双闭环不可逆直流调速系统

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1、双闭环不可逆直流调速系统摘要根据晶闸管的特性，通过调节控制角的大小来调节电压，基于设计题 目，直流电动机调速控制器选用了转速电流双闭环调速控制电路，在设计 中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电，本文先确定主电路的结构形式和各个元部件的设计，同时对其参数进 行计算，包括晶闸管、电抗器，直流电动机调速控制器电路，本文采用转 速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速 控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计 两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作 用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输 入，

2、在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。该双闭环调 速系统的两个调节器 ASR 和 ACR 都采用 PI 调节器,以便能保证系统获得 良好的静态和动态性能转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用是减小 转速误差，采用 PI 调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输 出限幅决定电动机允许的最大电流;电流调节器在双闭环直流调速系统中的 作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化；对电网的波动起到及时抗干扰 作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。本课题内容重 点包括电流、转速控制器的原理，并且根据原理对控制器的两个调节进行 了详细的设计，概述整个电路的动静态性能，并各部分的保护

3、和晶闸管的 触发电路设计，最后将整个控制器的电路图设计完成。关键词 双闭环；晶闸管；可逆直流调速系统；SR； CR；静差目录摘要 I第 1章 绪论 - 1 -1.1 课题的背景和意义 - 1 -1.2 课题的发展状况 - 2 -1.3 设计要求 - 2 -1.4 设计内容 - 2 -1.5 本章小结 错误!未定义书签。第 2章 系统主电路设计 - 4 -2.1 系统主电路结构设计 - 4 -2.2 实验系统组成及工作原理 - 6 -2.3 给定器的设计 - 8 -2.3.1 电压给定器 - 8 -2.3.2 零速封锁器 DZS - 8 -2.3.3 速度变换器 FBS - 8 -2.3.4 速

4、度调节器 ASR - 9 -2.3.5 电流调节器 ACR - 9 -2.3.6 触发装置 GT - 9 -2.4 主电路参数的设计 - 10 -2.4.1 晶闸管参数计 - 10 -2.4.2 晶闸管的额定电流计算 - 10 -2.4.3 晶闸管的额定电压计算 - 11 -2.4.4 平波电抗器的参数计算 - 11 -2.5 本章小结 - 12 -第 3章 调节器的计算 - 13 -3.1 确定电流调节器的时间参数 - 13 -3.2 选择电流调节器的结构 - 13 -3.3 计算电流调节器的参数 - 14 -3.4 校验近似条件 - 14 -3.5 计算调节器电阻和电容 - 15 -3.6

5、 本章小结17第 4章 速度调节器的设计 - 16 -4.1 确定转速调节器的时间常数 - 16 -4.2 转速调节器的结构设计 - 16 -4.2.1 转速调节器的选择 - 16 -4.3 计算转速调节调节器参数 - 17 -4.4 校验近似条件 - 17 -4.5 计算调节器电阻和电容 - 18 -4.6 本章小结 - 18 -第 5章 保护电路设计 - 19 -5.1 过电压保护 - 19 -5.2 过电流保护 - 20 -5.2.1 转速调节器的选择 - 21 -5.3 本章小结 - 21 -结 论 - 22 -参考文献 - 24 -致 谢 - 23 -附 录 - 25 -第 1 章

6、绪论1.1课题的背景和意义许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具 有良好的稳态，动态性能。而直流调速系统调速范围广，静差率小，稳定 性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时间 内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系 统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应 快，抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗干扰 性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑 制。采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳 定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要

7、求较高，例如要 求起制动，突加负载动态速率小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主 要是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。在单闭环系统中，只有电流截止至限制电流的冲击，并不能很理想的 控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条 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启动，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 大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。随着社

8、会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的 得到广泛应用，对其生产工艺，产品质量的要求不断提高，这就需要越来 越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统 作一些深入的了解和研究。本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调 速系统，包括主电路和控制电路。主电路由晶闸管构成，控制电路主要由 检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速监测和电流检测等部分。按电机的类型不同，电气传动又分交流调速和直流调速。直流调速是 指人为的或自动的改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机 械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动 机的机械特性，从而改变

