V-M双闭环直流调速系统设计

目录

摘要 (2)

1 设计任务及要求 (2)

2 理论设计 (2)

2.1调速系统组成原理分析 (2)

2.2稳态结构图分析 (2)

2.3调节器作用 (2)

2.3.1转速调节器作用 (2)

2.3.2电流调节器作用 (2)

2.4 V-M系统分析 (2)

3调节器的设计 (2)

3.1电流调节器的设计 (2)

3.1.1确定时间常数 (2)

3.1.2选择电流调节器结构 (2)

3.1.3计算电流调节器参数 (2)

3.1.4校验近似条件 (2)

3.1.5计算调节器电阻和电容 (2)

3.2转速调节器的设计 (2)

3.2.1确定时间常数 (2)

3.2.2选择转速调节器结构 (2)

3.2.3计算转速调节器参数 (2)

3.2.4检验近似条件 (2)

3.2.5校核转速超调量 (2)

3.2.6计算调节器电阻和电容 (2)

4 系统主电路设计 (2)

4.1主电路原理图及说明 (2)

4.2主电路参数计算及选型 (2)

4.2.1 平波电抗器的参数计算 (2)

4.2.2 变压器参数的计算 (2)

4.2.3晶闸管整流元件参数的计算 (2)

4.2.4 保护电路的选择 (2)

5 总结与体会 (2)

参考文献 (2)

摘要

直流双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，在一定程度上满足了生产要求。

V-M双闭环直流调速系统是晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），系统通过调节器触发装置GT的控制电压Uc来移动出发脉冲的相位，即控制晶闸管可控整流器的输出改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速。

关键词：双闭环转速调节器电流调节器

1 设计任务及要求

1．技术数据及技术指标：

直流电动机：P N=60KW , U N=220V , I N=308A , n N=1500r/min ,

最大允许电流I dbl=1.5I N ,

三相全控整流装置：K s=35 ,

电枢回路总电阻R=0.18Ω，

电动势系数：C e=0.196V.min/r

系统主电路：T m=0.12s ，T l=0.012s

滤波时间常数：T oi=0.0025s , T on=0.015s,

其他参数：U nm*=8V , U im*=8V , U cm=8V

σi≤5% , σn≤10%

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，具有较宽的调速围（D≥10），系统在工作围能稳定工作

(2) 系统在5%负载以上变化的运行围电流连续

3．设计容：

(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，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) 绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）

(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书

2 理论设计

2.1调速系统组成原理分析

单闭环调速系统用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。单转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流的动态过程。由于主电路电感的作用，电流不可能突变，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Idm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，采用电流负反馈就能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈作用。

图1 转速电流反馈控制直流调速系统原理图

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

为了使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，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，

如图2-1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速,电流反馈控制直流调速系统。为了获得良好的静，动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。

2.2稳态结构图分析

双闭环直流调速系统稳态结构如图2-2-1所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压Uim*决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm，

图2 双闭环直流调速系统的稳态结构图

α——转速反馈系数α= U

*/=0.00533

nm

β——电流反馈系数β= U

*/=0.0173

im

图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是输入偏差电压在稳态时为零。为了实现电流的实时控制和快速跟随，希希望电流调节器不要进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和不饱和两种情况。