交直流调速系统课程设计(DOC)

交直流调速系统课程设计说明书转速、电流双闭环控制直流调速系统设计院部：电气与信息工程学院学生姓名：李旭指导教师：李建军老师专业：自动化班级：自本1001完成时间：2013年12月I摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、双闭环调速系统中设置了两个调节器，即转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR），分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数标准。关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器IIABSTRACTSpeedandcurrentdoubleclosed-loopcontroldcspeedcontrolsystemperformanceisverygood,hasawidespeedrange,highaccuracy,gooddynamicperformanceandtheadvantagesofeasytocontrol,sohasbeenwidelyusedintheelectricdrivesystem.Dcdoubleclosedloopspeedregulationsystemsetuptworegulator,speedregulator(ASR)andcurrentregulator(ACR),adjustingtherotationalspeedandcurrentrespectively.Inthispaper,thedesignofdcdoubleclosedloopspeedregulationsystemisanalyzed,theprincipleofdcdoubleclosedloopspeedregulationsystemwithsomeinstructions,introducesthedesignofmaincircuit,detectioncircuit,thedesignofthecurrentregulatorandspeedregulatorisintroducedandsomeparametersselectionandcalculation,tomakeitsatisfythestandardofengineeringdesignparameters.Keywords:currentregulatordcdoubleclosedloopspeedregulationsystemofspeedregulatorIII绪论采用转速负反馈和PI调节的单闭环调速系统可以实现转速的无静差，如果附带电流截止负反馈作限流保护可以限制电流的冲击，但并不能控制电流的动态波形。我们希望系统在启动时，一直能有电机过载能力允许条件下的最大电流，电机有最大的启动转矩和最短的启动时间。这一点利用电流截止负反馈是很难实现的。另外，在单闭环调速系统中，用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器的参数调速。例如，在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中，同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节，调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质为了解决单闭环调速系统存在的问题，可以采用转速、电流双闭环直流调速系统，采用两个调节器分别对转速和电流进行调节。IV目录第一章课程设计任务书...............................................11.1设计任务.....................................................11.2设计要求.....................................................1第二章转速、电流双闭环直流调速系统的组成及原理.....................22.1系统的组成...................................................22.2系统的原理...................................................22.3系统的动态结构框图...........................................3第三章器件的选择及参数的计算.......................................33.1可控整流变压器的选择及计算...................................33.2晶闸管选择及计算.............................................63.3平波电抗器电感的选择及计算...................................73.4晶闸管的保护.................................................73.4.1过流保护...............................................83.4.2过压保护...............................................83.5触发电路.....................................................9第四章按工程设计方法设计系统调节器ACR、ASR.......................104.1电流调节器ACS的设计........................................104.2转速调节器ASR的设计........................................124.3系统总体结构图..............................................15第五章工程设计调节器需注意的问题..................................165.1转速的退饱和超调量与稳态转速有关............................165.2反电动势对转速环和转速超调量的影响..........................165.3内外环开环对数幅频特性比较..................................16总结...............................................................18参考文献...........................................................191第一章课程设计任务书1.1设计任务直流他励电动机：功率PN＝145KW，额定电压UN=220V，额定电流IN=6.5A,磁极对数P=1，nN=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=3.7Ω,主电路总电阻R＝7.4Ω，Ks=27，电磁时间常数TL=0.033ms，机电时间常数Tm=0.26ms，滤波时间常数Toi=0.0031s，Ton=0.01s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值8VUim，速度给定最大值10VUn，设计要求：稳态无静差，电流超调量%5i；空载启动到额定转速时的转速超调量%20n1.2设计要求1.系统各环节选型1)主回路方案确定。2)控制回路选择：给定器、调节器、触发器、电流检测环节、（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。2.主要电气设备的计算和选择整流变压器计算：变压器原副边电压、电流、容量。1)晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。2)系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护选择。3)平波电抗器选择计算。3.系统参数计算1)电流调节器ACR中iiRC、计算。2)转速调节器ASR中nnRC、计算。输入电阻均为40KΩ。3)动态性能指标计算（包括空载起动到额定转速超调量的计算和过渡过程的时间的计算以及空载起动到额定转速所需时间的计算）。4.画出双闭环调速系统电气原理图，并画出动态框图和波德图。2第二章转速、电流双闭环直流调速系统的组成及原理2.1系统的组成为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，如图所示。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电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。如图2-1所示：图2-1双闭环直流调速系统组成图2.2系统的原理为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图2-2。3图2-2双闭环直流调速系统原理图两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压*imU决定后了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压cmU限制电压cmU限制了电力电子变换器的最大输出电压dmU2.3系统的动态结构框图由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数oiT按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。动态结构框图如2-3：图2-3双闭环直流调速系统动态结构框图第三章器件的选择及参数的计算3.1可控整流变压器的选择及计算作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。一般的变压器有整流跟变压4两项功能,其中整流是把交流变直流。整流的过程中,采用三相桥式二极管整流电路。因为二极管整流装置所要求的交流供电电压与电网不一致，为此需要配置整流变压器。整流变压器使整流主电路与电网隔离，减少了电网与整流装置的相互干扰。整流变压器根据主电路的型式、负载额定电压和额定电流，算出整流变压器二次侧相电压错误!未找到引用源。、一次与二次额定电流以及容量。三相桥式全控整流电路原理如图3-1：图3-1三相桥式全控整流及控制电路双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为ssonsonsondUUTtUTtTUTtU)12()12(当21时，电机正转；当21时，电动机反转；当21时，电动机停止。平时我们在计算错误!未找到引用源。是在理想条件下进行的，但实际上许多影响是不可忽略的。如电网电压波动、管子本身的压降以及整流变压器等效内阻造成的压降等。所以设计时错误!未找到引用源。应按下式计算：)(cos22NdldNCUaAUtnUU式中dNU——负载的额定电压；Ut——整流元件的正向导通压降，一般取1V；5n——电流回路所经过的整流元件（VT及VD）的个数（如桥式n=2，半波电路n=1）；A——理想情况下=0º时错误!未找到引用源。与2U的比值，查表可知；——电网电压波动系数，一般取0.9；——最少移相角，在自动控制系统中总希望错误!未找到引用源。值留有调节余量，对于可逆直流调速系统取30º~35º，不可逆直流调速系统取10º~15º；C——线路接线方式系数，查表三相桥式C取0.5V；dlU——变压器阻抗电压比，100KVA及其以下，取dlU=0.05，100KV·A以上，取dlU=0.05~0.1；N2——二次侧允许的最大电流与额定电流之比。对于一般三相桥式可控整流电路供电的直流调速系统，错误!未找到引用源。计算也可以采不可逆调速系统错误!未找到引用源。=（0.53~0.58）dNU可逆调速系统错误!未找到引用源。=（0.58~0.64）dNU式中错误!未找到引用源。——整流变压器二次相电压有效