带转速微分负反馈直流双环调速

目录

摘要 (1)

1 系统概述 (2)

2 系统电路设计 (3)

2.1 主电路设计 (3)

2.2 控制电路设计 (4)

2.2.1 触发电路设计 (4)

2.2.2 调节器电路设计 (6)

2.3 系统给定及偏移电源电路设计 (7)

2.4 转速电流的检测 (8)

3 系统工程设计 (8)

3.1 电流调节器设计 (9)

3.2 转速调节器设计 (11)

附录：总体电路图 (13)

总结与体会................................................. 错误！未定义书签。参考文献：................................................. 错误！未定义书签。

摘要

电力拖动自动控制系统是将电能转换成机械能的装置，它主要包括有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型。而各种系统又往往都是通过控制转速来实现的，因此转速系统是最基本的电力拖动控制系统。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统），它相比于旋转变流机组及离子拖动变流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。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。

本课程设计为V-M双闭环不可控直流调速系统设计，报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，然后对电路各元件进行参数计算，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数确定。进而对双闭环调速系统有一个全面、深刻的了解。

关键词：直流调速晶闸管双闭环

带转速微分负反馈直流双环调速

系统设计

1 系统概述

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛的应用。采用PI调节的转速单环直流调速系统可以在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，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单环系统就难以满足要求。这主要是因为在单环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

对于经常正反转运行的调速系统，例如龙门刨床、可逆轧钢机等，尽量缩短起制动过程时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，达到稳态转速是立即使电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。为此需引入电流负反馈，构成转速电流双闭环直流调速系统。系统原理图如图1所示。

图1 带转速微分的双闭环直流调速系统原理图

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，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间构成串级控制系统。把转速调节器的输入当作电流调节器的输入，再利用电流调节器的输出去控制电力电子变换器，即三相集成触发器。

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PI 调节器，即设计成带转速微分的负反馈直流调速系统。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc 为正电压的情况标出的，并考虑到运放的倒相作用。

2 系统电路设计

2.1 主电路设计

本设计中直流电动机由单独的可调整流装置供电，采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。通过调节触发延迟角α的大小来控制输出电压d U 的大小，从而改变电动机M 的电源电压。由改变电源电压调速系统的机械特性方程式如下

20(/)()/d e a e T n U C R R T C C =Φ-+Φ

式中：d U －整流电压 0R －整流装置内阻

通过上式可知，改变整流电压d U 即可改变电机转速n 。

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图2 系统主电路

系统主电路如图2所示。图中Q1-Q6组成三相全桥整流电路，晶闸管的触发脉冲来自三相集成触发电路。其中图中还画出了通过电流互感器和测速发电机分别检测电枢电流和

转速的大小，经过相应的变换后分别反馈到电流调节器和转速调节器的输入端，这一部分在后续设计中将会有详细的介绍。

2.2 控制电路设计

2.2.1 触发电路设计

1.触发电路的实现

三相集成触发电路如图3和图4所示。其中图3所示为六路双脉冲发生电路采用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，形成六路双脉冲。图4所示的脉冲放大电路为采用六个三极管进行脉冲放大用以驱动六个脉冲变压器，从而控制主电路中的六个晶闸管。KJ004的同步信号由三相同步变压器T2提供。偏移电压为-8V ，由直流稳压电源提供。控制电压Uc 来自电流调节器ACR 的输出。

图3 六路双脉冲发生电路

图4 脉冲放大电路

2.芯片KJ004介绍

KJ004 可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ004 器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。KJ004 电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输出端等功能与特点。

（1）工作原理

KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见下图：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1,流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY,只有改变权电阻R1、R2的比例,调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1,可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大。R7和C2形成微分电路,改变R7和 C2的值,可获得不同的脉宽输出。KJ004 的同步电压为任意值。

（2）引脚图

KJ004为16脚双列直插式芯片，其引脚图如下图5所示，各引脚的有关说明见表1所示。

图5 KJ004引脚图

表1 KJ004引脚说明

3. 芯片KJ041介绍

KJ041六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。使用2块有电子开关控制的KJ041电路组成逻辑控制，适用于正反组可逆系统。