vm双闭环直流调速系统资料
VM双闭环直流调速系统设计说明
目录第一章.双闭环直流调速系统的工作原理 (02)1.1晶闸管-电动机直流调速系统 (02)第二章.控制系统的设计 (03)2.1设计容和要求 (03)2.2双闭环直流调速系统的组成 (03)2.3 主电路参数设计 (04)2.4晶闸管的触发电路 (07)2.5双闭环调速系统的组成和设计 (09)第三章.基于MATLAB/SIMULINK的调速系统的仿真 (14)3.1电流环的动态结构图以与仿真图 (14)3.2双闭环直流调速结构图以与仿真图 (15)设计总结 (18)参考文献 (19)V-M转速直流双闭环直流调速系统摘要本次设计利用晶闸管等器件设计了一个V-M转速、电流双闭环直流调速系统。
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。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以与转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
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。
关键词：双闭环转；速调节器；电流调节器第一章双闭环直流调速系统的工作原理1.1晶闸管-电动机直流调速系统图1.1是V-M系统的简单原理图。
图中V是晶闸管变流装置，可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的控制电压U c来移动触发脉冲的相位，以改变整流电压U d，从而实现平滑调速。
由于V-M系统具有调速围大、精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，且已比较成熟，因此已在世界各主要工业国得到普遍应用。
-+图1.1 晶闸管-电动机直流调速系统（V-M系统）但是，晶闸管还存在以下问题：（1）由于晶闸管的单向导电性，给系统的可逆运行造成困难；（2）由于晶闸管元件的过载能力小，不仅要限制过电流和反向过电压，而且还要限制电压变化率（d u/d t）和电流变化率(d i/d t)，因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件；（3）当系统处于深调速状态，即在较低速下运行时，晶闸管的导通角小，使得系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，对电网产生不利影响；（4）由于整流电路的脉波数比直流电动机每对极下的换向片数要小得多，因此，V-M 系统的电流脉动很严重。
运动控制系统转速电流双闭环VM直流调速系统DOC
运动控制系统课程设计题目：转速、电流双闭环V-M直流调速系统专业班级：学号：姓名：指导教师：成绩：转速电流双闭环直流调速系统Speed and current double closed-loop V-M DC speed regulating system学生姓名:指导教师:摘要直流电动机具有良好的起动、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了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
关键词：双闭环；晶闸管；转速调节器；电流调节器；SimulinkThe design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth.Keywords:Double-loop；thyristors,；the speed regulator ；the current regulator；Simulink摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)第二章设计任务与要求 (2)2.1 性能指标要求 (2)2.2 设计内容 (2)2.3 主要设计部分 (2)第三章原理图设计 (3)3.1 基本设计思路 (3)3.2 确定转速、电流反馈系数 (3)3.3 电流环ACR的设计 (4)3.4 转速环的设计 (5)3.5 转速电流双闭环MATLAB仿真 (7)四．转速电流检测电路的设计 (9)4.1 电流检测电路的设计 (9)4.2 转速检测电路的设计 (12)4.3 转速、电流检测电路的PCB设计 (18)第五章总结 (20)第六章心得体会 (20)参考文献 (21)第一章绪论电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，等行业。
VM双闭环直流调速系统设计说明书
目录前言 (2)1.1任务书 (3)1.2 整体设计 (5)2. V-M直流调速系统结构与工作原理 (5)2.1 V-M直流调速系统的结构框图 (5)2.2 V-M直流调速系统的工作原理 (7)3.主电路设计 (8)3.1主电路设计结果及原理 (9)3.2主要参数计算及器件选择 (9)3.3主电路元件清单 (10)4.驱动电路设计 (11)4.1驱动电路设计结果 (11)4.2触发电路设计及工作原理 (11)5.保护电路设计 (13)5.1直流侧的过电压保护 (13)5.3保护电路元件清单 (14)设计总结 (15)参考文献 (16)电气原理总图 (17)前言转速，电流反馈操纵的直流调速系统是静，动态性能优良，应用最广的直流调速系统。
关于常常正反转运行的调速系统，如龙门刨床，可逆轧钢机等，缩短起动（或制动）过渡进程中，希望始终维持电流（电磁转矩）为许诺的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。
