自动控制系统课程设计

成绩评定：

华南理工大学广州学院《自动控制系统课程设计》

设计报告书

题目：转速电流双闭环直流调整系统

（院）系：电子信息工程学院

专业：自动化

学生姓名: 陈良

学号: 200930071105

起迄日期: 2012年2月20日——2012年3月9日

华南理工大学广州学院电信工程系自动化专业

自动控制系统课程设计任务书(题目号)

一．课程设计题目：

晶闸管转速、电流双闭环调速系统设计 二．课程设计内容：

设计一转速、电流双闭环直流调速系统，采用他励直流电动机、 晶闸管三相全控桥式整流电路，其数据如下：

直流电动机min,/1430,375,220,74r n A I V U Kw P N N N N ====电流过载系数λ取 1.5，电枢电阻计算系数取0.5，电机轴上总转动惯量

=2GD 862m N ∙;

晶闸管触发与整流装置的放大系数s K =30 ；三相供电线电压380V ，相电压220V ，电网波动系数b=0.95；

额定转速时的给定电压*nm U =10 V ；

调节器饱和输出电压 10 V ； 调速范围 D=10;

系统的静、动态性能指标：无静差，电流超调量%5≤i σ,空载起动到额定转速时的转速超调量%10≤n σ。 三．课程设计要求：

1. 进行晶闸管整流器主电路形式选择、整流变压器的选择(二次电压、电流、变压器视在功率)、整流器件的选择、平波电抗器的选择、触发电路的选择；

2.系统各主要参数的估计与计算（整流器内阻、平均失控时间、电枢

回路总阻、电枢回路总电感、电机电势常数、转矩常数、电磁时间常数、机电时间常数、电流反馈滤波时间常数、转速反馈滤波时间常数、转速反馈系数、电流反馈系数）

3．设计电流调节器并作性能指标校验；

4．设计转速调节器并作性能指标校验；

5．计算空载起动到最低转速时的转速超调量；

6. 对设计的系统进行MATLAB仿真；

7．绘制系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。

四设计完成后应缴交设计说明书一分，包括上述设计基本内容、计算过程、线路图、结论及心得体会。

五设计完成期限：本设计任务书于2012年2月20日发出，2012年3月9日上交设计说明书。

设计者：陈良专业教研组主任：彭康拥批准；指导教师：方昌始彭康拥签发

一．晶闸管整流器设计 (6)

1.进行主电路形式选择： (6)

2整流变压器的选择： (6)

3.整流器件的选择： (10)

二.系统各主要参数的估计与计算 (16)

三电流调节器和转速调节器的工程设计思路 (19)

（一）电流调节器的设计 (23)

（二）转速调节器的设计 (26)

(三) 校验 (29)

2.性能指标校验： (30)

四MATLAB结构图仿真 (31)

五系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。 (32)

主电路 (32)

触发电路 (33)

控制电路 (35)

六结论及心得体会 (36)

一．晶闸管整流器设计

1.进行主电路形式选择：

整流器主电路联结形式的确定：整流器主电路联结形式多种多样，选择时应考虑以下情况：

（1）.可供使用的电网电源相数及容量；（2）.传动装置的功率；（3）.允许电压和电流脉动率；（4）. 传动装置是否要求可逆运行，是否要求回馈制动；

本设计任务已规定采用晶闸管三相全控桥式整流电路，具有以下特点：

2整流变压器的选择：

整流变压器一次侧接交流电网，二次侧连接整流装置。整流变压

器的选择主要内容有连接方式、额定电压、额定电流、容量等。（1）整流变压器的作用和特点

1）整流变压器的作用：变换整流器的输入电压等级。由于要求整流器输出直流电压一定，若整流桥路的交流输入电压太高，则晶闸管运行时的触发延迟角需要较大；若整流器输入电压太低，则可能在触发延迟角最小时仍不能达到负载要求的电压额定值。

所以，通常采用整流变压器变换整流器的输入电压等级，以得到合适的二次电压。实现电网与整流装置的电气隔离，改善电源电压波形，减少整流装置的谐波对电网的干扰。

2）整流变压器的特点：由于整流器的各桥臂在一周期内轮流导通，整流变压器二次绕组电流并非正弦波（近似方波），电流含有直流分量，而一次电流不含直流分量，使整流变压器视在功率比直流输出功率大。当整流器短路或晶闸管击穿时，变压器中可能流过很大的短路电流。为此要求变压器阻抗要大些，以限制短路电流。整流变压器由于通过非正弦电流引起较大的漏抗压降，因此它的直流输出电压外特性较软。整流变压器二次侧可能产生异常的过电压，因此要有很好的绝缘。

3）整流变压器的联结方式

（2）.整流变压器二次相电压的计算

1）整流变压器的参数计算应考虑的因素。由于整流器负载回路的电感足够大，故变压器内阻及晶闸管的通态压降可忽略不计，但在整流变压器的参数计算时，还应考虑如下因素：

a)最小触发延迟角min α：对于要求直流输出电压保持恒定的整流装置，α应能自动调节补偿。一般可逆系统的min α取30°~35°，不可逆系统的min α取10°~15°。

b)电网电压波动：根据规定，电网电压允许波动范围为+5%~-10%，考虑在电网电压最低时，仍能保证最大整流输出电压的要求，通常取电压波动系数b=0.9~1.05。 c)漏抗产生的换相压降X U ∆。

d)晶闸管或整流二极管的正向导通压降U n ∆。 2)二次相电压2U 的计算

a)用于转速反馈的调速系统的整流变压器

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N N T N a N N d I I U K b K R I I I U R I I I U α

式中 2U ——变压器二次相电压（V ）; N U ——电动机的额定电压（V ）; UV K ——整流电压计算系数；

b ——电压波动系数，一般取b=0.90~1.05；