VM直流调速系统课设.docx
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VM直流调速系统课设
V-M直流调速系统课设
大连海洋大学课程设计用纸学院：
信息工程专业班级：
自动化3姓名：
王超月学号：
1105130301目录一课程设计要求.............................................21.1参数..................................................21.2内容..................................................21.3要求..................................................2二双闭环直流调速系统的工作原理..............................32.1晶闸管-电动机直流调速系统简介.........................32.2双闭环直流调速系统结构图..............................3三控制系统的设计............................................43.1双闭环直流调速系统的组成.............................43.2.主电路的结构形式.....................................43.2.1主电路的设计....................................53.2.2.整流元件晶闸管的选型..........................73.2.3.电抗器的设计..................................83.3晶闸管的触发电路.....................................113.4双闭环调速系统的组成和设计...........................123.4.1电流调节器的设计...............................123.4.2转速调节器的设计...............................143.5仿真波形结果.........................................183.5.1转速...............................................183.5.2电流...............................................19四运动控制系统课程设计总结..................................19五参考文献..................................................19第1页
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1105130301一、课程设计要求1.设计参数直流他励电动机：
功率Pe＝145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms，机电时间常数Tm=0.0926ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s，过载倍数λ＝1.2，电流给定最大值U?
im?
8V，速度给定最大值U?
n?
10V2.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。
3）驱动控制电路的选型设计。
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。
5）绘制V—M双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。
3.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（D?
10），系统在工作范围内能稳定工作。
第2页
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11051303012）系统静特性良好，无静差（静差率S?
2）。
3）动态性能指标：
转速超调量?
n?
8%，电流超调量?
i?
5%，动态最大转速降?
n?
8?
10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts?
1s。
4）系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。
5）调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。
6）主电路采用三项全控桥。
二双闭环直流调速系统的工作原理2.1晶闸管-电动机直流调速系统简介图1.1是V-M系统的简单原理图[1,3,5]。
+~GTUcL~+_UdM-晶闸管-电动机直流调速系统（V-M系统）2.2双闭环直流调速系统动态结构图第3页
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1105130301双闭环直流调速系统动态结构图第4页
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1105130301三控制系统的设计3.1双闭环直流调速系统的组成该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。
因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
图3.1转速、电流双闭环直流调速系统图中U*n、Un—转速给定电压和转速反馈电压ASR—转速调节器ACR—电流调节器UPE—电力电子变换器U*i、Ui—电流给定电压和电流反馈电压TG—测速发电机TA—电流互感器3.2主电路的结构形式第5页
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1105130301图3.3V-W系统原理图图3.4主电路原理图3.2.1主电路的设计1.变流变压器的设计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电流值的Idmax。
（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VT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。
第6页
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1105130301（5）电枢电阻的压降。
综合以上因素得到的U2精确表达式为：
U2?
UN[1?
ra（IdmaxId?
1）]?
nUTA[?
B?
CUK%?
Idmax]100Id式（3-1）式中UN为电动机额定电压；A?
Ud0U2；B?
Ud?
Ud0及C见表1-1；ra?
INR?
UN，IN为电动及额定电流，R?
为电动机电枢电路总电阻；nUT表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降；?
为电网电压波动系数，通常取0.9?
1.05，供电质量较差，电压波动较大的情况?
应取较小值；UK%为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取UK%?
5，100～1000千伏安的变压器取UK%?
5?
10；Idmax--负载电流最大值；Idmax?
?
IdN所以?
?
IdmaxIdN,?
表示允许过载倍数。
U2也可以用下述简化公式计算U2=（1.0-1.2）UaA?
B或U2=（1.2-1.5）UaA其中，系数（1.0-1.2）和（1.2-1.5）为考虑各种因素的安全系数，Ua为整流输出电压。
对于本设计：
为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得U2应有一定的裕量,根据经验所知,公式中的控制角?
应取300为宜。
?
?
0.9，A?
2.34，B?
cos?
?
cos30O?
32，C?
0.5,UK%?
5，（其中A、B、C可以查表3-1中三相全控桥），第7页
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1105130301ra?
INR?
UN?
180?
0.45?
0.18，?
?
Idmax=1.7440IdN表3-1变流变压器的计算系数把已知条件代入式（3-1）可得结果：
U2?
UN[1?
ra（IdmaxId?
1）]?
nUTA[?
B?
CUK%?
Idmax]100Id=440?
1?
0.18?
1.7?
1?
?
?
2?
1?
2.34?
0.9?
?
32?
0.5?
5%100?
?
1.7?
?
=272.890V根据主电路的不同接线方式，有表3-1查的KI2?
I2/Id，即可得二次侧电流的有效值I2?
Id?
KI2，从而求出变压器二次侧容量S2?
m2U2I2。
而一次相电流有效值I1?
I2/?
U1/U2?
，所以一次侧容量S1?
S2?
m2U2I2。
一次相电压有效值U1取决于电网电压，所以变流变压器的平均容量为S?
12（S1?
S2）?
m2U2I2对于本设计KI2?
0.816,m2=3，I2?
Id?
KI2=?
?
IN?
KI2?
1.7?
220?
0.816?
305.184AS?
12（S1?
S2）?
m2U2I2?
3?
272.890?
305.184?
248.844KVA设计时留取一定的裕量，可以取容量为350KV?
A的整流变压器。
3.2.2.整流元件晶闸管的选型UTM?
（2~3）URM?
（2~3）?
2.45?
272.890?
1.337~2.006KV取第8页
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11051303012000V。
晶闸管额定电流IT（AV）的有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。
一般取按此原则所得计算结果的1.5～2倍。
已知Idmax?
?
IN?
1.7?
180?
306AIVT?
13Idmax?
176.581A可得晶闸管的额定电流IT（AV）计算结果：
IT?
AV?
?
（1.5~2）IVT1.57?
168.708~224.943A取300A本设计选用晶闸管的型号为KP（3CT）-300A（螺栓型）额定电压：
VDRM2000V额定电流：
IT（AV）300A门极触发电压：
VGT?
30V门极触发电流：
IGT?
400A3.2.3.电抗器的设计
（1）交流侧电抗器的选择为限制短路电流，所以在线路中应接入一个空心的电抗器，称为进线电抗器。
（2）直流侧
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