带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计
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（2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+k倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。
。。
课 程 设 计 说 明 书
题目：带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计
学院（系）：电院自动化系
年级专业：。。。
学 号：。。。。
学生姓名：。。。。
指导教师：。。。。
教师职称：教授 讲师
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化系
学号
。。。
学生姓名
。。
专业（班级）
本次设计是基于对组成调速系统的两个主要部分：主电路，包括主回路方案的确定、元器件的参数计算和选型、触发电路和保护环节；控制电路，包括转速负反馈环节的参数计算、电流截止负反馈环节的参数计算，电流检测环节和调节器的设计的分析、参数计算和设计，并且用仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。
关键词：电流截止负反馈主电路控制电路调节器
2、分析并确定控制方案，完成简装操作电路。
3、主回路的设计、计算，并确定主要元器件（包括必要的保护环节）；
4、电流截止负反馈环节设计、转速调节器设计及参数计算。
5、电气原理图设计
6、撰写设计说明书
参
考
资
料
1）《电力拖动自动控制系统》陈伯时主编（
3）《电力拖动自动控制系统习题例题集》童福尧（教材）
图2-1是带电流截止的无静差直流调速系统，采用PID调节器以实现无静差，采用电流截止环节来限制电枢电流。TA为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号Ui。当电流达到截止电流Idcr时，Ui高于稳压管VS的击穿电压，使晶体管VT导通，忽略晶体管的导通压降，则PID调节器的输出电压Uc为零，电力电子变换器UPE的输出电压Ud=0,达到限制电流的目的。
电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速环节分压后取出合适的转速反馈信号Un，此电压与转速给定信号经速度调节器ASR综合调节，ASR输出作为移相触发器的控制电压Uc，由此组成转速负反馈单闭环直流调速系统。改变给定电压即可调节电动机的转速。
设计要求：
1）无静差；
2）动态性能指标：稳定且留有一定的相角、增益稳定裕度；
3）采用工程设计法，试按典型Ⅱ型系统设计。
4）用仿真软件进行仿真，对结果进行分析。
设
计
要
求
1、完成设计说明书一份（包括原理的简要说明和主要参数的计算过程）；文稿用钢笔或圆珠笔书写，字迹应工整、清晰；
2、绘制电气原理图（包括主电路、控制回路）A2图纸一张，可用铅笔绘制，应符合相关制图标准；
图2-1无静差直流调速系统
2
2.2
他励直流电动机的转速公式：
式中：U为他励电动的电枢电压
I为电枢电流
E为电枢电动势
R为电枢回路的总电阻
n为电机的转速
为励磁磁通
为电机的电动势系数
（1）调节电枢供电电压U
（2）减弱励磁磁通Φ
（3）改变电枢回路电阻R
对于要求在一定范围内的无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。改变电阻只能实现有级调速，减弱磁通虽然能都平滑调速，但调速范围不大，往往只能是配合方案，在基速以上做小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。
第
1、系统实现无静差；
2、动态性能指标：稳定且留有一定的相角、增益稳定裕度；
3、采用工程设计法，试按典型Ⅱ型系统设计。
4、用仿真软件进行仿真，对结果进行分析。
第
2
普通闭环直流调速系统及其存在的问题
（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
（3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
。。。
设计题目
带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计(4)
设
计
技
术
参
数
相关数据：电动机参数：ＰＮ＝2.2 KW、ＵＮ＝220V、ＩＮ＝12.5A、ｎＮ＝1500 rpm、Uｆ＝220、Ｉｄｍ＝18.75Ａ、 、Ra＝1.06Ω、La＝8.93mH；
其它参数：整流侧内阻Rn＝0.037Ω、整流变压器漏感 ＝0.24mH、电抗器直流电阻 ＝0.024Ω、电抗器电感 ＝3.20mH、负载GD2折算值＝0.709Kg.m2。
3、设计说明书和电气原理图必须按“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准，并规定主回路用粗实线、控制回路用细实线；
4、设计说明书应包含封皮、目录、正文、参考文献等，字数要满足规定。
工
作
量
1、说明书一份不少于6000字。
2、A2图纸一张，手工或CAD绘图。
3、参考文献不少于3篇。
工
作
计
划
1、查阅有关资料；
4）《电气控制》李仁主编（教材）
5）自选其他有关资料
指导教师签字
。。。
基层教学单位主任签字
。。。
说明：此表一式二份，学生、指导教师各一份。2017年7月1日
摘要
转速反馈控制直流调速系统把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地解决了调速范围和静差率的矛盾，抑制直至消除扰动造成的影响。在采用了比例积分调节器后，又能实现无静差。然而转速反馈控制的直流调速系统还存在一个问题，在起、制动过程和堵转状态时，必须限制电枢电流。引入电流负反馈，可以让他不超过允许值。当电流大到一定程度时出现电流负反馈，即电流截止负反馈。
