双闭环直流调速系统设计

课程设计报告双闭环直流晶闸管调速系统设计摘要：此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，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：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，SimulinkAbstract:Thedesignusesthyristors,diodesandotherdevicesdesignsaspeed,currentdouble-loopSCRDCconvertersystem.Thesystemsetsupthecurrentdetectingaspect,thecurrentregulatorACRandthespeeddetectinglink,speedregulatorASR,composesthecurrentcentralandthespeedcentral,theformerthroughthefeedbackofthecurrentcomponentstoleveloffthecurrent,thelatterthroughthefeedbackofspeeddetectingdevicetomaintainthespeedstablyandfinallyeliminatesthedeviationofspeedbias.，thusallowingthesystemtothepurposeofregulatingthecurrentandspeed.whenthesystemstarts,thespeedouterringsaturatsnon-functional,thecurrentinnerringplaysamajorroletoregulatethestartingcurrenttomaintainthemaximumsothatthespeedlinearchange,toreachagivenvalue;whenitoperatessteadily,thespeednegativefeedbackfromtheouterringplaysamajorrole,toletthespeedchangeswiththegivenspeedvoltage,atthesametimethecurrentinnerringregulatesthearmaturecurrentofmotoradjustmenttobalancetheloadcurrent.Simulinkforsystemthroughmathematicalmodelingandsystemsimulation.Finallydisplaycontrolsystemmodelandtheresultsofanti-truth.Keywords:Double-loop,thyristors,thespeedregulator,thecurrentregulator，Simulink课程设计报告目录1前言2总体方案设计2.1方案比较........................................................................................................................22.2方案论证........................................................................................................................22.3方案选择........................................................................................................................32.4设计要求........................................................................................................................33单元模块设计.............................................................................................................43.1转速给定电路设计........................................................................................................43.2转速检测电路设计........................................................................................................43.3电流检测电路设计........................................................................................................53.4整流及晶闸管保护电路设计........................................................................................63.4.1过电压保护和du/dt限制.......................................................................................63.4.2过电流保护和di/dt限制........................................................................................63.4.3整流电路参数计算.................................................................................................73.5电源设计.........................................................................................................................83.6控制电路设计................................................................................................................94系统调试...................................................................................................................155结论..........................................................................................................................176总结与体会...............................................................................................................187参考文献...................................................................................................................19课程设计报告第1页1前言自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZ—D调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用还是占有相当的比重。在工程设计与理论学习过程中，会接触到大量关于调速控制系统的分析、综合与设计问题。双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。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求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，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，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，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。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，最好是在过度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。课程设计报告第2页2总体方案设计2.1方案比较方案一：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴上装一台测速发电机SF,引出与转速成正比的电压Uf与给定电压Ud比较后,得偏差电压ΔU,经放大器FD,产生触发装置CF的控制电压Uk,用以控制电动机的转速,如图2.1所示。图2.1方案一原理框图方案二：双闭环直流调速系统该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。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具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如图2.2所示。图2.2方案二原理框图2.2方案论证方案一采用单闭环的速度反馈调节时整流电路的脉波数m=2,3,6,12,⋯,其数目总是有限的,比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此,除非主电路电感L=∞,否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响,主要有:(1)脉动电流产生脉动转矩,对生产机械不利;(2)脉动电流(斜波电流)流入电源,对电网电压电流检测ASRACR整流触发装置电动机负载速度检测电压放大器整流触发装置电动机负载速度检测课程设