控制系统课程设计说明书 不可逆V-M双闭环直流调速系统设计

控制系统课程设计说明书设计题目：不可逆V-M双闭环直流调速系统设计学生姓名：学号：专业班级：学院：电气工程学院指导教师：梁秀满2013年12月13日河北联合大学课程设计2河北联合大学控制系统课程设计任务书学生姓名班级设计题目题目六：不可逆V-M双闭环直流调速系统设计说明书评定成绩答辩成绩设计总成绩设计要求一性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：%5i；空载起动到额定转速时%10n。二给定电机及系统参数KWPN19，VUN230，AIN55.82，2，min1450rnN，7.0aR主回路总电阻4.1R系统飞轮惯量2276.11mNGD系统最大给定电压VUnm10ACR、ASR调节器限幅值调到为V8，三设计步骤及说明书要求1画出双闭环系统结构图，并简要说明工作原理。2根据给定电机参数，设计整流变压器，并选择变压器容量；选择晶闸管的参数并确定过流、过压保护元件参数。3分析触发电路及同步相位选择。4设计ACR、ASR并满足给定性能指标。5完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。6打印说明书（A4），打印电气原理图（A4）。河北联合大学课程设计3目录1总体设计方案的选择....................................................................................................................42整体电路的设计............................................................................................................................42.1整流电路的确定.................................................................................................................52.2晶闸管结构形式的确定.....................................................................................................62.3闭环调速系统的组成及原理.............................................................................................73调速系统主电路元部件的确定及其参数计算............................................................................83.1变压器参数的计算............................................................................................................83.2晶闸管的计算：...............................................................................................................103.3平波电抗器的参数...........................................................................................................113.4保护电路的设计计算.......................................................................................................134驱动控制电路的选型设计..........................................................................................................165双闭环直流调速系统的动态设计..............................................................................................175.1速度检测环节和电流检测环节的设计与计算...............................................................175.2电流调节器的设计...........................................................................................................175.3转速调节器的设计...........................................................................................................19参考文献.........................................................................................................................................23附录................................................................................................................................................24河北联合大学课程设计41总体设计方案的选择速度和电流双环直流调速系统（双环），是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，可以实现转速的无静差调速。又采用电流截止负反馈环节，限制了起（制）动时的最大电流。这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已能满足要求。但是由于电流截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增加，使电流到达最大值后迅速降下来，这样，电动机的转距也减小了，使起动加速过程变慢，起动（调整时间）的时间就比较长。在这些系统中为了尽快缩短过渡时间，所以希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而转速可直线迅速上升，使过渡过程的时间大大缩短。另一方面，在一个调节器输出端综合几个信号，各个参数互相调节比较困难。为了克服这一缺点就应用转速电流双环直流调速系统。2整体电路的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1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保护电路三相交流电路整流直流电动机双闭环直流调速系统驱动电路三相桥式整流电路供电图1双闭环直流调速系统设计总框架河北联合大学课程设计52.1整流电路的确定变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变Ud，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM受器件限制，适用于中、小功率的系统。根据本设计的技术要求和特点选V-M系统。在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出瞬时电压Ud。由于要求直流电压脉动较小，故采用三相全控桥式整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥整流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上所述，选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。三相桥式全控整流电路的原理如图2所示，习惯将其中阴极连接在一起到3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极，另外通常习惯晶闸管从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶体管分别是VT1、VT3、VT5,共阳极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别是VT4、VT6、VT2。其工作特点如下：1）每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。2）对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的顺序相为，相位依次相差60；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120;同一相的上下两个桥臂即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2脉冲相差180。河北联合大学课程设计6图2三相桥式全控整流电路原理图3）整流输出电压du一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。4）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60（一般取oo80~100），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为oo20~30，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁芯体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又触发电路复杂化。因此，常用的是双脉冲触发。2.2晶闸管结构形式的确定晶闸管整流是把交流变直流整流的过程中，采用三相桥式全控整流电路。可控整流的原理：当晶闸管的阳极和阴极之间承正向电压并且门极加触发信号晶闸管导通，并且去掉门极的触发信号晶闸管依然导通。当晶闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信号晶闸管关断。根据电动机的额定电压的不同，确定整流变压器的输出电压和可控整流电路的结构形式。一般情况，当控制角为0时，整流输出电压的有效值应约等于1.1倍的电动机额定电压，运算关系参照下表1。VT5VT3VT1VT4VT6VT2ABCab负载c河北联合大学课程设计7整流电路单相全波三相半波三相全波六相半波𝑈𝑚√2𝑈2∗√2𝑈2√6𝑈2√2𝑈2m2366𝑈𝑑00.9𝑈2cos𝛼1.17𝑈2cos𝛼2.34𝑈2cos𝛼1.35𝑈2cos𝛼表1运算关系电路结构确定后既要进行晶闸管的型号选择:一般取晶闸管的额定电压为1.5-2倍的额定电流大于2倍的电动机额定电流确定。2.3闭环调速系统的组成及原理为了实现转速