1、精選優質文檔-傾情為你奉上轉速、電流雙閉環直流調速系統畢業設計設計總說明在工業生產中,需要高性能速度控制的電力拖動場合, 直流調速系統，特別是雙閉環直流調速系統發揮著極為重要的作用。轉速、電流雙閉環調速系統是20世紀60年代在國外出現的一種新型調速系統。70年代以來, 在我國的冶金、機械、制造以及印染工業等領域得到日益廣泛的應用。雙閉環調速系統是由單閉環自動調速系統發展而來的。它通過轉速和電流兩個調節器分別引入轉速負反饋和電流負反饋，并構成雙閉環系統。從而有效的改善電機性能，使電機特性曲線變硬，以滿足復雜環境下對電機性能的要求。本設計主要采用三相全控橋式整流電路對直流電機供電，并通過工程設計法

2、對轉速調節器和電流調節器相關參數進行計算以達到對轉速電流雙閉環支流調速系統的整體實現。關鍵詞: 直流調速,雙閉環,三相全控橋,工程設計法Rotational speed, electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system designDesign Description窗體頂端In the industrial production, needs the high performance speed control the electric drive situation, the direct-c

3、urrent velocity modulation system, specially the double closed loop cocurrent velocity modulation system is displaying the great importance the function. The rotational speed, the electric current double closed loop velocity modulation system was in the 1960s in one kind of new velocity modulation s

4、ystem which overseas appeared. Since the 70s, in domains and so on our country's metallurgy, machinery, manufacture as well as printing industry has obtained day by day the widespread application. The double closed loop velocity modulation system is comes by the single closed loop automatic velo

5、city modulation system development. It introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately through the rotational speed and the electric current two regulators, and constructs the doubling closed-loop system. Thus the effective improvement electric

6、al machinery performance, causes the electrical machinery characteristic curve to stiffen, satisfies under the complex environment to the electrical machinery performance request. This design mainly uses three-phase all controls the bridge-type leveling circuit to the direct current machine power su

7、pply, and carries on the computation through the engineering design law to the RPM control and the current regulator related parameter to achieve to the rotational speed electric current double closed loop branch velocity modulation system's whole realizes.Key word: Direct-current velocity modul

8、ation; Double closed loop; Three-phase all controls the bridge; Engineering design law;專心-專注-專業目錄1.緒論1.1直流調速系統發展轉速、電流雙閉環調速系統是20世紀60年代在國外出現的一種新型調速系統。70年代以來, 在我國的冶金、機械、制造以及印染工業等領域得到日益廣泛的應用。雙閉環調速系統是由單閉環自動調速系統發展而來的。單閉環調速系統使用了一個比例積分調節器組成速度調節器可以得到轉速的無靜差調節。從擴大調速范圍的角度來看, 單環系統已能基本上滿足生產機械對調速的要求。實際的調速系統, 除要求對轉

9、速進行調整外, 很多生產機械還提出了加快啟動和制動過程的要求, 例如可逆軋鋼, 龍門刨床都是經常處于正反轉工作狀態的, 為了提高生產率, 要求盡量縮短過渡過程的時間。上述設想提出一個理想的啟動過程曲線, 其特點是在電機啟動時, 啟動電流很快加大到允許過載能力值, 并且保持不變, 在這個條件下, 轉速n 得到線性增長, 當電機轉速達到需要的大小時, 電機的電流急劇下降到克服負載所需的電流值，于是帶有速度調節器和電流調節器的雙閉環調速系統便是在這種要求下產生的。1.2直流雙閉環系統介紹如圖1-1所示，為轉速-電流雙閉環直流調速系統框圖。為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設計了兩個調節

10、器，分別為轉速調節器ASR和電流調節器ACR并通過調節器去分別調節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。二者之間實行串級聯接。把ASR的輸出當作ACR的輸入，再用ACR的輸出去控制電力電子變換器GT。從閉環結構上來看，電流環在里面稱作內環；轉速環在外面稱作外環。這就形成了轉速、電流雙閉環調速系統。圖中M 為直流電動機, TG 為測速發電機, GT 為觸發器, TA 為電流互感器,VT 為整流裝置。為轉速給定電壓, 為轉速反饋電壓 為電流給定電壓, 為電流反饋電壓, 為控制電壓, 為電樞端電壓。兩個調節器之間實行串級聯接, 轉速調節器ASR 的輸出是電流調節器ACR 的輸入, 其輸出控制

