VM直流调速系统课设.docx

1、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.2 1.1 参数.2 1.2 内容.2 1.3 要求.2二 双闭环直流调速系统的工作原理.3 2.1 晶闸管-电动机直流调速系统简介.3 2.2 双闭环直流调速系统结构图.3三 控制系统的设计.4 3.1 双闭环直流调速系统的组成.4 3.2.主电路的结构形式.4 3.2.1 主电路的设计.5 3.2.2. 整流元件晶闸管的选型.7 3.2.3. 电抗器的设计.8 3.3 晶闸管的触发电路.11 3.4 双闭环调速系统的组成和

2、设计.12 3.4.1 电流调节器的设计.12 3.4.2 转速调节器的设计.14 3.5 仿真波形结果.18 3.5.1 转速.18 3.5.2 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：1105130301一、课程设计要求1.设计参数直流他励电动机：功率 Pe145KW，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=0.0015,主电路总电阻 R0.036，Ks=41.5，电磁时间常数 TL=0.

3、0734ms，机电时间常数 Tm=0.0926ms，滤波时间 常 数 Ton=Toi=0.01s ， 过 载 倍 数 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 VM 双闭环直流不可逆调

4、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：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)

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双闭环直流调速系统动态结构图第4页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：1105130301三 控制系统的设计3.1 双闭环直流调速系统的

6、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页大连海洋大学课程设计用纸学院：信息工程

7、专业班级 ：自动化 3 姓名：王超月 学号：1105130301图 3.3 V-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U 2 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U 2 。 影响U 2 值的因素有：(1)U 2 值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的 I d max。 (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

8、流经该电阻时就要产生一定 的电压降。 第6页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(5)电枢电阻的压降。 综合以上因素得到的U 2 精确表达式为：U2?UN1?ra(Id max Id?1) ? nUTA? B ? CUK % ? Id max 100 Id式（3-1）式中UN为电动机额定电压；A?Ud0 U2； B ? U d? Ud0及 C 见表1-1； ra?I N R? UN， I N 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

9、，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；U K % 为变压器的短路电压百分比，100 千伏安以下的变压器取U K % ? 5 ，1001000 千伏安的变压器取U K % ? 5 ? 10 ； Id max - 负载电流最大值；Id max? ? IdN 所以 ?Id max I dN,?表示允许过载倍数。 U2也可以用下述简化公式计算U 2 =（ 1.0-1.2）Ua A?B或U2=（1.2-1.5）Ua A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：

10、为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得U 2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? ? cos30 O ?3 2，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：1105130301ra? I N R? UN? 180 ? 0.45 ? 0.18， ? ? Id max =1.7440I dN表 3-1 变流变压器的计算系数把已知条件代入式（3-1

11、）可得结果：U2?UN1?ra(Id max Id?1) ? nUTA? B ? CUK % ? Id max 100 Id= 440?1? 0.18?1.7 ?1? 2 ?1? 2.34?0.9 ?3 2?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 KI 2 ? I2 / Id ，即可得二次侧电流的有效值 I 2 ? I d ? K I 2 ，从而求出变压器二次侧容量 S2 ? m2U2I2 。 而一次相电流有效值 I1 ? I 2 / ?U1 /U 2 ?，所以一次侧容量 S1 ? S2 ? m2U 2 I 2 。 一 次 相 电

12、 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?1 2(S1?S2 )?m2U 2 I 2对 于 本 设 计 K I 2 ? 0.816 , m2 = 3 ，I 2 ? I d ? K I 2 = ? ? I N ? K I 2 ? 1.7 ? 220? 0.816 ? 305.184AS?1 2(S1?S2 )? m2U 2 I 2? 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)U R

13、M ? (2 3) ? 2.45 ? 272.890 ? 1.337 2.006 KV取第8页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：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 1.52 倍。 已知I d max ? ?I N ? 1.7 ?180 ? 306 AIVT ? 1 3Id max ? 176.581A 可得晶闸管的额定电流 IT(AV) 计算结果 ：IT ?AV ?(1.52) IVT 1.57? 168.708224.943A取 300A本设计选用晶闸管的型号为 KP（3CT）-300A （ 螺栓型）额定电压： VDRM 2000V额定电流： IT(AV) 300A门极触发电压：VGT ? 30 V门极触发电流：IGT ? 400 A3.2.3. 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