运控课设 三相可逆可控环流系统

运动控制系统

课程设计

设计题目：某轧机直流电动机可控环流

可逆运行调速系统设计

姓名：卿玥莹

班级：10控制工程基地（2）班

学号： 10230424 指导老师：包广清

时间： 2013-06-12

摘要

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。具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，在电气传动系统中得到了广泛的应用。常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统，二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率，但不够理想。实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统，一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。本报告对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。

本次设计主要就是针对直流调速装置，利用晶闸管三相全控桥式整流技术，结合集成六脉冲触发器实用电路，组成晶闸管三相全控桥式整流直流电动机调速系统。同时设计出完整的电气原理图，后面将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。

关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器

目录

第一章设计任务及要求分析 (4)

一、设计内容及性能指标 (4)

二、主要设计环节 (4)

第二章系统方案的选择 (5)

一、直流调速系统主要方案 (5)

二、电动机供电方案的选择 (6)

三、直流可逆方案 (6)

第三章主电路设计 (7)

一、整流变压器的计算与选择 (7)

1.整流变压器的计算 (7)

（1）整流变压器的接线 (7)

（2）整流变压器二次侧电压U2的计算 (7)

（3）整流变压器一、二次测电流和容量的计算 (7)

2.晶闸管的选择与计算 (8)

（1）晶闸管额定电流的计算 (8)

（2）晶闸管额定电压的计算 (8)

（3）晶闸管保护环节的计算 (8)

①过电流保护 (9)

②过电压保护 (9)

二、平波电抗器的选择与计算 (11)

1.电流连续的临界电感量L1的计算 (12)

2.限制输出电流脉动的临界电感量L2的计算 (12)

3.电动机电感量Ld和变压器漏电感量Lt的计算 (12)

4.实际串入平波电抗器的电感量 (13)

三、励磁回路元件的选择 (13)

第四章双闭环动态设计及校验 (14)

一、电流调节器的设计 (14)

二、转速调节器的设计 (16)

第五章触发电路的选择 (19)

第六章反馈、保护及其他电路 (21)

一、给定环节的选择 (21)

二、控制电路的直流电源 (21)

三、反馈电路参数的选择与计算 (21)

第七章系统MATLAB仿真 (23)

总结 (27)

参考文献 (28)

第一章设计任务及要求分析

一、设计内容及性能指标

1.采用转速、电流负反馈构成闭环调速系统；

主回路采用三相全桥，可控环流，可逆系统。励磁回路采用三相桥式晶闸管变流装置供电，构成励磁电流闭环控制。

2.技术数据：

（1）直流电动机数据：220V，136A，1460rpm，Ce=0.132V·min/r，允许过载倍数λ=1.5，电枢回路总电阻R=0.5Ω,系统运动部分转动惯量GD2=20Nm2。

≤5％，转速无（2）要求达到的性能指标：D=20，S≤5％，电流超调量σ

i

静差，且空载启动到额定转速时转速超调σn≤10％。

二、主要设计环节

（1）系统方案选择；

（2）主电路设计；

（3）触发电路与同步电路设计；

（4）转速调节器与电流调节器设计；

（5）控制电路设计；

（6）保护装置设计；

（7）画出系统电路图，并撰写设计说明书；

（8）答辩。

第二章 系统方案的选择

一、直流调速系统的主要方案

直流电机的电磁转矩的大小常用下式表示：

a t e I C T Φ= （2-1）

式中，e T ——电动机的电磁转矩，单位为N ·m ；

Ф——励磁磁通，单位为Wb ；

a I ——电枢电流，单位为A ；

t C ——由电机结构决定的转矩常数。

以上分析表明，直流电动机电磁转矩中的两个可控参量和Ia 是互相独立的，可以非常方便地分别调节，这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性，从而有优良的转速调节性能。

由直流电动机的转速特性知道，直流电动机的转速和其他参量的关系可用下式表示：

Φ

-=e a C R I U n （2-2） 式中，n ——电动机转速，单位为r/min ； U ——电枢供电电压，单位为v ； e C ——由电机结构决定的电势常数，t C =9.55e C

在式(2-2)中，Ce 为常数，Ia 的大小取决于负载转矩，因此可知，直流电动机的调速方法有三种：

1. 调节电枢供电电压U

改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法.对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。a I 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。

2. 改变电动机主磁通Ф

改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通，从电动机额定转速向上调速，属恒功率调速方法，f I 变化时遇到的时间常数同a I 变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。

3. 改变电枢回路电阻R

在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；在调速电阻上消耗大量电能。