晶闸管双闭环直流调速系统设计

电力拖动自动控制系统课程设计报告

班级：自动1102

姓名：**

学号：*********

指导老师：**

扬州大学信息工程学院自动化专业部

2014年12月29日至2015年1月4日

目录

一课程设计目的和意义（）二技术指标和设计要求（）2.1. 技术数据

2.2. 设计要求

三系统方案选择（）四电路的设计（）

4.1. 主电路设计（）

4.2. 触发电路设计（）4.3. 调节器参数设计（）4.4. 保护电路设计（）五系统电路图及电路工作原理（）六系统仿真模型（）6.1.双闭环直流调速系统仿真电路图（）6.2. 断开速度环后系统的仿真波形（）

七心得体会（）八参考书目（）

一课程设计目的和意义

1. 熟悉自动控制系统设计的一般原则、设计内容以及设计程序的要求，掌握工程设计的方法。

2. 掌握自动控制系统的计算机仿真技术

3．学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据

4．通过对系统的设计、仿真调试, 培养独立工作能力、分析问题解决问题的能力。

5. 培养编制技术总结报告的能力。

二技术指标和设计要求

2.1. 技术数据

直流电动机额定参数为：Unom=220V, Inom=100A, Nnom=1470r/min,Ra=0.26Ω，GD2=16N.m2, λ=1.5，励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A。给定电压最大值为10V。晶闸管整流装置：Ks=30。系统主电路0.6

R

=Ω。

∑

2.2. 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．系统静特性良好，无静差（静差率s≤0.03）

3．动态性能指标：空载起动到额定转速时转速超调量δn＜10%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤8-10%

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、过电流等保护

6. 分析当速度环断开后系统工作情况

2.3. 设计内容

1．根据题目的技术要求，确定调速系统方案，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（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）

3．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

4．分析当速度环断开后系统工作情况

5．对设计的系统进行计算机仿真

6. 整理设计数据资料，撰写课程设计报告。

三系统方案选择

在直流电机调速中主要有单闭环、双闭环的两种方案，单闭环结构简单，它采用转速负反馈和PI调节器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，单闭环系统就难以满足需要。是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。根据带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程，起动电流达到最大值后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。理想起动过程的起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获

得的最快的起动过程。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以起动过程，采用电流负反馈，而在稳态运行时只采用转速负反馈，这就是转速、电流双闭环系统。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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，这样构成的双闭环直流调速系统比单闭环系统有更好的动静态性能。

由于本课题既要求系统稳态无静态，又有较高的动态性能指标，因而选用双闭环调速系统。转速、电流双闭环直流调速系统的方框图如图1所示。

图1 转速、电流双闭环直流调速系统

TA---电流互感器ACR---电流调节器TG---测速发电机

ASR---转速调节器UPE---电力电子变换器Un* ---转速给定电压Un ---转速反馈电压Ui* ---电流给定电压

Ui ---电流反馈电压

四电路的设计

双闭环调速系统的动态结构框图如图2所示。在双闭环系统中，按照设计多环控制系统原则（先内环后外环），应该首先设计电流调节器，然后把整个电流内环看作是转速调节器中的一个环节，再设计转速调节器。在设计的过程中需对电流环和转速环进行近似处理和结构化简，从而确定调节器的结构，以利于后续的模拟电路设计和参数计算。

图2 双闭环调速系统的动态结构框图

4.1、主电路设计

4.1.1设计思路

本设计中直流电动机由单独的可调整流装置供电，三相全控桥整流电路是目前应用最广泛的整流电路，其输出电压波动小，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（将近50）。把该电路（如图3所示）应用于本设计，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。通过调节触发延迟角а的大小来控制输出电压Ud的大小，从而改变电动机M 的供电电压。由改变电枢电压调速系统的机械特性方程式

n=( U d/C eФ)-(R O+R a)T/ C e C TФ2（1）

式中：U d整流电压，R O整流装置内阻，由式（1）可知，改变U d，即可改变