V-M不可逆双闭环直流调速系统课程设计.docx

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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趋换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合,也裱广泛应用于精省机械等需要高性能电气传诂的设备中.用以控制位置.速度、加速度、压力、眠力和转运等.直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范囹内平滑调速.在许多需要调速或快速正反向的电力施动领域中得到应用.晶闸管问世后.生产出成套的晶用管整流装置,组成吊闸若一电动机调速系统（简称V-M系统）.和旋转支流机

2、也及离子拖动变流装置相比，晶吊管整流装置不仅在蛭济性和可拿性上都有很大隈高,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，是由单闭环直流谡速系统发展起来的.调速系诙使用比例积分调节器.m以实现转速的无伸空调速。又呆用电流就止负载环节，限制了起制）动时的最大电流.这对一般的要求不太高的诩速系统，基本上巳姓货满足要求。但是由于电流截止负反馔限制了最大电流,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埠降下来,这样.电动机的转期也减小了，使起动加速过程交慢，起动的时间久比较长.

3、在这些系统中为了尽快缗短过渡时间，所以就希望能然充分利用品网管元件和电动机所允许的过数能力,使起动的电流保存在最大允许值上，电动机箱出最大转M,从而帏速可直线迅速上升，便过渡过程的时同大大的端短.另一方面，在一个调节器的输出端综合几个信号，各小参数互相调节比较困难.为了克根这一缺点就应用转速，电流双环直流调速系统.关健骨：双闭环直汽调速累诜MAT1.AB目录Ml*电力拖动自动控制系就设计任务书3.第2章设计方案的选算4第3座主电路选型和闭环系就的组成51.1 整体设计51.2 主电珞51.3 双闭环直流调速系统的舒杰特性61.4 闭环调速系统71.5 电机形式的碇定101.6 品闸管结构型式的

4、确定111.7 闭环调速系统的组成11第4章调速系烧主电路元部件的确定及其介数计算124. 1整流变压器容量计算124.1 晶同管的电流、电压定额计算134.2 平波电抗器电感量计算131.1保护电路的设计计算14笫5章况动控制电务的选型设计175. 1集成触发电路175. 2三相桥式全控整流电路分析18第6章双闭环系筑调节叁的动态设计196. 1电流调节器的设计196.1 转速调节器的设计216.2 检测电路参数设置23电气原理总图及其波形图24笫7章MAT1.AB/SDflJUNK仿真软件257. I仿真软件介绍257.2仿真软件操作过程26笫8聿仿真设计278. 1仿真波形图29第9拿仿

5、真结果分析32设计总结32介才文献33笫一章电力拖动自动控制系统设计任务书一.设计题目：VT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：籁定功率B=l.w.额定电压Ul,=220V.Ie定电流n=136,氮定转速q=146()“min.磁极对数P=2.励粒电压U/=22(.的褴电流/,=ISA,电框电匣均=0.21。,电柩电第1.Il=210，“，播题与电枢互1.af=840/wH,整流器内就Rrn=0.5,GD=22.5Nm.平波电抗器/.“=20,。K,=35-40.电流反饿建潴时间常数7；=0.002$.转速反馍演战时向常数Zw=OQls,过表倍数4=1.5,转速调节舞和电流

6、调节器的饱和值为12V,输出限幅为IOV,额定转速时转速给定U：=IOV,电流给定最大值U：=IOV.系统主电路：=0.71,G=O.012s.三.设计要求1,该调速系统能进行平滑的速度调节,负践电机不可逆运行，具有较宽的调速范困DNlO,系统在工作范围内能稳定工作2 .系统静好性良好,无静空(好爱军sW5%)3 .动态性能指标：电流越调量b,5%.空找启动列族定转速时的转速超潮量,10%.4 .系统在5%负我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、it电流等保护，并且有制动措施。6 .主电路呆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

7、的结构型式和闭环涧速系统的组成.演出系统组成的原理框图。2 .调速系统主电路元部件的礴定及其叁数计算,3,奥动控制电路的选型设计。4动态设计计算：根抠技术要求，对系统迸行动态校正，确定ASR谡节与ACR调节器的好构型贪及进行参数计算.低调速系统工作稳定.并满足动态性能指标的要求。5 .蛉制VJ（双闭环直说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枸。6 .就所设计的系统进行计算机仿真实骁,即可面向传逐语数的MAT1.AB仿真方法.也可用百向电气系统原理结为图的MAT1.AB仿真方法.第二章设计方案的选择速度和电流双环直流调连系统（双环）,是由单闭环直流调速系统发展起来的

8、.调速系统使用比例积分调节器,可以实现转速的无伸差调速。又采用电流栈止负载环节.限制了起制）动时的景大电流.这对一般的要求不大高的调速系统.爹本上巳能满足要求.但是由于电流收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堵加，使电流到达最大值后迅速隆下来，这样,电动机的转更也减小了,使起动加速过程变慢,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,所以希组能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过戏能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机楮出景大除短，从而转速可直拨迅注上升，使it渡Ii程的时间大大缩短.另一方面，在一个伺节热输出埼综合几个信号,各个叁数互相