11、電力電子變換器。 圖1-1 轉速-電流雙閉環直流調速系統框圖為了獲得良好的靜態、動態性能，轉速和電流調節器都采用PI調節器，這樣構成的雙閉環直流調速系統的電路原理圖如圖1-2所示。圖中標出了兩個調節器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示出兩個調節器的輸出都是帶限幅作用的，轉速調節器ASR的限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調節器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。 圖1-2 雙閉環直流調速系統電路原理圖1.3三相全控整流電路在各種整流電路中，應用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理

12、圖1-3如圖所示，陰極連接在一起的3個晶閘管（、）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（、）稱為共陽極組。習慣上希望晶閘管按從1至6的順序導通，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為、， 共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為、。從后面的分析可知，按此編號，晶閘管的導通順序為 。據本設計實際情況以下分析帶電阻和電感負載時的工作情況。圖1-3 三相橋式全控整流電路原理圖 三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負載和反電動勢阻感負載供電（即用于直流電機傳動），下面主要分析阻感負載時的情況。  當60o時，波形連續，電路

13、的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流波形不同，電阻負載時波形與的波形形狀一樣。而阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。圖1-4和圖1-5分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負載和的波形。 圖1-4中除給出波形和波形外，還給出了晶閘管電流的波形。由波形圖可見，在晶閘管導通段,波形由負載電流波形決定，和波形不同。 圖1-5中除給出波形和波形外，還給出了變壓器二次側a相電流的波形。角移相范圍為90o。

14、當60o時，阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時波形不會出現負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，波形會出現負的部分。圖1-6給出了=90o時的波形。若電感L值足夠大，中正負面積將基本相等，平均值近似為零。圖1-4 帶阻感負載時的波形圖1-5帶阻感負載時的波形 圖1-6帶阻感負載時的波形1.4雙閉環直流調速系統的數學模型和動態性能分析1.4.1雙閉環直流調速系統的動態數學模型雙閉環直流調速系統的動態結構圖，如圖1-7所示。圖中和分別表示轉速調節器和電流調節器的傳遞函數。圖1-7 雙閉環直流調速系統的動態結構框圖1.4.2啟動過程分析 雙閉環直流調速系統突加給定電壓，由靜止狀態起

15、動時。轉速和電流的動態過程如圖1-8所示。由于在起動過程中轉速調節器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段。第I階段（）是電流上升階段。突加給定電壓后，、都上升，在沒有達到負載電流以前，電機還不能轉動。當后，電機開始起動，由于機電慣性的作用，轉速不會很快增長，因而轉速調節器ASR的輸入偏差電壓的數值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強迫電流迅速上升。直到，電流調節器很快就壓制了的增長，標志著這一階段的結束。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態，而ACR不飽和。第II階段（）是恒流升速階段。ASR飽和，轉速環相當于開環，在恒值電流給定下的

16、電流調節系統，基本上保持電流恒定，因而系統的加速度恒定，轉速呈線性增長。與此同時，電機的反電動勢E也按線性增長，對電流調節系統來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。當ACR采用PI調節器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應略低于。圖1-8 雙閉環直流調速系統啟動過程轉速和電流波形第階段（以后）是轉速調節階段。當轉速上升到給定值時，轉速調節器ASR的輸入偏差減小到零，輸出維持在限幅值，電機仍在加速，使轉速超調。轉速超調后，ASR輸入偏差電壓變負，開始退出飽和狀態，和很快下降。但是，只要仍大于負載電流，轉速就

17、繼續上升。直到=時，轉矩，則dn/dt=0，轉速n才到達峰值（時）。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應，在時間內，直到穩定。如果調節器參數整定得不夠好，也會有一段振蕩過程。在這最后的轉速調節階段內，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導的轉速調節作用，而ACR則力圖使盡快地跟隨其給定值。雙閉環直流調速系統的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制；轉速超調；準時間最優控制。1.4.3動態抗擾性能分析一般來說，雙閉環調速系統具有比較令人滿意的動態性能。對于調速系統，最重要的動態性能是抗擾性能。主要是抗負載擾動和抗電網電壓擾動的性能。（1）抗負載擾動負載擾動作用在電流環之后，因此只能靠轉速調

