带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计

目录

摘要 (2)

1主电路的设计 (2)

1.1变压器参数的设计与计算 (2)

1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3)

1.3晶闸管元件参数的计算 (3)

1.4保护电路的设计 (4)

2反馈调速及控制系统 (4)

2.1闭环调速控制系统 (4)

2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5)

2.3调节器设定 (8)

2.4控制及驱动电路设计 (9)

3参数计算 (10)

3.1基本参数计算 (10)

3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (12)

3.3调节器的参数设计与计算 (12)

3.4调节器串联校正设计 (15)

4总电气图 (16)

5心得体会 (18)

参考资料 (18)

带电流截止负反馈转速单闭环直流调速

系统设计

摘要

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，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。

1主电路的设计

1.1变压器参数的设计与计算

变压器副边电压采用如下公式进行计算： ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛

-+=

N sh T

d I I CU A nU U U 2min max cos αβ

V

U C I I U A n V U V U N

sh T d 110)

105.05.09848.0(9.034.21

22205

.0105

.0109

.034

.22

1,220222

min max =⨯⨯-⨯⨯+==========则取已知αβ

因此变压器的变比近似为：45.3110

380

2

1

==

=U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A

变压器容量的计算

S 1=m 1U 1I 1=3×380×75=85.5kVA S 2=m 2U 2I 2=3×110×247=81.5kVA

S=0.5×(S 1+S 2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA

因此整流变压器的参数为：变比K=3.45，容量S=83.5kVA

1.2平波电抗器参数的设计与计算

U d =2.34U 2cos α

U d =U N =220V, 取α=0° U 2=V U d 0171.9434

.2220

0cos 34.2==

I dmin =(5%-10%)I N ,这里取10% 则 L=0.693mH I U d 2308.375

.171.00171

.94693.0min 2=⨯⨯=⨯

0067.01500

10*

===N nm n U α

1.3晶闸管元件参数的计算

晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压U DRM 和反向重复峰值电压U RRM 中较小的标值作为该器件的额定电压。晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电流的1.5-2倍。在桥式整流电路中晶闸管两端承受的最大正反向电压均为22U ，晶闸管的额定电压一般选取其最大正反向电压的2-3倍。

带反电动势负载时，变压器二次侧电流有效值I 2是其输出直流电流有效值I d 的一半，而对于桥式整流电路，晶闸管的通态平均电流I VT =2

2I ，则在本设计中晶闸管的额

定电流I VT(AV)=523-698A

本设计中晶闸管的额定电压U N =311-466V

1.4保护电路的设计

对于过电压保护本设计采用RC 过电压抑制电路，该装置置于供电变压器的两侧或者是电力电子电路的直流上，如图1-1所示。

对于过电流保护本设计采用在电力变压器副边每相母线中串接快速熔断器的方法来保护电路

图1-1过压保护电路

2反馈调速及控制系统

2.1闭环调速控制系统

将开环系统改为单闭环转速负反馈调速系统，并采用PI 调节器，就既保证动态性能，又能作到转速的无静差，较好的解决开环系统的不足，此闭环系统的工作原理是：将直流电动机转速变化信号反馈到触发环节，来自动增大或减小触发角α来自动调节整流输出电压Uds ，即可达到稳定,其系统结构框图如图2-1所示

图2-1 单闭环转速负反馈系统框图

触发电路

整流电路 电动机

转速反馈 电 源

α

Uds

ΔU

-

2.2带电流截止负反馈闭环控制系统

在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。

通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。电流截止负反馈环节如图2-2中的（a）(b)(c)图：

.

（a）利用独立直流电源作比较电压（b）利用稳压管产生比较电压

（c）封锁运算放大器的电流截止负反馈环节

图2-2电流截止负反馈的环节