V-M直流调速系统课设

大连海洋大学课程设计用纸学院：信息工程专业班级：自动化3 姓名：王超月学号：1105130301

目录

一课程设计要求 (2)

1.1参数 (2)

1.2内容 (2)

1.3要求 (2)

二双闭环直流调速系统的工作原理 (3)

2.1晶闸管-电动机直流调速系统简介 (3)

2.2双闭环直流调速系统结构图 (3)

三控制系统的设计 (4)

3.1 双闭环直流调速系统的组成 (4)

3.2.主电路的结构形式 (4)

3.2.1主电路的设计 (5)

3.2.2. 整流元件晶闸管的选型 (7)

3.2.3. 电抗器的设计 (8)

3.3晶闸管的触发电路 (11)

3.4双闭环调速系统的组成和设计 (12)

3.4.1电流调节器的设计 (12)

3.4.2转速调节器的设计 (14)

3.5仿真波形结果 (18)

3.5.1转速 (18)

3.5.2电流 (19)

四运动控制系统课程设计总结 (19)

五参考文献 (19)

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大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 用 纸 学院：信息工程专业班级 ：自动化3 姓名：王超月 学号：1105130301 第 2 页 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=0.0015Ω,主电路总电阻R ＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms ，机电时间常数Tm=0.0926ms ，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s ，过载倍数λ＝1.2，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。

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 用 纸 学院：信息工程专业班级 ：自动化3 姓名：王超月 学号：1105130301 第 3 页 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）1s 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

2.1晶闸管-电动机直流调速系统简介

图1.1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）

2.2 双闭环直流调速系统动态结构图

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大连海洋大学课程设计用纸学院：信息工程专业班级：自动化3 姓名：王超月学号：1105130301

双闭环直流调速系统动态结构图

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三控制系统的设计

3.1 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3.1 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

3.2主电路的结构形式

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图3.3 V-W 系统原理图

图3.4 主电路原理图

3.2.1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2U 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2U 。

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。

第 7 页 (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+-+=-⋅ 式（3-1） 式中 N U 为电动机额定电压；20U U A d =

；0d d U U B α= 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 =（1.0-1.2）B A Ua ε或 2U =（1.2-1.5）A

Ua 其中，系数（1.0-1.2）和（1.2-1.5）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），