电拖—双闭环直流调速系统设计的计算

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:双闭环直流调速系统设计的计算初始条件：采用晶闸管三相桥式整流,电机参数：额定功率29.92KW，电枢回路总电阻：R=1,AIVUrnnomnomnom136,220min,/1460，40,5.0,min/132.0seKrrVC，无静差。电流过载倍数为5.1，转速反馈滤波时间常数：onT=0.005s，oiT=0.005s。时间常数：机电时间常数mT=0.18s,电流超调量i5%，空载起动到额定转速时的转速超调量n10%。调速范围D=10要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.系统原理图设计；2.对转速和电流两个调节器进行调节；3.主电路，控制电路，保护电路设计；4.系统稳态图，动态图绘制；5.主电路选择计算，校验；6.按规范格式撰写设计报告（参考文献不少于5篇）打印时间安排：(10天)6月2日-6月3日查阅资料6月4日-6月8日方案设计6月9日-6月11日馔写程设计报告6月12日提交报告，答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要.........................................................................................................................................I双闭环直流调速系统设计的计算.........................................................................................11设计任务与分析.................................................................................................................11.1设计任务与要求......................................................................................................11.2设计任务分析..........................................................................................................11.3系统结构框图..........................................................................................................12主电路设计..........................................................................................................................32.1三相桥式整流电路..................................................................................................32.2主电路参数计算......................................................................................................43双闭环控制电路.................................................................................................................73.1电流调节器设计......................................................................................................83.2转速调节器设计....................................................................................................114驱动电路设计...................................................................................................................155保护电路设计...................................................................................................................175.1过电压保护............................................................................................................175.2过电流保护............................................................................................................196系统总体电路...................................................................................................................217系统仿真...........................................................................................................................227.1面向传递函数的系统仿真....................................................................................227.2面向电气系统原理的系统仿真............................................................................23收获与体会...........................................................................................................................26参考文献...............................................................................................................................27附录.......................................................................................................................................28本科生课程设计成绩评定表...............................................................................................29I摘要本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数计算。控制电路设计是核心部分，该系统中设置了电流检测环节和电流调节器构成了电流环，转速检测环节和转速调节器构成转速环，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。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，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。并通过simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。关键词：电流环、转速环、直流调速、simulink1双闭环直流调速系统设计的计算1设计任务与分析1.1设计任务与要求某晶闸管供电的双闭环直流调速，整流装置采用晶闸管三相桥式整流，电机参数如下：额定功率PN=29.92KW1460/min,220,136nomnomnomnrUVIA，电枢回路总电阻：R=1，0.132min/,0.5,40esCVrrK，允许过载倍数1.5。时间常数如下：转速反馈滤波时间常数：onT=0.005s，oiT=0.005s，机电时间常数mT=0.18s。要求设计双闭环直流调速系统使得电流稳态无静差，电流超调量i5%，空载起动到额定转速时的转速超调量n10%。调速范围D=10。设计内容包括（1）系统原理图设计；（2）对转速和电流两个调节器进行调节；（3）主电路，控制电路，保护电路设计；（4）系统稳态图，动态图绘制；（5）主电路选择计算，校验。1.2设计任务分析本设计采用三相全控桥整流电路，在直流侧串有平波电抗器，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，利用控制角的大小可有效的调节转速，并在直流交流侧安置了保护装置，保证各元器件能安全的工作，同时由于使用双闭环控制，双闭环直流调速系统是由速度和电流环构成，速度环是外环，使得转速n很快更随给定电压*nU变化，电流环作为内环调节器快速更随电压环输出*iU变化，并使得在转速动态变化中保证电机获得允许的最大电流从而加快启动过程。为了获得良好的静态和动态性能，速度和电流环均用PI调节器。1.3系统结构框图系统的拓扑结构如图1-1所示，三相交流电经三相全控桥整流电路整成直流供给给直流电机，转速和电流反馈控制晶闸管的导通角进而控制转速和转矩。整个系统设有保护电路。2图1-1系统拓扑结构32主电路设计本设计中直流电动机由三相桥式全控整流电路通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管电路得到一个合适的输入电压。单独的可调整流装置供电，通过调节触发延迟角а的大小来控制输出电压Ud的大小，从而改变电动机的电源电压。稳态时，调速系统的静特特性为式2-1。*(1K)psndcleKKUIRnC(2-1)=psneKKKKURC其中为开环放大系数，，为给定电压，为总电阻由静特性知，改变给定电压即可改变转速。2.1三相桥式整流电路三相全控桥整流电路如图2-1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。图2-1三相桥式整流电路4三相桥式整流电路用于直流电动机属于带反电动势阻感负载，和带阻感负载时分析类似，为了便于分析仅列出带阻感负载情况。当直流输出电压连续时，直流电压的平均值为：22.34cosdUU(2-2)2.2主电路参数计算2.2.1变压器参数计算根据题设条件1460/min,220,1360.132min/rpmnomnomnomenrUVIACV，，电枢回路总电阻R=1知电枢回路电阻2200.13214600.20136nomenomano