18、節器ASR來產生抗負載擾動的作用。如圖1-9。 圖1-9抗負載擾動（2）抗電網電壓擾動電網電壓變化也會對調速系統產生擾動作用。雙閉環系統中，由于增設了電流內環，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節。如圖1-10。圖1-10 抗電網電壓擾動2.V-M調速系統主電路設計2.1V-M調速系統概述在V-M調速系統中，通過調節觸發裝置GT的控制電壓來移動觸發脈沖的相位,來改變平均整流電壓,從而實現平滑調速。晶閘管整流裝置在經濟性和可靠性上有突出優勢。晶閘管可控整流器的功率放大倍數在以上。在控制作用的快速性上，晶閘管整流器為毫秒級，能大大提高系統的動態性能。2.2晶閘管整流電路方案 本設計課題是轉速

19、、電流雙閉環直流調速系統設計，要求是不可逆系統。故只需一個三相橋式整流電路并配套一套觸發電路即可達到要求。 2.3主電路主要器件參數選擇由實驗室所提供的實驗設備得到該系統中電機銘牌數據如下：直流并激勵電動機： 型號 DJ15 額定電流 1.2A 勵磁電流 容量 185W 額定轉速 1600r/min 額定電壓 220V 勵磁電亞 220V 絕緣等級 E 直流發電機： 型號 DJ13-1 電樞電壓 220V 容量 220W 電樞電流 1.1A 勵磁電亞 220V 額定轉速 1600r/min2.3.1可控整流變壓器選擇及計算作為整流裝置電源用的變壓器稱為整流變壓器。一般的變壓器有整流跟變壓兩項功

20、能,其中整流是把交流變直流。本設計中采用其整流功能。整流的過程中,采用三相橋式全控整流電路。三相橋式全控整流電路原理圖如圖2-1所示：圖2-1三相橋式全控整流電路原理圖可控整流的原理：當晶閘管的陽極和陰極之間承受正向電壓并且門極加觸發信號時晶閘管導通，并且去掉門極的觸發信號晶閘管依然維持導通。當晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發信號晶閘管都是處于關斷狀態。由電機銘牌數據可知，在以上整流電路中，變壓器二次測所承受電壓為電機在額定工作狀態下的額定電壓，故其二次側額定電壓可選為220V ,考慮要留有裕量，整流變壓器額定電壓為440V，長期允許工作的電流為電機的額定電流1.2A。

21、整流變壓器二次測額定電流選擇為1.2A。變壓器容量： (2-1)有公式可知，所選變壓器容量為： = 由此知主電路整流變壓器參數為： 2.3.2晶閘管選擇 1.晶閘管參數要求(1)晶閘管電流要求:晶閘管的額定電流為在電路正常起動、運行時所允許出現的最大電流。為保有裕量應乘以相關系數。原因：晶閘管的電流過載能力比一般電機、電器小的多，選取晶閘管額定電流時，根據實際最大電流計算后還應乘以1.5-2倍。(2)晶閘管電壓要求：晶閘管的額定電壓在三相全控整流電路供給直流電的情況下為線電壓的峰值。為保有裕量應乘以相關系數。 原因：晶閘管工作時，外加電壓峰值瞬時超過反相不重復峰值電壓時即可造成永久損壞，并且由

22、于環境溫度升高或散熱不良，均可能使正反向轉折電壓值下降，特別在使用時會出現各種過電壓，選取晶閘管的額定電壓值應為其實際工作時最大電壓的2-3倍。2.晶閘管額定電流選擇電機啟動或堵轉時，都會在電路中產生較大的電流。電機啟動時，電路中流過的電流最大，在電路未加任何保護措施時，相當于全壓啟動，產生較大的啟動電流。這在V-M系統是非常危險的，故需要在系統中設置電流截止負反饋環節，以限制電機啟動時的啟動電流或因電機短時堵轉而產生的堵轉電流。一般來說，此時電機所允許的最大電流為 (2-2)由上式知，在本設計加入電流截止負反饋后流過晶閘管的最大電流應為：為保有裕量取3.5A，以保證晶閘管的正常工作。因為本設

23、計中系統所帶負載為感性負載，為保證平滑調速要求電流連續，故每個晶閘管的導通角為，流過晶閘管的電流有效值為： =1.94A晶閘管通態平均電流為：=1.29A故流過晶閘管的電流有效值為1.94A,通態平均電流為1.29A，考慮到要保有裕量，取裕量系數為2，可得晶閘管額定電流為：=2.58A 3.晶閘管額定電壓的選擇由于電機采用三相橋式全控整流電路供電，因此晶閘管所承受的最大正反向電壓為線電壓的峰值： (2-3)由于所設計系統的電網線電壓，因此晶閘管兩端的最大正反向電壓為：考慮到要保有裕量，取裕量系數為2，故所選取晶閘管的額定電壓為：由以上計算可知，可選晶閘管的參數為: 2.4主電路保護措施由于晶閘

