《带转速微分负反馈直流双环调速》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带转速微分负反馈直流双环调速（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录摘 要 . . 1 1 系统概述 . . 2 2 系统电路设计 . . 3 2.1 主电路设计 . 3 2.2 控制电路设计. 4 2.2.1 触发电路设计 . . 4 2.2.2 调节器电路设计 . . 6 2.3 系统给定及偏移电源电路设计. 7 2.4 转速电流的检测. 8 3 系统工程设计 . . 8 3.1 电流调节器设计. 9 3.2 转速调节器设计. 11附录：总体电路图 .13 总结与体会 . . 错误！未定义书签。参考文献： . . 错误！未定义书签。武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书1 摘 要电力拖动自动控制系统是将电能转换成机械能的装置，它主要包括有调速系统、位置
2、随动系统（伺服系统） 、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型。而各种系统又往往都是通过控制转速来实现的，因此转速系统是最基本的电力拖动控制系统。直流电动机具有良好的起、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广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管电动机调速系统（简称V-M 系统） ，它相比于旋转变流机组及离子拖动变流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。本课程设计为 V-M双闭环不可控直流调速系统设计，报告首先根据设
3、计要求确定调速方案和主电路的结构型式， 然后对电路各元件进行参数计算，包括整流变压器、 整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数确定。进而对双闭环调速系统有一个全面、深刻的了解。关键词：直流调速晶闸管双闭环武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书2 带转速微分负反馈直流双环调速系统设计1 系统概述直流电动机具有良好的起、 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得到了广泛的应用。采用PI 调节的转速单环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果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，单环系统
4、就难以满足要求。这主要是因为在单环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。对于经常正反转运行的调速系统，例如龙门刨床、 可逆轧钢机等， 尽量缩短起制动过程时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，达到稳态转速是立即使电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。为此需引入电流负反馈，构成转速电流双闭环直流调速系统。系统原理图如图 1 所示。转速调 节器电流调 节器三相集成 触发器三相 全控桥直流 电动机给定 电压电流 检测转速 检测Un* +
5、Un-Ui* -Ui +UcUdnTA图 1 带转速微分的双闭环直流调速系统原理图为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间构成串级控制系统。把转速调节器的输入当作电流调节器的输入，再利用电流调节器的输出去控制电力电子变换器，即三相集成触发器。武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书3 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，即设计成带转速微分的负反馈直流调速系统。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc 为正电压的情况标出的，并考虑到运
6、放的倒相作用。2 系统电路设计2.1 主电路设计本设计中直流电动机由单独的可调整流装置供电，采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。 通过调节触发延迟角的大小来控制输出电压dU 的大小，从而改变电动机 M的电源电压。由改变电源电压调速系统的机械特性方程式如下2 0(/)()/deaeTnUCRR TC C式中：dU 整流电压0R 整流装置内阻通过上式可知，改变整流电压dU 即可改变电机转速n。Q1Q2Q3Q4Q5Q6TA 112L1A-+3G1G2G3G4G5G6K1K2K3K4K5K6A-+TG 16 R PUnD6D5D4D2D3D15 R PUi74ABC图 2 系统主电路
7、系统主电路如图 2 所示。图中 Q1-Q6组成三相全桥整流电路，晶闸管的触发脉冲来自三相集成触发电路。其中图中还画出了通过电流互感器和测速发电机分别检测电枢电流和武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书4 转速的大小，经过相应的变换后分别反馈到电流调节器和转速调节器的输入端，这一部分在后续设计中将会有详细的介绍。2.2 控制电路设计2.2.1 触发电路设计1. 触发电路的实现三相集成触发电路如图3 和图 4 所示。其中图 3 所示为六路双脉冲发生电路采用3 个KJ004集成块和一个 KJ041集成块，形成六路双脉冲。图4 所示的脉冲放大电路为采用六个三极管进行脉冲放大用以驱动六个脉冲变压器，从而