9、调节比较困艰。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用1-1如下：.电流反馈三相电源输出第定图IT双闭环直流调速系统原理框图本没计采用三相全控桥整流电路，在直通恻串有平波电抗器，该电潞能为电动机负钱提供稳定可攀的电源,利用控制角的大小可有效的调节转速，并在直流交流似安置了保护.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，在生活中直接隈供的三相交流380V电麒,因此要进行整流，则本设计枭用三柏桥式整流电踣变成三相直流电源

10、，最后达到要求把电源提供给直流电动机。如图2.1设计的总隹架。图2.1双闭环直流调速系统设计总板架水设计中直流电动机由单放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.通过调节触发延迟愈a的大小来控制输出电压W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条流的机特特性方程式：=（U,t0）-（l+R,）TlCeCTl注解：UJ整流电压,（为整流装置内胆，由此可知，改变U”，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支流机组：停止式可控整流器：直流斩波器或脓宽调制变换器。1957年晶闸管问世.巳生产成套的晶闸管整流袋置,即右图2.2晶闸管-电

11、动机调速票统（徜称Y-M系统）的原理图。通过调节阀装置GT的控制电压”东移动触发脓冲的相位,即可改变平均整流电压Uj,从而实现平清闰遑。和旋转变流机俎及离子拖动变流装置相比，给桶管整近装量不仅在经济性和可。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.虽然三用半波可控整流电塔便用的吊同首个数只是三柏全控桥整5图2.2V-M系统原理性能不及三相全控桥整流电珞,三相全控桥整流电珞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钱,并且该电路组成的调速装置调节花围广（将近50）。把该电路应用于本设计,能实现电动机连域、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:

12、图2.3主电路原理图三相金控桥整流电谿实际上是组成三相半波IftHl管整流电路中的共用极姐和共阳极组串联电路。三相全控桥整流电路可实现对其网我组和共阳级组同时进行控制,控制比都是。在一个周期内6个晶闻管都要裱触发一次.触发顺序依次为：VT1,V1.V1.V,VT,-.V1.6个触发触冲相位依次相差60.为了构成一个完整的电流回络，要求有两个岳河首同时导通，其中一个在共阳极组,另外一个在共阴极组。为此，品用管必须严格按编号轮流导通.曷同管与按A相.晶间管与按B相.晶用管与按C相.曷闸管接成共用段组，晶间曾接成共阴极沮。在电路控制下,只有接在电路共阴极组中电位为景高又同时输入触发脉冲的晶闸管.以及

13、接在电路共阳极组中电位最低而同时侑入触发脉冲的晶阳管，同时导通时，才构成完整的整流电谿。如图2.3所示.由于电网电压与工作电压（U2常常不一致,故在主电路前靠需比置一个整流受压器.以得到与负载区出的电压,同时把晶用甘装置和电网隔连,可起到降低或减少IS闸管支流装置对电网和其他用电设备的干扰.号法到控制角Q增大，会使负莫电流断续，并且负载为直流电动机时，由于电流断块和直流的脉动,会使晶间管导通角。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,故在直流恻串接一个平波电抗器.以限制电流的波动分量，维杆电流连续.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

14、害.电路中加入了it电压、过电流保护装置.3.3双闭环直流调速系统的停特性在单闭环系统中，只有电流被止负反馈环芍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。带电流被止负反馈的单闭环调速系流起动时的电流和转速波形如图24-（八）所示。当电流从最大值降低下来以后,电机转班也随之成小，国而如速过程必然施长。荏实际工作中,我们希史在电机最大电流(转矩)受限的条件下,充分利楞电机的允许过我能力，最好是在过渡过程中始终俣将电流(转期为允许最大值，使电力施动系统尽可能用最大的加速度起动，到达枪定转速后，又让电流立即降下来，使脑

15、姬马上与负俄相平衡,从而转入稔去运行.这样的理想起动过程波形如图I-b所示，这时，启动电流成方波形,而转速是段性治长的.这是在最大电流(Hfe)受泯的表件下调速系统所能得到的M决的起动过程。（八）带电流极止负反债的单团环调速系统起动过程(b)理想快速起动过程92.4调速系统栽动过程的电流和转速波形实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳,为了实现在允许条件下最快启动,关键是要获将一段使电流保挣为最大值/跖的恒流过程，按照反储控制规本.采用某个甥理,的负反悚就可以保我该量基本不交，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馋,而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的枪入端,到达程态转速后，又布里只要转速负反馈,不再窜电说负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调i系统.这样就能做我既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段.3.4 闭环调速系统为了实现转速和电流两种负反馈分别起作月,在系统中设置了落个调节器，分另I调节转速和电流.二者之同实行串级连接,如图2所示.即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制品用管整流器的触