《直流调速及恒压频比课程设计讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流调速及恒压频比课程设计讲解（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录目 录1第一章 直流调速系统设计及仿真11 综 述12 系统方案的选择和总体结构22.1调速方案的选择22.1.1系统控制对象的确定22.1.2电动机供电方案的选择32.2总体结构设计33主电路设计与参数计算43.1整流变压器的设计54 双闭环的动态设计和校验115 控制电路的设计135.1 给定环节的选择135.2控制电路的直流电源135.3反馈电路参数的选择与计算136 系统MATLAB仿真156.1 系统的建模与参数设置156.2 系统仿真结果的输出及分析15第二篇 转速开环恒压频比控制交流电机调速系统建模与仿真18第七章 转速开环恒压频比控制基本原理及方案18参考文献34第一章
2、直流调速系统设计及仿真1 综 述我们的生产和生活离不开直流电机，由于对其的需要,促进了直流电机的发展,但其发展较为缓慢,而且出现过起伏。如二次世界大战前夕,以及六十年代中期,出现了以交流电机取代直流电机的趋势,认为直流电机无发展前途,个别学者甚至认为将被淘汰。进入七十年代,直流电机,特别是直流电动机出现了从未有的迅速发展,如直流电动机的需要量在整个旋转电机总产量中所占的比例增长了两倍,其生产量增加了一倍。近年来,随着电子技术和自动控制技术的发展,工业自动化要求宽调速、反应灵敏的驱动装备,对此,直流电动机具有“得天独厚”的优越性,如它具有优良的调速性能、较大的过载能力和快速起动等特点,因此,自动
3、控制的发展为直流电动机的应用创造了更加有利的条件。 六十年代后期,可控硅整流装置的出现和迅速的发展,直流电动机日益应用可控硅整流器作为直流电源,从而扩大了直流电动机的使用范围。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及
4、算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。 本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。 关键词：单片机 双闭环 直流调速系统 2 系统方案的选择和总体结构2.1调速方案的选择2.1.1系统控制对象的确定本次设计选用的电动机型号Z2-51型，额定
5、功率4.2KW，额定电压230V，额定电流18.25A,额定转速1450r/min, 励磁电压220V,运转方式连续。其具体参数如下表1所示：表1 Z2-51型电动机具体参数电动机型号PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra()GDa2（Nm2）P极对数Z2-514.223018.2514501.23.431由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案。电动机额定电压为230V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低。2.1.2电动机供电方案的选择本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器
6、、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等。2.2总体结构设计若采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统虽然可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差，不过当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，单闭环系统难以满足要求，因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩，在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形，当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减少，因而加速过程必然拖长。若采用双闭环调速系统，则可以近似在电机最大电流
7、（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能4。与带电流截止负反馈的单
8、闭环系统相比，双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。直流调速系统的框图如图1所示： 3主电路设计与参数计算图2主电路图电路3.1整流变压器的设计3.1.1整流变压器二次侧电压U2的计算是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。在要求不高场合或近似估算时，可用
9、下式计算，即： （3-1） 由表查得 A=2.34；取=0.9；角考虑10裕量，则 B=cos=0.985取=125V。电压比K=/=380/125=3.04。3.1.2一次、二次相电流I1、I2的计算由表查得 =0.816, =0.816考虑变压器励磁电流得：=A=4.9A =A=14.89A3.1.3变压器容量的计算 ； （3-2） ； （3-3） ； （3-4）式中m1、m2 -一次侧与二次侧绕组的相数；由表查得m1=3，m2=3=33804.9=5.6 KVA=312514.89=5.58KVA =1/2（5.6+5.58）=5.59 KVA 取=10KVA3.1.4晶闸管的额定电流选
10、择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值8，即 （3-5）由表查得 K=0.368，考虑1.52倍的裕量 （3-6） =A取=20A。故选晶闸管的型号为KP20-6。3.1.5晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压，乘以（23）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即=V=V （3-7）取=800V。3.1.6晶闸管保护环节的计算 （1）交流侧过电压保护阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护。本系统采用D-Y连接。S=5.59kvA, U2=125VIem取值：取Iem=10。=F=21.47F耐压1.5U
11、m =1.5125=265V选取25F,耐压300V的CZDJ-2型金属化纸介电容器。取=5V，=4.55，选5 =0.98A =W=W选取5、20W的金属膜电阻。压敏电阻的计算 =V=230V流通量取5KA。选MY31-230/5型压敏电阻。（2）直流侧过电压保护一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。 =(1.82.2)230V=414460V 选MY-430/3型压敏电阻。允许偏差+10（484V）。（3）晶闸管两端的过电压保护 查下表：表2 阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/F0.10.150.20.250.512电阻/
12、1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.11.15倍。由上表得C=0.15F，R=80，电容耐压1.5=1.5125=460V选C为0.2F的CZJD-2型金属化纸介质电容器, 耐压为500V。=W=0.46W 选R为10普通金属膜电阻器，RJ-0.5。3.1.7过电流保护快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。快速熔断器的选择：接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管的有效值=10.54A选取RLS-50快速熔断器，熔体额定
13、电流25A。3.1.8平波电抗器的计算（1）算出电流连续的临界电感量 （3-8）式中为与整流电路形式有关的系数，可由表查得；为最小负载电流，常取电动机额定电流的510计算。根据本电路形式查得=0.695所以=0.05=0.0518.25A=0.91A=mH=105mH （2）限制输出电流脉动的临界电感量平波电抗器的临界电感量 （3-9） 式中系数，与整流电路形式有关，电流最大允许脉动系数，通常三相电路（510）。根据本电路形式查得=1.045, 所以=71.58mH （3）实际串入平波电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量： mH （3-10）（5) 电枢回路总电感:=67.5834.7621.33 mH =105mH3.1.9触发电路选择晶闸管的触发电流为250mA,触发电压。由已知条件计算出 ，V=5.22V。因为=5.22V，3V，所以触发变压器的匝数比为取3:1。设触发电路的触发电流为250mA，则脉冲变压器的一次侧电流只需大于250/3=83.3mA即可。这里选用3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数.触发电路需要三个互差120，且与主电路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一个三相同步变压器。这里用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY型。同步电压二次侧取30V，一次侧直接与电网连接，电压为380V,变压比为380/30=12.7。触发器