当达到稳固转速时，最好使电流当即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平稳，从而迅速转入稳态运行。
这种理想的启动电流呈矩形波，转速按线性增加。
这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能取得的最快的起动（制动）进程。
1.1任务书1.技术要求：（1）该调速系统能进行滑腻的速度调剂，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10）,系统在工作范围内能稳固工作（2）系统静特性良好，无静差（静差率S≤2）（3）动态性能指标；转速超调量δ<8%，电流超调量δ<5%，动态速降∆n≤10%，调速系统的过渡进程（调剂时刻）t s≤1s(4) 系统在5%负载以上转变的运行范围内电流持续（5）调剂系统中设置有过电压，过电流等爱惜，而且有制动方法2设计内容：（1）依照题目的技术要求，分析论证并确信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图（2）调速系统主电路元件的确信及其参数计算（包括有变压器，电力电子器件，平波电抗器与爱惜电路）（3）绘制V—M双闭环直流可逆调速系统的电气原理图（4）整理设计数据资料，课程设计总结。
V-M双闭环不可逆直流调速系统课设
1 前言直流电动机拖动控制系统在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
这主要由于直流电机具有良好的起，制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
由于要对电机进行稳定的转速控制，双闭环直流调速系统是现今在工业生产中应用最广泛的调速装置。
该装置转速控制稳定，抗干扰能力强但由于直流系统的本身缺陷为得到较大的调速范围自动控制的直流调速系统往往采用变压调速为主。
而在变压整流装置中应用最广的是三相全控桥式整流。
这是用于三相全控桥式整流器输出直流电流的谐波小，脉动电流小，电流连续性好，往往只需要平波电抗器就可以输出稳定直流。
可保证电机稳定运行不会有较大的脉动转矩，不仅保证了拖动系统的稳定同时对直流电机的损耗也小。
本设计主要根据直流电机参数确定变压器，整流电路的相关参数，并且按照控制要求设计双闭环控制系统的结构及参数。
2主电路结构选择目前具有多种整流电路，但从有效降低脉动电流保证电流连续和电动机额定参数的情况出发本设计选用三相桥式全控整流电路，其原理如图2-1所示，习惯将其中阴极连接在一起到3个晶闸管（531,,VT VT VT ）称为共阴极；阳极连接在一起的3个晶闸管（642,,VT VT VT ）称为共阳极，另外通常习惯晶闸管从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶体管分别是531,,VT VT VT ,共阳极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶闸管分别是642,,VT VT VT 。
图2-1 三相桥式全控整流电路原理图其工作特点为：1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。
2)6个晶闸管的触发脉冲按654321VT VT VT VT VT VT →→→→→的顺序相为、位依次相差 60；共阴极组的脉冲依次差 120，共阳极组也依次差 120;同一相的上下两个桥臂即1VT 与4VT ，3VT 与6VT ，5VT 与2VT 脉冲相差 180。
vm双闭环直流调速系统
vm双闭环直流调速系统武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书引言..................................................................0 1.双闭环直流调速系统介绍 (1)1.1闭环调速系统的组成 (1)1.2转速）电流双闭环直流调速系统的组成 (1)1.3起动过程分析 (42)设计ACR和ASR的电路并计算参数 (7)2.1电流环设计 (7)2.1. 1确定时间常数 (8)2.1.2选择电流调节器结构 (8)2.1.3选择电流调节器参数 (8)9 2. 1.4校验近似条件...............................................2.2转速环动态结构图及简化: (10)2.2. 1确定时间常数 (11)2.2.2选择转速调节器结构 (11)2.2.3选择转速调节器参数 (11)13 2. 2.4校验近似条件.............................................. 3.系统仿真 (14)3.1电流环的仿真设计 (14)3.2转速环的仿真设计 (14)3.3双闭环直流调速系统的仿真设计 ................................. 164.设计心得: ......................................................... 18参考资料 (19)武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书f j\言在工业生产中，许多生产机械为了满足生产工艺要求，需要改变工作速度:例如，金属切削机床，由于工件的材料、被加工的尺寸和精度的要求不同，速度就不同。
另外轧钢机，因为轧制品种和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。
生产机械的调速方法可以采用机械的方法取得，但是机械设备的变速机构较复杂，所以在现代电力拖动中，大多数采用电气调速方法。
VM双闭环不可逆直流调速系统.
