转速电流双闭环直流调速系统设计

电力拖动自控系统课程设

计报告

题目转速电流双闭环直流调速系统设

计

学院：电子与电气工程学院

年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

电力拖动自动控制系统综合课程设计

设计任务书

某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为：

直流电动机：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ，

W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许

过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ⋅=。励磁电流为1.77A 。

晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈⋅= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on =

V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。

设计要求：稳态指标：无静差；

动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。

目录

1 概述 (1)

1.1问题的提出 (1)

1.2解决的问题 (1)

1.3实现目标要求设计 (1)

2 主电路计算 (2)

2.1整流变压器的计算 (2)

2.2晶闸管及其元件保护选择 (2)

3 直流双闭环调速系统设计 (8)

3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 (8)

3.2系统静态结构图及性能分析 (9)

3.3系统动态结构图及性能分析 (10)

3.4启动过程分析 (11)

3.5采用ACR和ASR类型的根据 (12)

3.6电流调节器结构的选择 (12)

3.7转速调节器的选择 (12)

3.8双闭环系统工程设计 (13)

3.9电流环设计 (14)

3.10转速环设计 (17)

4基于MATLAB/SIMULINK的调速系统仿真 (20)

4.1仿真软件介绍 (20)

4.2仿真设计 (20)

4.3仿真结果 (20)

5 实训报告 (23)

6 设计总结 (24)

参考文献 (25)

1 概述

1.1问题的提出

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统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。

1.2解决的问题

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I

的恒流过程。

dm

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。

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（ASR）和电流负反馈（ACR）。

1.3实现目标要求设计

设计一个双闭环直流调速系统满足系统要求的性能指标。

2 主电路计算

2.1整流变压器的计算

1、二次侧相电压：

V B

A U )

2.1~1.1(U d

2ε= (2-1) 变压器采用D ，y11接线，表知，三相全控桥时 A=0d U /2U =2.34 （ 取ε=0.9为电网波动系数） 查表知 B=cos ，

角考虑100裕量

故B=0.985 所以

V 4.231~1.212985

.09.034.2400

)2.1~1.1(B A U )

2.1~1.1(U d 2=⨯⨯=ε= (2-2) 取U 2=220V, 变比 K=U 1/U 2=380/220=1.73 2、一次、二次侧电流的计算 查表知 K I1=0.816 ，K I2=0.816

2I =K I2I d =0.816×21.8=18A

1I =K I1I d /K=1.05×0.816×21.8/1.73=11A 3、变压器容量的计算

一次侧，二次侧绕组的相数 3m 1=，3m 2= 所以 kV A 5.12113803I U m S 1111=⨯⨯== kV A 9.11182203I U m S 2222=⨯⨯== ()()kV A 2.122/9.115.122/S S S 21=+=+=

2.2晶闸管及其元件保护选择

1.管额定电压

()()V 1617~107822063~2U 63~2U 2TN =⨯⨯== (2-3) 取V 1600U TN = 2.闸管的额定电流

查表知 K=0.367

I

T（VA）=（1.5~2）KI

d

=（1.5~2）×0.367×21.8=12~16A

取I

T（VA）

=20A

故选KP20-17型元件

3.晶闸管保护环节的计算

1）交流侧过电压保护措施

（1）阻容保护

①电容选值

操作过电压，其实质是开关开端时产生的电磁能量震荡过程。在回路中没有保护器存在时，总电容值很小，导致震荡频率f很高。电容的引入，可以大大提高回路总电容值，降低震荡频率。最佳的效果应是降低频率正好到工频（50Hz），基本计算公式如下：

f=ω/2π（

2-4）ω=（1/LC－（R/2L）2）1/2 （2-5）由于每个电路的初始L和C都不同，最佳值是不可能得到的。只能依据真空断路器大致的情况进行经验比较。根据多年运行经验，取电容0.1μF时，一般