率有较高要求时，开环调速系统往往不能满足要求。
这时就要采用闭环调速系统。
而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。
采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，单环系统就难以满足需要。
这是就要考虑采用转速、电流双环控制的直流调速系统。
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。
二者之间实行嵌套（串联）联接。
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。
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。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。
如图为双闭环调速系统原理图。
变压器的计算与选择
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U2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U2。
影响U2值的因素有：
（1）U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流值Ud。
（2）晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用UT表示。
（3）变压器漏抗的存在会产生换相压降。
（4）平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。
（5）电枢电阻的压降。
（6）电网的波动。
（7）整流主电路形式。
所以，综上所述，可得U2表达式：
其中得一表格：
变流变压器的计算系数
整流电路
单相双半波
单相半控桥
单相全控桥
三相半波
三相半控桥
三相全控桥
带平衡电抗器的双反星形
C
1
由表格可得，A=，α=30°
时，B=/2，查曲线（变压器短路电压百分值与表观功率的关系）可取Uk%=5，为电网电压波动系数，通常取~.这里取，C是与整流主电路形式有关的系数，这里取。
，为电动机电枢电路总电阻Ra的标么值,nUT—表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降，取n=2，晶闸管本身压降很小，在1V左右，取UT=1V。
可得：
U2=（V），这里取U2=270（V）。
I2=KI2Id=×
220=（A）。
I1=I2U2/U1=（A）。
S=（S1+S2）/2=mI1U1=3×
×
440==（KVA）。
晶闸管参数的计算
查表格可得，UDN≥440V时，UDRM（额定断态重复峰值电压）与UPRM（额定反向重复峰值电压）≥1600V。
晶闸管额定电压
晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽2~3倍的安全系数，即按下式选取UTN=（2~3）UM，查表可得三相半控桥的电压计算系数KUT=，即约为，电流计算系数为KIT=。
故晶闸管额定电压为UTN=（2~3）
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