《自动控制系统》课程设计姓名：学号：指导教师：题目名称：V-M双闭环不可逆直流调速系统设计专业名称：所在学院：时间：一主电路选型和闭环系统的组成1.1双闭环直流调速系统的组成与原理双闭环直流调速系统的组成和原理如图2.1所示其中包括了三相全空整流电路、调节器、（ASR、ACR)和电动机等。
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所示。
1.2设计要求1.直流他励电动机：功率Pe ＝22KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=116A,磁极对数P=2，Ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Re=0.112Ω,主电路总电阻R ＝0.32Ω，L ∑＝37.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.138 Vmin ／r ，K s =22，电磁时间常数T L =0.116s ，机电时间常数Tm=0.157s ，滤波时间常数T on =Tci=0.00235s ，β=0.67V/A ，α=0.007Vmin/v ，过载倍数λ＝1.5，速度给定最大值 10V U n =*电流给定最大电压值10V ，速度给定最大电压值10V 。
2.稳态无静差，电流超调量σi ％≤5%；空载起动到额定转速时的转速超调σe ％≤10％。
V—M双闭环直流调速系统
摘要：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，所以在电气传动中获得了广泛应用。
本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
关键词： 直流电机 晶闸管 直流调速系统 ACR ASR 双闭环系统一、设计题目V —M 双闭环直流调速系统二、目的意义：本课程设计是自动化专业学生在学完专业课程“拖动控制系统”之后进行的一个实践性教学环节。
通过此环节，使学生能结合已完成的基础课、技术基础课和部分专业课对“拖动控制系统”课程的主要内容进行较为综合的实际运用，进一步培养学生应用已学到的理论知识来解决实际工程设计问题，并为毕业设计奠定基础。
双闭环拖动控制系统是工业生产中重要的拖动控制系统，应用很广泛，也是其他复杂控制的基础。
本专业学生应充分掌握双闭环控制系统的结构、系统构成、设备及器件选择、参数整定计算以及绘制系统电路原理图等内容，并且初步掌握设计的方法和步骤，同时增强独立查阅资料、分析问题和解决问题的能力以及刻苦钻研的工作作风。
本设计以直流电动机为被控对象，设计一套双闭环无静差拖动控制系统。
三、电动机参数和设计要求直流电动机参数：KWP N 28=，VU N 220=，AI N 136=，min/1460r n N =，Ω=2.0a R 。
V-M双闭环直流调速系统
V-M双闭环直流调速系统前⾔直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是⼯业⽣产过程中应⽤最⼴的电⽓传动装置之⼀。
⼴泛地应⽤于轧钢机、冶⾦、印刷、⾦属切削机床等许多领域的⾃动控制系统中。
它通常采⽤三相全控桥式整流电路对电动机进⾏供电，从⽽控制电动机的转速，传统的控制系统采⽤模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，在⼀定程度上满⾜了⽣产要求。
V-M双闭环直流调速系统是晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），系统通过调节器触发装置GT的控制电压Uc来移动出发脉冲的相位，即控制晶闸管可控整流器的输出改变平均整流电压Ud，从⽽实现平滑调速。
本次课设⽤实际电动机和整流装置数据对V-M双闭环直流调速系统进⾏设计，建模与仿真。
V-M双闭环直流调速系统建模与仿真1设计任务初始条件及要求1.1初始条件（1）技术数据：直流电动机：P N=27KW, U N=220V , I N=136A , n N=1500r/min ,最⼤允许电流I dbl=1.5I N ,三相全控整流装置：K s=40电枢回路总电阻R=0. 5Ω，电动势系数：C e= 0.132V.min/r系统主电路：T m=0.18s ，T l=0.03s滤波时间常数：T oi=0.002s , T on=0.01s,其他参数：U nm*=10V , U im*=10V , U cm=10V（2）技术指标稳态指标：⽆静差动态指标：电流超调量：δi≤5%，起动到额定转速时的超调量：δn≤10%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s1.2要求完成的任务1．技术要求：(1) 该调速系统能进⾏平滑的速度调节，负载电机不可逆运⾏，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在⼯作范围内能稳定⼯作(2) 系统在5%负载以上变化的运⾏范围内电流连续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型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作⽤,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进⾏调节器的参数调节。
