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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计名称：电力拖动自动控制系统运动控制系统课程设计 题 目：V-M双闭环直流调速系统专 业：自动化 课程设计任务书一、设计题目V-M双闭环直流调速系统二、 设计任务 1.设计一双闭环V-M直流调整系统 2.采用三相桥式全控整流电路 3设计总体方案 4进行整流变压器的参数计算 5进行可控硅元件的选择及保护 6进行平波电抗器的选择 7进行动态参数计算及调节器的设计 8画出系统原理图和结构框图三、设计计划 第1天选择课程设计题目,确定课程设计任务 第2天根据课程设计任务进行查阅资料 第3天进行整理资料及进行设计 第4天进行可行性分析 第5天整理设计报告,完成设计四、设计
2、要求1.根据题目要求，分析谁并确定主电路的结构形式和闭环调整系统的组成；2.调整系统主电路元部件的确定及其参数计算器；3驱动控制电路的造型设计；4. 动态设计计算； 5.绘制V-M双闭环直流不可逆系统的电气原理总图 指 导 教师: 教研室主任： 时 间:目录1.1.设计方案分析与论述1.1概述本设计根据题目要求设计双闭环直流调速系统，采用三相全控桥整流电路，利用工程设计方法对转速调节器和电流调节器进行设计，以达到题目设计的要求。并且绘制整个调速系统的电路原理图，详细的分析各个模块的功能与应用，最后建立动态数学模型并用MATLAB对其仿真，使仿真结果达到设计要求。转速-电流双闭环控制直流调整系统
3、是性能很好且应用最广的直流调整系统，用以控制位置，速度，加速度，压力，张力和转矩等。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。这主要由于直流电机具有良好的起，制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。 由于要对电机进行稳定的转速控制，双闭环直流调速系统是现今在工业生产中应用最广泛的调速装置。该装置转速控制稳定，抗干扰能力强。但由于直流系统的本身缺陷，为得到较大的调速范围，自动控制的直流调速系统往往采用变压调速为主。而在变压整流装置中应用最广的是三相全控桥式整流。这是用于三相全控桥式整流器输
4、出直流电流的谐波小，脉动电流小，电流连续性好，往往只需要平波电抗器就可以输出稳定直流。可保证电机稳定运行不会有较大的脉动转矩，不仅保证了拖动系统的稳定性同时对直流电机的损耗也小。 1.2方案与任务1.2.1方案分析设计一双闭环V-M直流调速系统。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。调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。驱动控制电路的选型设计，动态设计计算要根据技术要求，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，绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理
5、总图（要求计算机绘图）采用三相桥式全控整流电路，二次相电压有效值。已知他励直流电动机参数为：=10kW，=220V，=53.3A，=1500r/min，主回路总电阻等于电枢绕组电阻，即=0.3，电枢回路电磁时间常数，系统机电时间常数，系统飞轮力矩，转速和电流给定电压最大值分别为 。1.2.2.方案任务按工程设计方法设计，要求调速系统的电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量，其过渡过程时间，堵转电流 =2.0，稳态无静差。能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调整范围，系统能在工作范围内稳定工作。最终获得静特性良好，无静差的系统，并使调整系统中设置有过电压，过电流等保护，有制
6、动措施。1.3设计思路1.设计一个不可逆V-M双闭环直流调速系统，进行系统总体结构设计。2.用工程设计方法进行设计，决定ASR和ACR结构并选择参数。3.设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及建立系统动态数学模型，写出设计过程。2.系统电路结构设计2.1方案论证双闭环直流调速系统控制原理图如图1所示速度调节器根据转速给定电压和速度反馈电压的偏差进行调节，其输出是电流的给定电压（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。电流调节器根据电流给定电压和电流反馈电压的偏差进行调节，其输出是功率变换器件（三相全控整流装置）的移向触发脉冲控制信号。通过控制电压进而调节整流装
7、置的输出，即电机的电枢电压，也就是理想空载平均输出电压。因为电动机机械惯性大于电磁惯性，电压的调节可以认为是瞬时完成,而速度的变化需要过渡时间，因此电动机转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化。由他励直流电动机转矩特性知，相应的电磁转矩也跟着变化，由，只要与不相等那么转速n会相应的变化,电机将加速或者减速。整个过程到电枢电流产生的转矩即电磁转矩与负载转矩达到平衡，n不变后，达到稳定。图1系统电气原理框图图2双闭环直流调速系统控制原理图在双闭环直流调速系统中，转速和电流调节器的结构选择与参数设计须从动态校正的需要来解决。如果采用单闭环中的伯德图设计串联校正装置的方法设计双闭环调速系统