24、管的擊穿電壓較接近運行電壓、熱時間常數小，因此其過電壓、過電流能力很差，短時間的過電流、過電壓都有可能造成元件的損壞。為使晶閘管裝置能正常工作而不至于損壞，只靠合理的選擇元件還不行，還要十分重視保護環節，以防不測。因此，采取適當的保護措施就成為提高晶閘管裝置可靠運行必不可少的必要環節。2.4.1過電流保護晶閘管裝置出現的元件誤導通、擊穿或傳動裝置生產機械過載及機械故障引起的電機堵轉等，都會導致流過整流元件的電流大大超過其正常工作電流，即產生過電流。晶閘管的電流過載能力比一般電氣設備差的多，而過電流又是在所難免的，因此需要重視晶閘管的過流保護。過電流保護就是根據晶閘管允許的過電流能力，設法限制短

25、路電流峰值，配合反映靈敏的 保護措施，使短路電流持續時間盡量縮短以達到保護晶閘管的目的。可作為過電流保護的電器有快速熔斷器、過流繼電器、快速開關等。在不同過電流區域合理的選用保護電器是能否對晶閘管起到保護作用的關鍵。根據本設計的系統地特點，選取快速熔斷器作為過電流保護的器件。選取理由：晶閘管熱容量比較小以及從管芯到散熱器的傳導途徑中要遭受一系列的熱電阻。因此，一旦過流，晶閘管結溫會快速上升，特別在瞬時短路電流流過時，晶閘管內部熱量不及傳導，導致結溫上升更快。所以，必須選用快速動作的保護電器來實施保護，快速熔斷器為最普遍使用的一種快速熔斷裝置。快速熔斷器的選擇計算 當電路發生故障或異常時，伴隨著

26、電流不斷升高，可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災。若安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。根據經驗值快速熔斷器的額定電流：2.4.2過電壓保護晶閘管在承受過電流時,由于管子本身具有一定的熱容量,短時內尚可堅持。在承受過電壓時，則會立即發生反向擊穿或正相轉折。 系統線路中產生過電壓的原因很多除了雷電外，分（和）閘時會產生操作過電壓，同時整流橋直流側的快速熔斷器、橋臂上的快速熔斷器及電路中的電感也同樣會產生過電壓。我們無法從根本上消除產生過電壓得根源，只能設法將過電壓的幅值抑制在安全

27、限度之內。晶閘管系統抑制過電壓最常用的方法大致有：1.并接R-C阻容吸收回路；2.采用壓敏電阻硒堆等非線性元件加以抑制；本設計選用并接R-C阻容吸收回路，對晶閘管系統實施過壓保護。在變壓器二次測并聯電阻和電容可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓無法突變，故能有效的抑制過電壓。串連電阻能消耗部分產生過電壓的能量，并一直LC回路的震蕩。1.交流側過電壓保護交流側采用壓敏電阻實施電路的過電壓保護。2.直流側過電壓保護直流側保護可以采用即采用阻容保護和非線性元件保護。3. 及的限制當晶閘管所承受的正相電壓上升率（）較大時，引起的充電電流也較大，會使晶閘管發

28、生誤導通。為防止誤導通對作用于晶閘管的正相電壓上升率應有一定的限制。為限制過大，可以在電源輸入端串接電感（稱進線電感），它對有一定的抑制作用，但串入電感后又易產生過電壓，故必須設置阻容吸收電路。晶閘管在正相陽極電壓作用下，當門極流入出發電流后，晶閘管最初導通的瞬間，如果陽極電流增大的速度（）過大，雖然電流值未超過元件的額定值，但由于晶閘管內部電流還未來得及擴大到PN結的全部面積，故導致在門極附近的PN結面因電流密度過大而燒毀。為防止管子被燒毀對晶閘管電流上升率應有一定的限制。限制過大的方法同限制過大的方法相同，其電感L一般采用空心電抗器。3系統參數測定晶閘管直流調速系統由整流變壓器、晶閘管整流