VM双闭环不可逆直流调速系统设计
运动控制系统课程设计题目：某V-M双闭环不可逆直流调速系统设计专业班级：姓名：学号：指导老师：评阅意见：指导老师署名：日期：20XX年月日目录1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究目标和意义 (1)2 课程设计概述和要求 (2)2.1 课程设计概述 (2)2.2课程设计要求 (2)3 转速、电流双闭环直流调速系统组成 (3)4 调速系统主电路元部件确实定及其参数计算 44.1变压器参数选择 (4)4.1.1变压器二次侧电压U2计算 (4)4.1.2一次、二次侧相电流I1、I2计算 (4)4.1.3 变压器容量S计算 54.2 平波电抗器参数计算 54.2.1电流连续临界电感量L1计算 54.2.2限制输出电流脉动临界电感量L2计算 54.2.3电动机电感量L D计算 64.2.4实际串入平波电抗器电感量L计算 64.3可控晶闸管参数计算 64.3.1晶闸管额定电压计算 64.3.2晶闸管额定电流计算74.3.3三相桥式全控整流电路原理74.3.4 整流电路及晶闸管保护电路设计84.4 过电压保护和du/dt限制94.5 过电流保护和di/dt限制105 控制系统设计10 5.1 双闭环调速系统动态结构10 5.2 电流调整器设计11 5.2.1 电流环结构框图化简115.2.2 电流环结构框图小惯性步骤近似处理12 5.2.3 电流调整器结构选择12 5.2.4 电流调整器实现13 5.2.5 电流调整器参数计算135.3转速调整器设计15 5.3.1 转速环结构框图化简15 5.3.2转速调整器结构选择16 5.3.3转速调整器实现175.3.4 转速调整器参数计算176 触发电路选择和原理图197 双闭环直流调速系统MATLAB仿真228 设计总结23 9参考文件24 附录V-M双闭环不可逆直流调速系统电气原理图251绪论1.1 研究背景双闭环不可逆调速系统在上世纪七十年代在国外部分发达国家兴起，经过数十年发展已经成熟，在二十一世纪已经实现了数字化和智能化。
正文VM双闭环直流可逆调速系统设计
V-M双闭环直流可逆调速系统设计1设计任务及要求设计任务设计任务：设计V-M双闭环直流可逆调速系统（1）技术数据直流电动机：PN=3KW ,UN=220V,IN=,nN=1500r/min ； Ra=Ω堵转电流Idbl=2IN,截止电流Idcr=，GD2=。
三相全控整流装置：Ks=40 , Rrec=1. 3Ω。
平波电抗器：RL=0. 3Ω。
电枢回路总电阻 R=Ω，总电感 L=200mH。
电动势系数： (Ce= 。
系统主电路：(Tm= ，Tl=。
滤波时间常数：Toi= , Ton=。
其他参数：Unm*=10V , Uim*=10V , Ucm=10V ，σi≤5% , σn≤10。
（2）技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤10%, 调速范围 D≥20 ）。
动态指标：转速超调量δn≤10%，电流超调量δi≤5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤。
（3）根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。
（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调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。
绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理总图。
设计要求（1）该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥20），系统在工作范围内能稳定工作。
系统静特性良好，无静差（静差率s≤10%）。
动态性能指标：转速超调量δn＜10%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts ≤。
（3）系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。
调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。
2双闭环调速系统的总体设计 双闭环调速系统的设计原理改变电枢两端的电压能使电动机改变转向。
VM双闭环不可逆直流调速系统设计
VM双闭环不可逆直流调速系统设计目录摘要 (1)1 概述 (2)2 设计任务及要求 (3)2.1 设计任务 (3)2.2 设计要求 (4)3 理论设计 (4)3.1 方案论证 (4)3.2 系统设计 (6)3.2.1 电流调节器设计 (6)3.2.2 速度调节器设计 (10)4 系统主电路设计 (14)4.1主电路原理图及说明 (14)4.2主电路参数计算及选型 (15)4.2.1 平波电抗器的参数计算 (15)4.2.2 变压器参数的计算 (16)4.2.3晶闸管整流元件参数的计算 (17)4.2.4 保护电路的选择 (18)5 总结与体会 (19)参考文献 (21)附录 (22)摘要转速，电流双闭环控制直流调速系统是性能很好，应用最广泛的直流调速系统。