9、电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使 电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起，制动性能， 宜于在广泛的范围内平滑调速，在轧钢机，矿井卷扬机，挖掘机，海洋钻 机，金属切削机床，制造机，高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域 中得到了广泛的应用。1.2 课题的发展状况近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和 实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控 制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着具足轻重的作用。另 一方面，需要指出的是电气传动与自动控制有着密切的关系。调速传动的 控制装置主要是各种电力电子变流器，它为电动机提供可控的直

10、流或交流 电流，并成为弱点控制强点的媒介 1。可以说，电力电子技术的进步是电 气传动调速系统发展的有力推动。把这两者结合起来研究直流调速系统， 更有利于对直流调速系统的全面认识。1.3 设计要求1.稳态无静差b 5%，空载起动到额定转速超调b 10%in2完成系统个环节的原理图设计和参数计算3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 。4调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施 设计不可逆转速、电流双闭环直流调速系统，基本技术数据参数如 下：1.直流电动机：PN=150kw, U

11、n=220V, In=700A, nN=1000r/min,九=1.5,R =0.050, L = 2mH, T = 0.0017s ,GD2=125Nm2,ass电枢回路总电阻 R=0.80。1.4 设计内容1根据题目的技术要求,分析并确定主电路的结构形式和闭环调速 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的计算（包括电力电子器 件、平波电抗器与保护电路等）3动态设计计算：根据技术要求,对系统进行动态校正,确定 ASR 调节器和 ACR 调节器的结构形式及进行参数计算,使调节系统工作稳 定,并满足动态性能指标的要求。4绘制 V-M 双闭环直流不可逆调速系统电器

12、原理图。- 3 - / 28第2章 系统主电路设计2.1系统主电路结构设计变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的 可控制电源通常有 3 种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和 脉宽调制变换器。旋转变流机组简称 G-M 系统，适用于调速要求不高， 要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不 便。静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发装置GT的控制电压来 移动触发脉冲的相位，即可改变Ud从而实现平滑调速，且控制作用快速 性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用 PWM 受 器件限制，适用于中、小功率的系统。根据本设计的技术要求和

13、特点选 V- M系统。在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的 相位，从而方便的改变整流器的输出瞬时电压Ud。由于要求直流电压脉动 较小，故采用三相全控桥式整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能 要求，选择晶闸管三相全控桥整流器供电方案。因三相桥式全控整流电压 的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约 一半，这是三相整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、 无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效 率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上所述，选 晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。三相桥式全控整流

14、电路的原理如图 2-1 所示，习惯将其中阴极连接在 一起到3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极；阳极连接在一起的3 个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极，另外通常习惯晶闸管从1至6 的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与 a， b， c 三相电源相接的3个晶体管分别是VT1、VT3、VT5,共阳极组中与a，b， c三相电源相接的3个晶闸管分别是VT4、VT6、VT2。其工作特点如下： 每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一 个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按 VT1VT2

15、VT3VT4 VT5VT6的顺序相为，相位依次相差60。；共阴极组VT1、VT3、VT5 的脉冲依次差120。，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。;同一相的上 下两个桥臂即 VT1 与 VT4， VT3 与 VT6， VT5 与 VT2 脉冲相差180。整流输出电压 u 一周期脉动 6 次，每次脉动的波形都一样，故该电路 d 为六脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作， 需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。为此，可采用两种方法：一 种是使脉冲宽度大于60。（一般取80o100o ）,称为宽脉冲触发；另一种方 法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄 脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60。，脉宽一般为20。30。，称为 双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲 触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁芯体 积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸 管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又触发电路复杂化。 因此，常用的是双脉冲触发。启动时，加入给定电压Ug,速度调节器和电流调节器即以饱和限幅值 输出，使电动机以限定的最大启