8、控制主电路中的六个晶闸管。KJ004的同步信号由三相同步变压器T2提供。偏移电压为 -8V，由直流稳压电源提供。控制电压Uc来自电流调节器 ACR 的输出。图 3 六路双脉冲发生电路Q7T3+15VD7D8R 33R 34Q10T7+15VD17D18R 43R 44Q8T4+15VD9D10R35R 36Q11T8+15VD19D20R45R 46Q9T5+15VD11D12R 37R 38Q12T9+15VD21D22R 47R 48G1G2G3K1K2K3K4K5K6G4G5G6A+A-C -C +B+B-图 4 脉冲放大电路武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书5 2. 芯片 KJ00
9、4介绍KJ004 可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中, 作可控硅的双路脉冲移相触发。 KJ004 器件输出两路相差180 度的移相脉冲 , 可以方便地构成全控桥式触发器线路。 KJ004 电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低, 有脉冲列调制输出端等功能与特点。（1）工作原理KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见下图：锯齿波的斜率决定于外接电阻 R6 、RW1, 流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY,只有改变权电
10、阻 R1、R2的比例 , 调节相应的偏移电压VP 。同时调整锯齿波斜率电位器RW1, 可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型, 即移相电压增加 , 导通角增大。R7和 C2形成微分电路 , 改变 R7和 C2 的值, 可获得不同的脉宽输出。 KJ004 的同步电压为任意值。（2）引脚图KJ004为 16 脚双列直插式芯片， 其引脚图如下图 5 所示，各引脚的有关说明见表1 所示。图 5 KJ004 引脚图表 1 KJ004 引脚说明功 能输出空锯齿波形成-Vee (1k ) 地同步输入综合比较微分阻容封锁调制+Vcc 引脚号1、 15 2 、 6、10 3、4 5 7 8
11、 9 11、12 13、14 16 3. 芯片 KJ041介绍KJ041 六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。使用2 块有电子开关控制的KJ041电路组成逻辑控制，适用于正反组可逆系统。武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书6 （1）工作原理KJ041电路是脉冲逻辑电路。 当把移相触发器的触发脉冲输入到KJ041电器的 16 端时，由输入二极管完成“或”功能，形成双脉冲，再由T1T6 电流放大分六路输出。补脉冲按 +A-C，-C+B，+B-A，-A+C，+C -B，-B+A 序列组合。 T7 是电子开关，当控制 7 端接逻辑“ 0”电平时
12、T7 截止，各路输出触发脉冲。当控制7 端接逻辑“ 1”电子(+15V)时 T7 导通，各路无输出触发脉冲。 KJ041电路内部原理图如下，图中输出端如果接 3DK4作功率放大，可得到800mA的触发脉冲电流。使用2 块 KJ041 电路相应输人端并联，二个控制端分别作为正反组控制输入端，输出接12 个功率放大管，这样就可组成一个 12 脉冲正反组控制可逆系统，控制端逻辑“0”电平有效。（2）引脚图KJ041也是 16 脚双列直插式芯片，其引脚图如下图6 所示，各引脚的有关说明见表2所示。图 6 KJ041 引脚图表 2 KJ041 引脚说明功 能6 路单脉冲输入6 路单脉冲输出电源端地引线脚
13、号16 脚1015 脚16 脚78 脚2.2.2 调节器电路设计系统调节器电路如图7 所示。系统调节器包括速度调节器和电流调节器。转速调节器采用带转速微分负反馈的转速调节器以减小超调。设计中采用模拟调节器电路，由运放及相关阻容元件构成。转速调节器的给定为8V，由直流稳压电源给定；反馈信号由测速发电机提供。由于检测到的转速信号中含有交流成分，为了使其不影响调节器的输入，需加入低通滤波器。转速调节器的输出为电流调节器的给定，而经电流互感器检测到的三相电流信号 Ui 为电流调节器的反馈信号。由于运放输入电压的最大值为10V 左右，为了使运放正常工作，其供电设为15V。武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书7 U5ASRU6ACRCn1Con2Con1Cdn1Ci1Coi1Coi2R25R27R26R28R29R31R30R32Rn1Rdn1Ri1Rba1 Rba2+15V+15V-15V -15VC14104C15104C16104C17104UiUc8RP+10VUn图 7 调节器电路双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dmI时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用；当负载电流达到dmI后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。其中在调