根据晶闸管特性，经过调节控制角α大小来调节电压。
基于设计题目，本文中直流电动机调速控制器选择了转速、电流双闭环调速控制电路。
在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
重点设计了直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，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，二者之间实行嵌套连接。
这就形成了转速、电流的双闭环调节系统。
依次确定电流调节器，转速调节器，主电路及控制电路等的参数及元件选择，最后完成设计。
关键词：双闭环转速调节器电流调节器1 概述直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜用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了广泛的应用。
晶闸管问世后，生产数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）。
采用速度、电流双闭环直流调速系统，能够充分利用电动机的裹在能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和选择变流机及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不但在经济性和可靠性上都有很大的提供，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。
V-M双闭环不可逆直流调速系统设计报告(含电气原理图)
双闭环直流调速系统课程设计报告摘要：本设计是一个双闭环不可逆直流调速系统，采用了晶闸管---直流调速装置来调节直流电动机的转速。
采用晶闸管的好处是能使该直流电动机进行连续平滑的调速，且具有较宽地转速调速围（D≥10）。
此装置有可靠的过电压过电流保护措施，该调速装置在5%负载以上变化的运行围工作时，晶闸管的输出电流连续，并且具有良好的静特性与动态性能。
关键词：双闭环晶闸管转速调节器电流调节器第1章主电路各器件的选择和计算1．1 变流变压器容量的计算和选择在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y联接。
S为整流变压器的总容量，S为变压器一次侧的容量，1U为一次侧电压,I为一次侧电流, 2S为变压器二次侧的容量，2U为二次侧电压，1I为二次侧的电流，1m、2m为相数，以下就是各量的推导和计算过程。
2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U只能在一个较小的围变化，为此2必须精确计算整流变压器次级电压U。
2影响2U 值的因素有：(1)2U 值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的max 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2U 精确表达式为：max 2max [1(1)]%[]100d N a T d d K d I U r nU I U I CU A B I ε+-+=-⋅ （4-1）式中 20U U A d =表示当控制角00α=时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比；d d U U B α=表示控制角为α时和00α=时整流电压平均值之比； C 是与整流主电路形式有关的系数；%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 =~；ε为电网电压波动系数。
双闭环直流调速系统介绍
09
显示与操作界面： 用于显示系统状 态和进行参数设
置
10
通信接口：用于 与其他设备进行 通信和信息交换
双闭环调速系统的工作原理
双闭环调速系 统由两个闭环 组成：速度闭 环和电流闭环
速度闭环控制 电机的转速， 使其达到设定 值
电流闭环控制 电机的电流， 使其保持在安 全范围内
两个闭环相互 协调，共同实 现对电机的精 确控制和保护
速
2
交流电机调速：通过双闭环调 速系统实现交流电机的精确调
速
3
4
电力电子变换器：双闭环调速 系统在电力电子变换器中的应用，
如整流器、逆变器等
电力系统稳定控制：双闭环调速 系统在电力系统稳定控制中的应 用，如电压稳定、频率稳定等
双闭环调速系统在节能环保中的应用
节能：双闭环调速系统可以精确控制电机的转 制。
双闭环调速系统的参数整定：根据系统特性和实际需求，对 速度环和电流环的参数进行整定，以实现最佳的调速性能。
3
双闭环直流调速 系统的应用
双闭环调速系统在工业控制中的应用
01 电机控制：用于控制电 机的转速、 位 置 和 扭 矩 等 参数， 实 现 精 确 控 制
双闭环直流调速系统介 绍
演讲人
目录
01. 2. 3.
