V-M双闭环不可逆直流调速系统设计

运动控制系统课程设计题目：V-M双闭环不可逆直流调速系统设计专业班级：自动1105姓名：马东兴学号：201123910826指导教师：郑维评阅意见：指导老师签名：日期：2014年月日1目录摘要第一章．系统设计任务...................................................................................................................21.1．技术要求：......................................................................................................................21.2．设计内容：......................................................................................................................31.3．技术数据：......................................................................................................................3第二章主电路选型和闭环系统的组成........................................................................................32.1整体设计............................................................................................................................32．2晶闸管结构型式的确定.................................................................................................4主电路的确定...................................................................................................................4第三章调速系统主电路元部件的确定及其参数计算.................................................................53.1整流变压器容量计算.......................................................................................................53.1.1变流变压器二次相电压有效值2U的计算：.......................................................53.1.2变流变压器容量的计算：....................................................................................73.2晶闸管的电流、电压定额计算.......................................................................................83.2.1晶闸管额定电压UTN...........................................................................................83.2.2晶闸管额定电流IT（AV）..................................................................................83.3直流侧电抗器的设计.......................................................................................................83.3.1限制输出电流脉动的电感量mL的计算................................................................83.3.2整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感LB........................................93.3.3变流器在最小输出电流Idmin时仍能维持电流连续时器电感量L............103.3.4使输出电流连续的临界电感量L平................................................................103.4保护电路的设计计算....................................................................................................103.4.1过电压保护：.......................................................................................................103.4.2过电流保护.......................................................................................................12第四章电流调节器的设计.......................................................................................................14第五章转速调节器的设计........................................................................................................15设计总结.........................................................................................................................................182摘要电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统），和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高而且在技术性能上也显示出较大的优越性。而转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。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。最后给出参考资料和设计体会。关键字：直流调速晶闸管双闭环第一章．系统设计任务1.1．技术要求：1．该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作2．系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）3．动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s4．系统在5%负载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、过电流等保护，并且有制动措施31.2．设计内容：1．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2．调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）3．驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）4．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5．绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）6．整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书1.3．技术数据：某三相桥式晶闸管整流装置：Rrec=0.032欧，4845sK；负载电机额定数据：KWPN90,VUN440,AIN220,min/1800rnN，088.0aR欧，5.1。系统主电路：12.0R欧，STm1.0。第二章主电路选型和闭环系统的组成2.1整体设计直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。如图2.1设计的总框架。4图1双闭环直流调速系统设计总框架本设计中直流电动机由单独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。通过调节触发延迟角的大小来控制输出电压dU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系统的机械特性方程式:20TeaedCCTRRCUn注解：dU整流电压,0R为整流装置内阻由此可知，改变dU，可改变转速n。2．2晶闸管结构型式的确定主电路的确定虽然三相半波可控整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。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害，电路中加入了过电压、过电流保护装置。主电路图如下：三相交流电源三相桥式整流电路直流电动机整流供电双闭环直流调速机驱动电路保护电路5第三章调速系统主电路元部件的确定及其参数计算3.1整流变压器容量计算3.1.1变流变压器二次相电压有效值2U的计算：一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，所以需要用变流变压器。通过此变压器进行电压变换，并使装置与电网隔离，减少了电网与晶闸管变流装置的互相干扰，为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压U2。图2主电路原理图6精确计算U2要考虑一下因素：1)不同主电路接线方式和负载性质。2)电网电压波动。3)变压器的漏抗。4)最大过载电流时，包括电动机电阻等的压降。综合以上因素得到的2U精确表达式为：]100[]2)(1[maxmax2IdIdUCBAnUIrdrrUUkTdapaN其中)(rpaNNDNNRRUIRUI016.0044.0088.0440220VARUIraNNaA=2.34B=23C=0.5A表示当控制角00时，整流电压平均值与变压