29、調速裝置、平波電抗器、電動機-發電機組等組成。 3-1試驗原理圖如圖3-1所示，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓作為觸發器的移相控制電壓，改變的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓，以滿足要求。為研究晶閘管電動機系統，須首先測定電樞回路的總電阻R、總電感L以及系統的電磁時間常數與機電時間常數。3.1主電路總電阻值得測定電樞回路的總電阻R包括電機的電樞電阻Ra、平波電抗器的直流電阻RL及整流裝置的內阻Rn，即R = Ra十RL十Rn (3-1)由于阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測量，因是小電流檢測，接觸電阻影響很大，故常用直流伏安法。為測出晶閘管整流裝置的電源內阻須測

30、量整流裝置的理想空載電壓U0，而晶閘管整流電源是無法測量的，為此應用伏安比較法，實驗線路如圖3-2所示。圖3-2 伏安比較法實驗線路圖將變阻器R1、R2接入被測系統的主電路，測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。合上S1、S2，調節給定使輸出直流電壓Ud在30%Ued70%Ued范圍內，然后調整R2使電樞電流在80%Ied90%Ied范圍內，讀取電流表A和電壓表V2的數值為I1、U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為 Udo=I1R+U1 (3-2) 調節R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關S2，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數值I2、U2，則 UdoI2R十U2求解(3-2)、(3-3)兩式

31、，可得電樞回路總電阻: R（U2-U1）/（I1-I2） (3-3)試驗數據處理：（1）合上 給定電樞電壓（V）串電阻4.66850.7683=1804.21700.59633.85540.5145（2）斷開給定電樞電壓（V）串電阻4.66940.53984.21770.41743.85630.3253(94-85)/(0.76-0.53)=39.1(77-70)/(0.59-0.41)=38.8(63-54)/(0.51-0.32)=47.3則電樞回路總電阻為：=（39.1+38.8+47.3）/3=41.7 短接電機電樞兩端，重復上述實驗，可得 則電機的電樞電阻為試驗數據處理：（1）合上

32、給定電樞電壓（V）串電阻3.85550.6254=1804.14750.73714.561001.0693（2）斷開給定電樞電壓（V）串電阻3.85600.40594.15800.50784.571050.85103=（60-55）/（0.62-0.40）=22.7=（80-75）/（0.73-0.50）=21.7=（105-100）/（1.06-0.85）=23.8電機的電樞電阻為：Ra=R-(RL十Rn)=41.7-22.7=19短接電抗器兩端，重復上述實驗,可得:則電機的電抗器直流電阻為:試驗數據處理:（1）合上 給定電樞電壓（V）串電阻4.56900.8583=1804.37840.7

33、8754.13740.7362（2）斷開給定電樞電壓（V）串電阻4.561000.56964.38920.54874.13820.4773(100-92)/(0.82-0.61)=34.4=(92-84)/(0.78-0.54)=33.3(82-74)/(0.73-0.47)=30.7=41.7-32.8=8.9整流裝置內阻:=-=41.7-19-8.9=13.8又以上參數處理可知, 41.7 19 8.9 =13.83.2電樞回路電感L的測定電樞回路總電感包括電機的電樞電感La、平波電抗器電感Ld和整流變壓器漏感LB，由于LB數值很小，可以忽略，故電樞回路的等效總電感為LLa+Ld (3-4

34、)電感的數值可用交流伏安法測定。實驗時應給電動機加額定勵磁，并使電機堵轉，實驗線路如圖3-3所示。計算出電感值La和Ld，計算公式如下: (3-5) (3-6) (3-7)圖3-3 測量電樞回路電感的實驗線路圖試驗數據處理:25.5570.31917.338.10.21711.925.60.149=25.5/0.319=79.9=17.3/0.217=79.7=11.9/0.149=79.8=0.247H=0.246H=0.246H0.246H=57/0.319=178.6=38.1/0.217=175.5=25.6/0.149=171.8=0.568H=0.558H=0.546H0.557H

35、則電樞回路的等效電感為:=0.246+0.557=0.803H3.3直流電動機-發電機-測速發電機組的飛輪慣量GD2 的測定電力拖動系統的運動方程式為 (3-8)電機空載自由停車時，T=0，Tz=Tk，則運動方程式為: (3-9)從而有 (3-10) 可由空載功率PK(單位為W)求出: (3-11) (3-12) 試驗數據處理:2210.1315033;4;3.54;有上表可知,在其自由停車共3次，時間分別為3;4;3.54，求其平均值得出自由停車時間為：3.51s，則 =28.6W/1503=0.18所以=0.1573.4主電路電磁時間常數Td的測定主電路電磁時間常數Td的計算公式為：， (

