直流调速系统课设

目录

(2)

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内容 (2)

要求 (2)

(3)

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(4)

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(5)

(7)

(8)

(11)

(12)

(12)

(14)

仿真波形结果 (18)

转速 (18)

电流 (19)

(19)

五 (19)

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=Ω,主电路总电阻R ＝Ω，Ks=，电磁时间常数TL=，机电时间常数Tm=，滤波时间常数Ton=Toi=，过载倍数λ＝，电

流给定最大值 8V U im =*，速度给定最大值

10V U n =* 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。

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（10D ≥），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2S ≤）。

3）动态性能指标：转速超调量8%n δ<，电流超调量5%i δ<，

动态最大转速降810%n ∆≤~，调速系统的过渡过程时间（调节

时间）

1

s

t s 。

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

晶闸管-电动机直流调速系统简介

图是V-M系统的简单原理图[1,3,5]。

-

晶闸管-电动机直流调速系统（V-M系统）

双闭环直流调速系统动态结构图

双闭环直流调速系统动态结构图

M

+

+_

L

GT

U c

U d

~

三控制系统的设计

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。

图转速、电流双闭环直流调速系统

图中U*n、U n—转速给定电压和转速反馈电压 U*i、U i—电流给定电压和电流反馈电压ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机 TA—电流互感器UPE—电力电子变换器

主电路的结构形式

图 V-W系统原理图

图主电路原理图

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

2

U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

2

U。

影响

2

U值的因素有：

(1)

2

U值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的

m ax

d

I。

(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

T

V 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。

综合以上因素得到的

2

U精确表达式为：

max

2

max

[1(1)]

%

[]

100

d

N a T

d

d

K

d

I

U r nU

I

U

I

CU

A B

I

ε

+-+

=

-⋅

式（3-1）

式中

N

U为电动机额定电压；

2

U

U

A d

=；

d

d

U

U

Bα

=及C见表

1-1；N

N a U R I r ∑=

，N I 为电动及额定电流，∑R 为电动机电枢电路总电阻；T nU 表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降；ε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ε应取较小值； %K U 为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取5%=K U ，100～1000千伏安的变压器取%510K U =~；max d I -- 负载电流最大值；max d dN I I λ=所以max d dN

I I λ=,λ表示允许过载倍数。 2U 也可以用下述简化公式计算

2U =（）B A Ua ε或 2U =（）A

Ua 其中，系数（）和（）为考虑各种因素的安全系数，a U 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2U 应有一定的裕量,根据经验所知,公式中的控制角α应取300为宜。

9.0=ε，34.2=A ，2330cos cos =

==O B α，5.0=C ,5%=K U ，（其中A 、B 、C 可以查表3-1中三相全控桥），N

N a U R I r ∑=18.044045.0180=⨯=，max d dN I I λ== 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：

max 2max [1(1)]%[]100d N a T d d K d I U r nU I U I CU A B I ε+-+=-⋅=()[]⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⨯⨯-⨯⨯+-+7.1100%55.0239.034.21217.181.01440=272.890V

根据主电路的不同接线方式，有表3-1查的22/I d K I I =，即可得二次