双闭环直流调速系统的基本 概念 双闭环直流调速系统的设计 双闭环直流调速系统的应用
04. 双闭环直流调速系统的发展 趋势
1
双闭环直流调速 系统的基本概念
双闭环调速系统的组成
01
速度环：用于控 制电机转速，实
现速度调节
02
电流环：用于控 制电机电流，实
04
节能环保：采 用节能技术和 环保材料，降 低系统的能耗 和污染排放
V -M双闭环直流调速系统
目录1 前言 (1)1.1 V-M双闭环直流调速系统的应用 (1)1.2 设计任务 (1)2 V-M双闭环直流调速系统的基本构成与工作原理 (3)2.1 V-M双闭环直流调速系统结构框图 (3)2.2 V-M双闭环直流调速系统的工作原理 (3)2.3调速系统的两个基本矛盾 (4)3 主电路设计 (6)3.1 主电路设计结果 (6)3.2 主要参数计算 (7)3.3 电路器件选择 (9)4 保护电路设计 (10)4.1 过电压保护 (10)4.2过电流保护 (11)5 基于MATLAB/SIMULINK的调速系统的仿真 (1)设计心得 (4)参考文献 (5)附录 (6)摘要直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。
广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。
V-M双闭环直流调速系统是晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），系统通过调节器触发装置GT的控制电压Uc来移动出发脉冲的相位，即控制晶闸管可控整流器的输出改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速。
本次课设用实际电动机和整流装置数据对V-M双闭环直流调速系统进行设计，建模与仿真。
关键词：直流调速系统；V-M双闭环；直流调速1 前言1.1 V-M双闭环直流调速系统的应用现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置。
因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。
随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。
直流电动机的调速的方法有：调节电枢供电电压U 、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻R 。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
—转速反馈系数;—电流反馈系数
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
1．转速调节器不饱和
这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此
由第一个关系式可得
(2-1)
从而得到图2-5所示静特性的CA段。与此同时，由于ASR不饱和， ，从上述第二个关系式可知 。这就是说，CA段特性从理想空载状态的 一直延续到 ，而 一般都是大于额定电流 的。这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。
由图2—1可见，对一个调速系统来说，如果能满足最低转速运行的静差率s，那么，其它转速的静差率也必然都能满足。
图2—1
事实上，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所提静差率要求的转速可调范围。脱离了对静差率的要求。任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。
1）上升时间
在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 所经过的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性，见图2—2。
图2—2
2）超调量
在典型的阶跃响应跟随系统中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比，用百分数表示，叫做超调量：
（2—4）
超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。
对于不同的负载电阻L R，测速发电机输出特性的斜率也不同，它将随负载电阻的增大而增大，如图3-4中实线所示。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 时，对应于转速调节器的饱和输出 ，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。这就是采用了两个PI调节器分别形成内﹑外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大。静特性的两段实际上都略有很小的静差，见图2-5中的虚线。总之，双闭环系统在突加给定信号的过渡过程中表现为恒值电流调节系统，在稳定和接近稳定运行中表现为无静差调速系统，发挥了转速和电流两个调节器的作用，获得了良好的静、动态品质。
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-3-
采用转速反馈的调速系统的变压器阀侧相电压计算公式
UV
UDN(IIDD m Nax 1)IDNRDa(IIDD m Nax)IDNRad KUV[bcos minKx1e0x0IIBB m Nax]
式中 U D N ——电动机额定电压 ( V ) ，440V；
I D m a x ——电动机最大工作电流(A)； IDmax IDN=1.5×220=330A
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，自动控制的直流调速系统 往往以调压调速为主，根据晶闸管的特性，可以通过调节控制角α大小来调节电 压。当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其交流侧 由三相电源供电。三相整流电路中又分三相半波和全控桥流电路，因为三相半波 整流电路在其变压器的二次侧含有直流分量，故本设计采用了三相全控桥整流电 路来供电，该电路是目前应用最广泛的整流电路，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，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。
其整流电路如下：
图 2 晶闸管三相桥式整流电路 用触发脉冲的相位角 控制整流电压的平均值Ud0 是晶闸管整流器的特点
Ud0 与触发相位角 的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，
当电流波形连续时Ud0 f（）可以用下式表示：
Ud0
πm U m
π sin cos
m
——从自然换相点算起的触发脉冲控制角
在直流调速系统中，我们采用的是晶闸管-电动机调速系统(简称 V-M 系统)
的原理图如图 2 所示。它通过调节处罚装置 GT 的控制电压Uc
来移动触发脉冲的相
-2-
位，即可改变平均整流电压U d ，从而实现平滑调速。与旋转变流机组及离子拖
动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都很大提高，而且在 技术性能上也显现出较大的优越性。
4）．其他：设 ASR 和 ACR 均采用 PI 调节器，ASR 限幅输出Ui*m 8V ，最
大
给定Un*m 10V 。
3.课程设计报告内容
-1-
3.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置了两个调节