36、3-13)其中L為電樞回路的電感，R為電樞回路的總電阻。由以上計算可知:=0.803H=41.7 將L、R帶入公式得：=0.803/41.7=0.019s3.5電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM的測定電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM的計算公式如下： (3-14) (3-15)帶入電動機銘牌數據及值得：=0.12=1.1743.6系統機電時間常數TM的測定系統機電時間常數TM的計算公式如下： (3-16)帶入數據計算得：=0.123s 4.工程設計法設計雙閉環系統的調節器4.1電流調節器設計4.1.1電流調節器在雙閉環直流調速系統中的作用（1)作為內環的調節器,在轉速外環調節過程中,它的作用是使電

37、流緊緊跟隨其給定電壓(即外環調節器輸出量)的變化。（2）對電網電壓的波動起及時抗擾作用。（3）在轉速動態過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態過程。（4）當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即恢復正常。這個作用對系統的可靠運行來說是十分重要的。4.1.2電流調節器結構的選擇電流環以跟隨性能為主。從對其功能的穩態要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉特性，采用一型系統就夠了。從對其動功能的動態要求上來看，實際系統不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，以保證電流在動態過程中不超過允許值，而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要

38、因素，因此選用一型系統。采用PI調節器校正，PI調節器傳遞函數可以寫成: (4-1) 電流調節器的比例系數；電流調節器的超前時間常數電流環動態結構框圖如圖4-1 所示典型形式。其中 圖4-1 電流環動態結構圖4.1.3電流調節器的電路實現含給定濾波和反饋濾波的模擬型PI調節器，原理如圖4-2所示。圖中為電流給定電壓，為電流反饋電壓，調節器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。 圖4-2含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調節器根據運算放大器原理可得出： (4-2) (4-3) (4-4)4.1.4電流調節器參數計算（1）確定時間常數1）整流裝置滯后時間常數。本設計整流裝置采用三項橋式電路，其平均失控

39、時間=0.0017s。2）電流濾波時間常數為0.002s。3）電流環小時間常數之和。=+=0.0017+0.02=0.0037s。（2）電流調節器結構選擇根據設計要求，并保證穩態電流無差，可選用PI調節器設計。（3）計算電流調節器參數電流調節器超前時間常數0.019s電流反饋系數=4.5V/A，由試驗整定得。電流開環增益：要求時，應取 0.5=0.5/0.0037=135.1于是，ACR的比例系數為: (4-5)由試驗裝置可確定晶閘管裝置放大系數=220/4.5=49代入數據得=/=0.485（4）驗證近似條件電流環截止頻率：135.1晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件=196.1，滿足近似條件

40、。忽略反電動勢變化對電流環動態影響的條件=62.05，滿足近似條件。電流環小時間常數近似處理條件=180.8>，滿足近似條件。（5）計算調節器電阻和電容運算放大器取=20，運算放大器各電阻、電容值為：=9.710=1.9=/20000=0.44.2轉速調節器的設計4.2.1轉速調節器在雙閉環直流調速系統中的作用（1）轉速調節器是調速系統的主導調節器，它使轉速很快的跟隨給定電壓的變化，穩態時可減小轉速誤差，如果使用PI調節器則可實現無靜差。 （2）對負載變化起抗擾作用 。（3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。4.2.2轉速調節器結構選擇為了實現轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一

41、個積分環節，它應該包含在轉速調節器ASR中，設計為二型系統。轉速調節器也應采用PI調節器，傳遞函數為： (4-6)轉速調節器的比例系數；轉速調節器的超前時間常數。 轉速開環增益為： (4-7) 4.2.3轉速調節器電路實現含給定濾波和反饋濾波的PI型轉速調節器原理如圖4-3所示，圖中為轉速給定電壓，為轉速負反饋電壓，調節器的輸出是電流調節器的給定電壓。圖4-3含給定濾波和反饋濾波的PI型轉速調節器與電流調節器相似，轉速調節器參數與電阻、電容值得關系： (4-8) (4-9) (4-10)4.2.4轉速調節器參數計算（1）確定時間常數1）電流環等效時間常數。從電流調節器參數計算中得知，已取=0.

