基于转速、直流双闭环的不可逆V-M直流调速系统的设计

《运动控制系统》大作业

基于转速、电流双闭环的

不可逆V-M直流调速系统的设计与仿真

Design and Simulation of System

Irreversible V-M DC Speed Control Based on the Speed of Current Double Closed-loop

院（部）：电子信息与电气工程学院

专业班级：自动化2011级2班

学生姓名：原加伟

学生学号：201102010105

指导教师姓名：雷慧杰

指导教师职称：讲师

2014 年12月

目录

摘要 (Ⅰ)

引言 (1)

第一章绪论 (2)

1.1设计目的 (2)

1.2 设计要求 (2)

第二章系统总体设计方案 (3)

2.1双闭环直流调速系统 (3)

2.2 主电路设计方案 (3)

2.2.1 整流系统及其主要参数计算 (3)

2.3 控制电路方案设计 (4)

2.3.1 电流调节器的设计 (5)

2.3.2 转速检测电路的设计 (9)

2.3.3 触发电路的设计 (9)

2.3.4 转速调节器的设计 (10)

第三章参数计算和选型设计 (14)

3.1 整流变压器额定参数计算 (14)

3.2 过电压保护和du/dt和di/dt的限制 (16)

3.3 平波电抗器的参数计算 (16)

3.4 直流侧保护 (16)

3.5 交流侧保护 (16)

第四章系统仿真 (18)

4.1 电流环的仿真 (18)

4.2 转速环的仿真 (19)

结果与结论 (21)

收获与体会 (21)

参考文献 (22)

附录 (23)

基于转速、电流双闭环的

不可逆V-M直流调速系统的设计与仿真

摘要：电力拖动实现了电能与机械能之间的能量转换，而电力拖动自动控制系统也即运动控制系统的任务是通过控制电动机电压，电流和频率等输入量，来改变工作机械的转矩，速度和位移等机械量，是各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。

我们现在要研究的是晶闸管整流器控制的转速电流双闭环直流调速系统，主电路设计是依据晶闸管-电动机系统组成，其系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器和电动机-发电机组等组成。整流变压器和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器的功能是使输出的直流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交流电源，整个系统可以实现电动机的平滑调速。

关键词：双闭环电流调节器转速调节器直流调速

引言

随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。本次设计包括主电路和控制回路的设计。本设计通过分析直流双闭环调速系统的组成，设计出系统的电路原理图。同时，采用工程设计的方法对直流双闭环调速系统的电流和转速两个调节器进行设计，先设计电流调节器，然后将整个电流环看作是转速调节系统的一个环节，再来设计转速调节器。遵从确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。之后，再对系统的起动过程进行分析，以了解系统的动态性能。

第一章绪论

1.1设计目的

双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是旨在对双闭环进行最优化的设计。

1.2 设计要求

具体设计要求如下：他励直流电动机，额定功率29.92kW，额定电压220V，额定电流136A，额定转速1460r/min，C e=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5。晶闸管装置放大系数

K s=40，电枢回路总电阻R=1Ω，机电时间常数T m=0.18s，电磁时间常数T l=0.03s ，电流反馈系β=0.05V/A ，转速反馈系数α=0.007V min/r ，转速反馈滤波时间常数T on=0.005s，T

=0.005s ，总飞轮力矩GD2 =2.5N.m，h=5。

oi

1、稳态指标：稳态无静差，调速范围D=10，静差率≤5%；

2、动态指标：电流超调量σi ≤5%，转速超调量σn≤10%；

3、画出完整详细的系统原理图；

4、基于MATLAB 7.5 ，仿真启动过程，分析是否满足动态性能指标。

第二章系统总体设计方案

2.1双闭环直流调速系统

该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。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具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如图1.1所示。

图2.1双闭环直流调速系统原理框图

2.2 主电路设计方案

2.2.1 整流系统及其主要参数计算

三相全控桥整流电路是目前应用最广泛的整流电路，其输出电压波动小，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（将近50）。把该电路应用于本设计，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。整理系统示意图如下;

GT

图2.2 V-M系统主电路示意图