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1、转速一电流双闭环直流调速系统设计摘要：转速-电流双闭环直流调速系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。电路调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。关键词：双闭环；整流电路；调节器。1. 前言在工业生产中，需要高性能速度控制的电力拖动场合，直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统
2、发挥着极为重要的作用。转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。70年代以来，在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。它通过转速和电流两个调节器分别引入转速负反馈和电流负反馈，并构成双闭环系统。从而有效的改善电机性能。本设计主要采用三相全控桥式整流电路对直流电机供电，并通过工程设计法对转速调节器和电流调节器相关参数进行计算以达到对转速电流双闭环支流调速系统的整体实现。该系统主要由给定环节、ASRACR触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，
3、系统设置了电流调节器ACFW转速调节器ASR电流调节器ACRffi电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASRffi转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，AS罔日ACR申联，即把ASR的输出当做ACR勺输入，再由ACR寻输出去控制晶闸管整流器的触发器。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具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。方案设计2.1整流电路的设计本设计是转速、电流双闭环直流调速系统设计，要求是不可逆系统题目中给出的是要求为220V、1.2A的直流电动机供电，它的容量为
4、S=185w,届丁小容量，选用三相可控整流电路整流。三相半波虽具有接线简单的特点，但由丁其只采用三个晶闸管，所以晶闸管承受的反向峰值电压较高，并且电流是单方向的，存在直流磁化问题c基丁以上原因，最终我选择三相桥式全控电路并配套一套触发电路为电机整流。2.1.1整流变压器参数的确定主电路的整流变压器参数为：Ue=2202=440V变压器的容量Sn,SN=3UeIe=322021.2=914.5VA故主电路的整流变压器参数为：IN=1.2AUN=440VSN=914.5VA2.2触发电路的设计（内容和题目不匹配，翻电力电子技术书触发电路部分）三相桥式全控整流电路相当丁一组共阴极的三相半波和一组共阳
5、极的三相半波可控整流电路申联起来构成的。习惯上将晶闸管按照其导通顺序编号，共阴极的一组为VT1、VT3和VT5,共阳极的一组为VT2VT4和VT6vr4VIYihVTf三相桥式电阻性负载全控整流电路（图应该放到2.1）2.3保护电路的设计由丁晶闸管承受过电压和过电流的能力较差，所以短时间的过压或过流就会造成元件损坏。因此在系统主电路设计中，对晶闸管装置的各种保护措施及主要保护环节的设计与计算，应予以足够的重视。为使系统能长期可靠地运行，除了合理地选择晶闸管外，必须针对过电压、过电流和电压、电流上升率的发生原因采取恰当的保护措施。2.3.1晶闸管过电压保护直流侧与交流侧过电压保护方法相同，元件选
6、择原则也相同。实际中采用压敏电阻保护较为合理。为防止在换相过程中，被关断的晶闸管出现反向过压，而导致反向击穿。通常在晶闸管元件两端并联RCffi容吸收电路。电容的耐压一般选取晶闸管实际承受最大电压的1.11.5倍。由丁上述所选晶闸管额定电流为85A,所以查表可知:C=0.25UFR=20。2.3.2晶闸管过电压保护整流以及晶闸管保护电路如下:（整流度晶闸管保护电路）2.4电流调节器的设计2.4.1电流调节器参数计算（1）确定时间常数1）整流装置滞后时间常数。本设计整流装置采用三项桥式电路，其平均失控时间-一一一_2 ）电流滤波时间常数丁&为0.002s。3 ）电流环小时间常数之和7申=兀+/0
7、一0017+0=。一00375（3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数=T。一。19$电流反馈系数股=土邳/4，由实验整定得。电流开环增益：要求df时心丁八应取0.5。从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想堵转特性，可见采用典型的I系统就足够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压的抗扰作用时次要的。为此电流环以跟随特性为主，应选用典型I系统。根据设计要求电流超调5%并保证稳态电流无差，也应选择典型I系统设计电流调节器。电流环可以选择PI型电流调节器，其传递函数如下：WCR(S)=K(TiS+1)/(T
8、i*S)2.5调速调节器的设计2.5.1转速调节器参数计算（1）确定时间常数?1）电流环等效时间常数/Kj。从电流调节器参数计算中得知，已取邛顼,则i/Mrg濒7顼刎“?2）转速滤波时间常数亳一”*士手t7=1M+t=0.0074+0.01=0.017is?3）转速环小时I可常数?按跟随性能和抗扰性能都要较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为:g=.=5x0.0174=0.OSTsl?转速开环增益为“=39S.4j-22x5;xO.OS7a（间+1酒6x4.5x0.120.123?知ASR比例系数为-一-一=1232x5x0.004x41.7x0.0174a=CKOO4（转速反馈系数，
9、由整定得到）?为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器AS削。现在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传函应共有两个积分环节，所以设计成典型II型调节系统，这样同时也能满足动态性能要求。至丁其节约响应超调量较大，那是线性系统的计算数据，实际系统中转速调节器的饱和和非线性性质会使超调大大降低。由以上可知ASR应该采用PI调节器，其传递函数如下：WSR(S)*(ms+1)/TnS转速环结构图可简化成图如下:b)2. 小结直流电机具有良好的起动、制动性能，宜在大范围内平滑调速。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统正逐步取代直流调速。
10、然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制角度看，它乂是交流拖动控制系统的基础。因此，首先还应该好好的掌握直流拖动控制系统。直流电机在某些工业中也是不可替代的。本课题未来的研究重点是如何更好的解决快速性和稳定性之间的矛盾，另外还可考虑设计双闭环可逆系统。（重新总结）（应该在4500左右，内容不够）参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统（第2版）.机械工业出版，19912 王兆安，等.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2000.3 陈伯时，陈敏逊.交流调速系统.机械工业出版社，19974 胡崇岳.现代交流调速技术.机械工业出版社，20015 李友善.自动控制原理，北京
11、：国防工业出版社，1981.6 周渊深.交直流调速系统与MATLA所真.北京：中国电力出版社，2004.7 陈国呈.PWM变频调速及软件开关电力交换技术.北京：机械工业出版社，2001.8 陈伯时.双闭环调速系统的工业设计（讲座）.冶金自动化.1983（1）.9 DONGXuanDUHongjiGUOXinhongDCmotorcontrolsystemsimulationandparameteroptimizationbasedonSimulinkELECTRICPOWERAUTOMATIONEQUIPMENT200810 HongNai-gangPracticeoftheCourseEstablishmentofElectricityPIlllAutomationControlSystemJournalofAnhuiUniversityofTechnology（SocialSciences）2003