器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图 1 所示，即把转速调节 器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的 触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫 做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
目录
1 课程设计目的 ........................................................... - 1 2 课程设计题目描述和要求 ................................................. - 1 -
2.1 设计要求.....................................................................................................................- 1 2.2 设计内容.....................................................................................................................- 1 2.3 设计数据.....................................................................................................................- 1 3 课程设计报告内容 ....................................................... - 1 3.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成.................................................................- 1 3.2 主电路结构形式.........................................................................................................- 1 3.3 变压器的选择.............................................................................................................- 1 3.4 双闭环直流调速系统调节器的设计.........................................................................- 1 3.5 整流元件晶闸管的选型............................................................................................- 1 3.6 快速熔断器的选择.....................................................................................................- 1 3.7 平波和均衡电抗器的设计.........................................................................................- 1 3.8 直流稳压稳压电源设计.............................................................................................- 1 3.9 调节器的限幅.............................................................................................................- 1 3.10 电流互感器...............................................................................................................- 1 3.11 保护电路的设计......................................................................................................- 1 3.12 晶闸管触发电路的设计..........................................................................................- 1 4 设计体会 .............................................................. - 18 5 参考书目 .............................................................. - 18 6 附表 .................................................................. - 18 -
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。图中两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调
U m —— 0 时整流电压波形峰值
m——交流电压一周内整流电压的脉波数 因为电机的额定电压为 440，假设采用工厂常见的 380V 三相交流供电，采 取三相全桥整流电流根据
Ud0 2.34 220 cos 440
求得 31.27 满足要求
3.3变压器的选择 （1）变压器阀侧相电压，考虑在最低输入电压时满足要求
图 1 双闭环直流调速系统电路原理图
注: ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电机 TA—电
流
互
感
器
UPE—电力电子装置 Un*—转速给定电压
Un—转速反馈电压
U
i
*
—
电
流
给
定
电
压
Ui —电流反馈电压
直流调速系统中应用最普遍的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制 的方式。转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度；电流负反馈环为 内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态 性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能 和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。 3.2 主电路结构形式
1 课程设计目的 本课程课设结合电力拖动与自控控制技术与电力电子及技术，在对课程充分
理解的基础上设计一个符合要求的 V-M 双闭环不可逆直流调速系统，通过设计进 一步加深课堂所学的知识，并把学到的知识运用于解决实际的问题，通过课程设 计达到以下目的：
1）熟悉 V-M 双闭环不可逆直流调速系统组成以及双闭环的设计过程及设计 方法；
机器
ASR
的输出限幅电压
U
* im
决定了电流给定电的最大值，电流调节器
ACR
的输
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
出限幅电压Ucm 限制了电力电子变换器的最大输出电压。