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课 程 设 计 说 明 书
题目：带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计
学院（系）：电院自动化系
年级专业：。。。
学 号：。。。。
学生姓名：。。。。
指导教师：。。。。
教师职称：教授 讲师
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化系
学号
。。。
学生姓名
。。
专业（班级）
本次设计是基于对组成调速系统的两个主要部分：主电路，包括主回路方案的确定、元器件的参数计算和选型、触发电路和保护环节；控制电路，包括转速负反馈环节的参数计算、电流截止负反馈环节的参数计算，电流检测环节和调节器的设计的分析、参数计算和设计，并且用仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。
关键词：电流截止负反馈主电路控制电路调节器
2、分析并确定控制方案，完成简装操作电路。
3、主回路的设计、计算，并确定主要元器件（包括必要的保护环节）；
4、电流截止负反馈环节设计、转速调节器设计及参数计算。
5、电气原理图设计
6、撰写设计说明书
参
考
资
料
1）《电力拖动自动控制系统》陈伯时主编（
3）《电力拖动自动控制系统习题例题集》童福尧（教材）
图2-1是带电流截止的无静差直流调速系统，采用PID调节器以实现无静差，采用电流截止环节来限制电枢电流。TA为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号Ui。当电流达到截止电流Idcr时，Ui高于稳压管VS的击穿电压，使晶体管VT导通，忽略晶体管的导通压降，则PID调节器的输出电压Uc为零，电力电子变换器UPE的输出电压Ud=0,达到限制电流的目的。
电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速环节分压后取出合适的转速反馈信号Un，此电压与转速给定信号经速度调节器ASR综合调节，ASR输出作为移相触发器的控制电压Uc，由此组成转速负反馈单闭环直流调速系统。改变给定电压即可调节电动机的转速。
设计要求：
1）无静差；
2）动态性能指标：稳定且留有一定的相角、增益稳定裕度；
3）采用工程设计法，试按典型Ⅱ型系统设计。
4）用仿真软件进行仿真，对结果进行分析。
设
计
要
求
1、完成设计说明书一份（包括原理的简要说明和主要参数的计算过程）；文稿用钢笔或圆珠笔书写，字迹应工整、清晰；
2、绘制电气原理图（包括主电路、控制回路）A2图纸一张，可用铅笔绘制，应符合相关制图标准；
图2-1无静差直流调速系统
2
2.2
他励直流电动机的转速公式：
式中：U为他励电动的电枢电压
I为电枢电流
E为电枢电动势
R为电枢回路的总电阻
n为电机的转速
为励磁磁通
为电机的电动势系数
（1）调节电枢供电电压U
（2）减弱励磁磁通Φ
（3）改变电枢回路电阻R
对于要求在一定范围内的无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。改变电阻只能实现有级调速，减弱磁通虽然能都平滑调速，但调速范围不大，往往只能是配合方案，在基速以上做小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。
第
1、系统实现无静差；
2、动态性能指标：稳定且留有一定的相角、增益稳定裕度；
3、采用工程设计法，试按典型Ⅱ型系统设计。
4、用仿真软件进行仿真，对结果进行分析。
第
2
普通闭环直流调速系统及其存在的问题
（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
（3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
。。。
设计题目
带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计(4)
设
计
技
术
参
数
相关数据：电动机参数：ＰＮ＝2.2 KW、ＵＮ＝220V、ＩＮ＝12.5A、ｎＮ＝1500 rpm、Uｆ＝220、Ｉｄｍ＝18.75Ａ、 、Ra＝1.06Ω、La＝8.93mH；
其它参数：整流侧内阻Rn＝0.037Ω、整流变压器漏感 ＝0.24mH、电抗器直流电阻 ＝0.024Ω、电抗器电感 ＝3.20mH、负载GD2折算值＝0.709Kg.m2。
3、设计说明书和电气原理图必须按“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准，并规定主回路用粗实线、控制回路用细实线；
4、设计说明书应包含封皮、目录、正文、参考文献等，字数要满足规定。
工
作
量
1、说明书一份不少于6000字。
2、A2图纸一张，手工或CAD绘图。
3、参考文献不少于3篇。
工
作
计
划
1、查阅有关资料；
4）《电气控制》李仁主编（教材）
5）自选其他有关资料
指导教师签字
。。。
基层教学单位主任签字
。。。
说明：此表一式二份，学生、指导教师各一份。2017年7月1日
摘要
转速反馈控制直流调速系统把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地解决了调速范围和静差率的矛盾，抑制直至消除扰动造成的影响。在采用了比例积分调节器后，又能实现无静差。然而转速反馈控制的直流调速系统还存在一个问题，在起、制动过程和堵转状态时，必须限制电枢电流。引入电流负反馈，可以让他不超过允许值。当电流大到一定程度时出现电流负反馈，即电流截止负反馈。