V-M双闭环不可逆直流调速系统设计

武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：自动化学院题目:V-M双闭环不可逆直流调速系统设计初始条件：1．技术数据及技术指标：直流电动机：PN=60KW,UN=220V,IN=308A,nN=1000r/min,最大允许电流Idbl=1.5IN,三相全控整流装置：Ks=35,电枢回路总电阻R=0.18Ω，电动势系数：Ce=0.196V.min/r系统主电路：Tm=0.17s，Tl=0.012s滤波时间常数：Toi=0.0025s,Ton=0.015s,其他参数：Unm*=8V,Uim*=8V,Ucm=8Vσi≤5%,σn≤10%要求完成的主要任务: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)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续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)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(4)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）(5)整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书时间安排：武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书课程设计时间为一周半，共分为三个阶段：（1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20%（2）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40%（3）完成设计和文档整理。约占总时间的40%指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书摘要转速，电流双闭环控制直流调速系统是性能很好，应用最广泛的直流调速系统。根据晶闸管特性，通过调节控制角大小来调节电压。基于设计题目，本文中直流电动机调速控制器选择了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。重点设计了直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，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。这就形成了转速、电流的双闭环调节系统。依次确定电流调节器，转速调节器，主电路及控制电路等的参数及元件选择，最后完成设计。关键词：双闭环转速调节器电流调节器武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书目录V-M双闭环不可逆直流调速系统设计...........................................................................................................11概述........................................................................................................................................................................12理论设计...............................................................................................................................................................22.1方案论证..............................................................................................................................22.2.1电流调节器设计....................................................32.2.2速度调节器设计....................................................53系统主电路设计................................................................................................................................................83.1主电路原理图及说明..........................................................................................................83.2主电路参数计算及选型......................................................................................................93.2.1变压器参数的计算..................................................93.2.2平波电抗器的参数计算.............................................103.2.3晶闸管整流元件参数的计算..........................................113.2.4保护电路的选择...................................................114总结与体会........................................................................................................................................................13参考文献.................................................................................................................................................................14附录...........................................................................................................................................................................15武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书1V-M双闭环不可逆直流调速系统设计1概述直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜用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了广泛的应用。晶闸管问世后，生产数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）。采用速度、电流双闭环直流调速系统，可以充分利用电动机的裹在能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和选择变流机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的提供，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；而且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。尽管当今功率半导体变流技术已经有了突飞猛进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是有相当的比重。武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书22理论设计2.1方案论证直流电动机因具有良好的起、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了广泛应用。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）。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，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，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。转速，电流双闭环直流调速系统原理如图2.1所示。图2.1转速电流双闭环直流调速系统原理图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，并在直流电路侧安置了保护装置保证各元件能安全的工作，同时由于使用了闭环控制，使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书32.2系统设计按照“先内环后外环”的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节环节中的一个环节，再设计转速调节器。双闭环调速系统的实际动态结构图如图2.2所示。图2.2双闭环调速系统的动态结构图2.2.1电流调节器设计如图3所示为点画线框内是电流环的动态结构框图，其中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，同的电磁时间常数lT远小于机电时间常数mT，因此，转速的变化往往比电流变化慢得多。对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即0E。这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响。也就是说，可以暂时把反电动势的作用去掉，得到忽略电动势影响的电流环近似结构图，如图2.3所示。图2.3忽略反电动势的电流环动态结构图武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书4如果把给定滤波和反馈滤波同时等效的移到环内前向通道上，再把给定信号改成*()iUs，则电流环变等效成单位负反馈系统。由于sT和oiT一般都比lT小得多，可以当作小惯性群而近似的看作是一个惯性环节，其时间常数为isoiTTT，则电流环结构图最终化简图如图2.4所示。图2.4小惯性环节近似处理后电流环简化动态结构图（1）确定时间常数根据已知数据得电磁时间常数0.012lTs。三相桥式晶闸管整流电路的平均滞后时间0.0017sTs，电流反馈滤波时间常数0.0025oiTs，可得电流和小时间常数之和0.0042isoiTTTs。（2）选择电流调节器结构根据设计要求5%i，并且保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可以用比例积分型电流调节器，其传递函数为(1)()iiACRiKsWss。检查对电源电压的抗扰性能：，参看典型I型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。（3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：0.012ilTs。电流环开环增益：要求5%i时，按下表可知，应取0.5IiKT，因此又有10.50.5119.050.0042IiKsT武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书5于是，