8、这样每次都需要先求出该闭环的原始系统开环对数频率特性，在根据性能指标确定校正后系统的预期特性，经过反复调试才能确定调节器的特性，从而选定其结构并计算参数。但是这样计算会比较麻烦。所以本设计采用工程设计方法：先确定调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。这样做，就把稳，准，快和抗干扰之间相互交叉的矛盾问题分成两步来解决，第一步先解决主要矛盾，即动态稳定性和静态稳定精度，然后再进一步满足其他动态性能指标。 按照“先内环后外环” 的一般系统设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。2.2 主电路和控制电路设计2.2.1主电路设计虽然三相半波可控整
9、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。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，如图六所示。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： ，6个触发脉冲相位依次相差 。为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸
10、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。主电路采用转速、电流双闭环调速系统，使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。二者串级连接，即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换装置U
11、PE。从而改变电机的转速。通过电流和转速反馈电路来实现电动机转速无静差的运行。主电路为一个三相桥式全控六脉动整流电路。在二次侧再接入一个电流互感器以便检测直流电机的电流。主电路的电路图设计如图3：图3 三相桥式全控整流电路原理图主电路的开关器件未必一定要使用晶闸管，也可以使用绝缘栅型双极型晶体管IGBT或者功率晶体管GTR。变压器一次侧采用三角形连接。是因为可以避免3次谐波流入电网.而二次侧接成星形，是为了得到有隔离中性点的零线，这种接法可以抑制3的整数倍的零序谐波在电动机中形成电流。以免形成交变的脉动转矩。电路的工作特点为：1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶
12、闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。2)6个晶闸管的触发脉冲按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的顺序相位依次相差；共阴极组的脉冲依次差，共阳极组也依次差;同一相的上下两个桥臂即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2脉冲相差。3）整流输出电压Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样。4）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为保证电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。 2.2.2给定电压设计电路 图4给定电压设计电路经桥式整流堆整流以及三端集成稳压管LM7815得到15V恒压输出。但是因为最大给定电压是10V，因此必须在滑动变阻上加以机械限位
13、，限制滑动变阻器上最大分压值是10V。因给定电压功率较小,因此只需要采用普通单相壳式变压器。 2.2.3他励直流电动机励磁回路设计 图5他励直流电动机励磁电路整流桥的交流输入可以与上图中变压器1的二次侧并联,当然也可以在中间抽头与之相连，以节省开支。励磁线圈串联的可调电阻可以于弱磁升速.2.2.4控制电路设计由图1的系统框图可知，控制电路主要包括以下几个电路设计，ACR、ASR和晶闸管的触发电路。电流环结构框图的化简电流环结构图的简化分为忽略反电动势的动态影响、等效成单位负反馈系统、小惯性环节的近似处理等环节。在一般情况下，系统的电磁时间常数 Ti远小于机电时间常数Tm，因此转速的变化往往比电
14、流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的线性扰动量。在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即DE0。这时，电流环如图6所示。Ud0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s)b T0is+11 T0is+1图6 忽略反电动势动态影响的电流环动态结构图如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /b ，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图7所示。+-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s)bb T0is+1图7 等效成单位负反馈系统的电流环的动态结构图最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 （2-1）则电流环结构图最终简化成图8 +-ACRUc (s)bKs /R (Tls+1)(TSis+1)Id (s)U*i(s)b+-ACRUc (s)bKs /R (Tls+1)(TSis+1)Id (s)U*i(s)b 图 8 电流环的简化结
