《不可逆双闭环直流调速系统课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不可逆双闭环直流调速系统课程设计（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、广西工学院鹿山学院电力拖动自动控制系统课程设计设计题目：V-M不可逆双闭环直流调速系统系 别：电子信息与控制工程系专业班级：自动化091姓 名：刘帅学 号：20092349日 期：2012年6月5日内容摘要电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。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），和旋转
2、变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整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。双闭环直流调速系统即速度和电流双环直流调速系统，是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，可以实现转速的无静差调速。又采用电流截止负载环节，限制了起（制）动时的最大电流。这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已经能满足要求。但是由于电流截止负反馈限制了最大电流，加上电动机反电势随着转速的上升而增加，使电流到达最大值后迅速降下来，这样，电动机的转矩也减小了，使起动加速过程变慢，起动的时间久
3、比较长。在这些系统中为了尽快缩短过渡时间，所以就希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而转速可直线迅速上升，使过渡过程的时间大大的缩短。另一方面，在一个调节器的输出端综合几个信号，各个参数互相调节比较困难。为了克服这一缺点就应用转速，电流双环直流调速系统。关键词：双闭环 直流调速系统 MATLAB目 录第1章 电力拖动自动控制系统设计任务书3第2章 设计方案的选择4第3章 主电路选型和闭环系统的组成53.1 整体设计53.2 主电路53.3 双闭环直流调速系统的静态特性63.4 闭环调速系统73.5 电机形式的确定103.6
4、晶闸管结构型式的确定113.7 闭环调速系统的组成11第4章 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算124.1 整流变压器容量计算124.2 晶闸管的电流、电压定额计算134.3 平波电抗器电感量计算134.4 保护电路的设计计算14第5章 驱动控制电路的选型设计 17 5.1 集成触发电路 17 5.2 三相桥式全控整流电路分析18第6章 双闭环系统调节器的动态设计 19 6.1 电流调节器的设计19 6.2 转速调节器的设计21 6.3 检测电路参数设置23电气原理总图及其波形图24第7章 MATLAB/SIMULINK仿真软件257.1仿真软件介绍257.2 仿真软件操作过程26第8章
5、仿真设计278.1 仿真波形图29第9章 仿真结果分析32设计总结32参考文献33第一章电力拖动自动控制系统设计任务书一设计题目：V-M不可逆双闭环直流调速系统设计二技术数据直流他励电动机：额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，磁极对数，励磁电压，励磁电流，电枢电阻，电枢电感，磁场与电枢互感，整流器内阻，平波电抗器。,电流反馈滤波时间常数，转速反馈滤波时间常数，过载倍数，转速调节器和电流调节器的饱和值为12V，输出限幅为10V，额定转速时转速给定，电流给定最大值。系统主电路：0.71，0.012。三设计要求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，具有较宽的调速范围D10，系统在
6、工作范围内能稳定工作2系统静特性良好，无静差（静差率s5%）3动态性能指标：电流超调量，空载启动到额定转速时的转速超调量 。4系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。5调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。6.主电路采用三相全控桥整流电路。四设计内容 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。 3驱动控制电路的选型设计。4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。5绘制V-
7、M双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。 6对所设计的系统进行计算机仿真实验，即可面向传递函数的MATLAB仿真方法，也可用面向电气系统原理结构图的MATLAB仿真方法。第二章 设计方案的选择速度和电流双环直流调速系统（双环），是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，可以实现转速的无静差调速。又采用电流截止负载环节，限制了起（制）动时的最大电流。这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已能满足要求。但是由于电流截止负反馈限制了最大电流，加上电动机反电势随着转速的上升而增加，使电流到达最大值后迅速降下来，这样，电动机的转距也减小了，使
8、起动加速过程变慢，起动（调整时间ts）的时间就比较长。在这些系统中为了尽快缩短过渡时间，所以希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而转速可直线迅速上升，使过渡过程的时间大大缩短。另一方面，在一个调节器输出端综合几个信号，各个参数互相调节比较困难。为了克服这一缺点就应用转速，电流双环直流调速系统。转速.电流双闭环直流调速系统原理图1-1如下:. 图1-1 双闭环直流调速系统原理框图本设计采用三相全控桥整流电路，在直流侧串有平波电抗器，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，利用控制角的大小可有效的调节转速，并在直流交流侧安置了保
9、护装置，保证各元器件能安全的工作，同时由于使用了闭环控制，使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。第三章 主电路选型和闭环系统的组成3.1 整体设计直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。如图2.1设计的总框架。三相交流电源三相桥式整流电路直流电动机整流供电双闭环直流调速机驱动电路保护电路图2.1 双闭环直流调速系统设计总框架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U
10、d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: 注解：整流电压 , 为整流装置内阻，由此可知，改变，可改变转速。3.2 主电路直流调速系统常用的直流电源有三种旋转变流机组；静止式可控整流器；直流斩波器或脉宽调制变换器。图2.2 VM系统原理图1957年晶闸管问世，已生产成套的晶闸管整流装置，即右图2.2晶闸管-电动机调速系统(简称V-M系统)的原理图。通过调节阀装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也现实出较大的优越性。
11、虽然三相半波可控整流电路使用的晶闸管个数只是三相全控桥整流电路的一半，但它的性能不及三相全控桥整流电路。三相全控桥整流电路是目前应用最广泛的整流电路，其输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广（将近50）。把该电路应用于本设计，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。主电路图如下：图2.3 主电路原理图三相全控桥整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极组和共阳极组串联电路。三相全控桥整流电路可实现对共阴极组和共阳极组同时进行控制，控制角都是 。在一个周期内6个晶闸管都要被触发一次，触发顺序依次为：VT1、VT2、VT3、VT4、
12、VT5、VT6，6个触发脉冲相位依次相差60。为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，另外一个在共阴极组。为此，晶闸管必须严格按编号轮流导通。晶闸管与按A相，晶闸管与按B相，晶闸管与按C相，晶闸管接成共阳极组，晶闸管接成共阴极组。在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的整流电路。如图2.3所示。由于电网电压与工作电压（U2）常常不一致，故在主电路前端需配置一个整流变压器，以得到与负载匹配的电压，同时把晶闸管装置和电网隔离，可起到降低或减少晶闸管变
13、流装置对电网和其他用电设备的干扰。考虑到控制角增大，会使负载电流断续，并且负载为直流电动机时，由于电流断续和直流的脉动，会使晶闸管导通角减少，整流器等效内阻增大，电动机的机械特性变软，换向条件恶化，并且增加电动机的损耗，故在直流侧串接一个平波电抗器，以限制电流的波动分量，维持电流连续。为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害，电路中加入了过电压、过电流保护装置。3.3 双闭环直流调速系统的静特性在单闭环系统中，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，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图2.4-（a）所示。当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。在实际工作中,我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所
