运动控制系统课程设计

运动控制系统课程设计说明书

设计题目不可逆V-M双闭环直流调速系统设计

学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

华北理工大学电气工程学院

2016年12月18日

目录

一、任务书 (2)

二、概述 (3)

三、工作原理 (4)

1．电流调节器ACR原理（图c） (5)

2．转速调节器ASR原理（图d） (6)

3．直流电动机 (6)

4.平波电抗器 (8)

5.同步脉冲触发器 (8)

6．测速发电机 (8)

７.锯齿波触发电路 (9)

1．整流变压器容量的计算 (9)

２．晶闸管关断过电压阻容保护 (11)

３．过流时调节器保护 (11)

4．保护装置的选择 (12)

五、动态设计 (12)

１．电流调节器的设计 (13)

（１）．确定时间常数 (14)

（２）．选择电流调节器结构 (14)

（３）．计算电流调节器参数 (14)

（４）．校验近似条件 (15)

（５）．计算调节器电阻和电容 (15)

２．转速调节器 (16)

（１）．确定时间常数 (16)

（２）．选择转速调节器结构 (16)

（３）．计算转速调节器参数 (16)

（４）．检验近似条件 (17)

（５）．计算调节器电阻和电容 (17)

（６）．校核转速超调量 (17)

六、总结 (18)

七、附录： (18)

八、参考文献 (19)

一、任务书

二、概述

我们设计的是电枢调压、磁场不可逆直流调速系统。电枢回路采用晶闸管三相全

控桥式整流调压电路，速度调节器采用比例-积分（PI ）结构以实现转速稳态无静差，电流超调量 5%，转速超调量 10%（按退饱和方式计算）等指标，采用电流截止负反馈以限制动态过程的冲击电流，从而使不可逆V －M 双闭环直流调速系统的设计变得更简单。

图 a 、转速、电流双闭环直流调速系统结构图

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

三、工作原理

由于调速系统的主要被调量是转速，故把转速负反馈组成的环作为外环（主环），以保证电动机的转速准确地跟随给定值，并抵抗外来的干扰；把由电流负反馈组成的环作为内环（副环），以保证动态电流为最大值并保持不变，使电动机快速地起动、制动，同时还能起限流作用，并可以对电网电压波动起及时抗扰作用。电动机转速由给定电压*n U 来确定，转速调节器ASR 的输入n U ∆偏差电

压为n n n U U U -=∆*

，转速调节器ASR 的输出电压*i U 作为电流调节器ACR 的给定信号（ASR 的输出电压的限幅值*

im U 决定了ACR 给定信号的最大值）；电流调节器ACR 的输入偏差电压i im i U U U -=∆*，电流调节器ACR 的输出电压c U 作为触发电路的控制电压（ACR 输出电压的限幅值cm U 决定了晶闸管整流电压的最大值dm U ）；c U 控制着触发延迟角，使电动机在期望转速下运转。

第一阶段（1~0t ）是电流上升阶段。。

第二阶段（21~t t ）是恒流升速阶段。

第三阶段（2t 以后）是转速调节阶段。

图 b.双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形

1．电流调节器ACR 原理（图c ）

当转速调节器起主导作用时，ACR 力图使d I 尽快地跟随给定值*i U ，是一个电流随动系统。

图c、PI型电流调节器原理图

2．转速调节器ASR原理（图d）

U，电动机当输入偏差减小到零时，其输出由于积分作用还维持在限幅值*

im

仍加速，转速超调。

图d、PI型转速调节器原理图

3．直流电动机

在电动运行时，转速稍低，Ea﹤U,电流方向由电网顺电压U方向流向电机。（1）．他励直流电动机的等效电路图

（2）．额定励磁下直流电动机动态结构图

在零初始条件下，去等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数，

1

1

)()()

(+=-s T R s I s U s I l dL do d

电流与电动势的传递函数

s

T R s I s I s E m dL d =-)()()

(

（3）．整个电动机的动态结构图

当0=I dl 时，结构图化简为

当0≠I dl 时，结构图化简为

4.平波电抗器

再V-M系统中，脉动的电流会增加电机的发热，同时也增加脉动转矩，对机械产生不利。为了避免或减轻这种影响，需采用抑制电流脉动的措施，主要是：

⑴增加整流电路相数，或采用多重化技术。

⑵设置平波电抗器

本次试验中采用设置平波电抗器的方式。平波电抗器的电感一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常首先给定最小电流Idmin，再利用他计算所的总电感，减去电枢电感，即的平波电抗应有的电感值。对于三相桥式整流电路，L=0．693U2/Idmin Idmin一般为电动额定电流的5%到10%

经计算可的平波电抗器的电感值为5e-3(5×0.001)

5.同步脉冲触发器

为了保证整流装置能启动，或在电流断续后再导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，本次是设计中采用加宽脉冲的方式，使每个脉冲的宽度大于60°，取脉冲的宽度为90°。脉冲的移项范围在大电感负载时为0°～90°由公式Ud=1.35U2lCOSa得，a=45°

6．测速发电机

测速发电机原理图

测速发电机的传递函数为α

W

(s

=

)