42、5，則=2)轉速濾波時間常數=0.01s3）轉速環小時間常數。按小時間常數近似處理=+=0.0074+0.01=0.0174s （2）轉速調節器結構選擇根據設計要求，選擇PI調節器。（3）計算調節器參數按跟隨性能和抗擾性能都要較好的原則，取h=5,則ASR的超前時間常數為=0.087s轉速開環增益為=396.4知ASR比例系數為=12.3 (為轉速反饋系數，由整定的到)（4）校驗近似條件轉速環截至頻率1）電流環傳遞函數簡化條件=63.7>,滿足近似條件。轉速小時間常數近似處理條件為=38.7，滿足近似條件。（5）計算調節器電阻電容=246=0.21=25系統調試一個設計好的調速系統，最終

43、目的是為了讓它很好的按設計者預期目標運行起來。我將通過對此次設計的系統的調試，繪制出系統的特性曲線，并通過對特性曲線的觀察來評判系統的性能，修正相關數據以完善本次設計。如圖5-1為雙閉環直流調速系統的原理框圖。圖5-1 雙閉環直流調速系統原理框圖5.1系統調試原則先單元、后系統，即先將單元的參數調好，然后才能組成系統。先開環、后閉環，即先使系統運行在開環狀態，然后在確定電流和轉速均為負反饋后，才可組成閉環系統。 先內環，后外環，即先調試電流內環，然后調試轉速外環。先調整穩態精度，后調整動態指標。5.2各控制單元調試5.2.1移相控制電壓Uct調節范圍的確定直接將給定電壓Ug接入移相控制電壓Uc

44、t的輸入端，三相全控整流”輸出接電阻負載為R，當給定電壓Ug由零調大時，電樞電壓Ud將隨給定電壓的增大而增大，直至 Ud =220V，轉速為額定轉速1600r/min,時記錄，在試驗調試中得到=3.52V5.2.2調節器的調零將圖中“調節器I”所有輸入端接地，再將可調電阻246K接到“調節器I”的“4”、“5”兩端，用導線將“5”、“6”短接，使“調節器I”成為P (比例)調節器。用萬用表的毫伏檔測量調節器I的“7”端的輸出，調節面板上的調零電位器RP3，使之電壓盡可能接近于零。將圖中“調節器II”所有輸入端接地，再將可調電阻10K接到“調節器II”的“8”、“9”兩端，用導線將“9”、“10

45、”短接，使“調節器II”成為P（比例）調節器。用萬用表的毫伏檔測量調節器II的“11”端，調節面板上的調零電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。5.2.3調節器正、負限幅值的調整把ACR、ASR都接成PI調節器，加入正給定將電流調節器的負限幅限制在-3.52V，轉速調節器的負限幅限制在-6V。調節器輸入負給定時，調整正限幅電位器RP1，將電流調節器正限幅限制在+3.52V，轉速調節器正限幅限制在+6V。5.2.4電流反饋系數的整定直接將“給定”電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負載R，負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當U

46、d=220V時，減小負載的阻值，調節“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1，使得負載電流Id=0.9A時，“2”端If的的電流反饋電壓Ufi=4V，這時的電流反饋系數= Ufi/Id= 4.500V/A5.2.5轉速反饋系數的整定直接將“給定”電壓Ug接移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流”電路接直流電動機負載，Ld用200mH，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，接通勵磁電源，從零逐漸增加給定，使電機提速到額定轉速1600r/min時，調節“轉速變換”上轉速反饋電位器RP1，使得該轉速時反饋電壓Ufn=-6V，這時的轉速反饋系數=Ufn/n =0.004 5.3系統調試5.3.1系統

47、開環外特性測定控制電壓Uct由定輸出Ug直接接入，“三相全控整流”電路接電動機，Ld用700mH，直流發電機接負載電阻R，負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，先接通勵磁電源，然后從零開始逐漸增加“給定”電壓Ug，使電機啟動升速，轉速到達1200rpm。增大負載(即減小負載電阻R阻值)，使得電動機電流Id=Ied，可測出該系統的開環外特性n =f（Id），記錄于下表中：1200118511571142113010980.300.400.500.550.600.70將給定退到零，斷開勵磁電源，按下停止按鈕，結束實驗。據以上數據繪制的系統開環外特性圖如圖5-2所示：圖5-2 n=l200rpm的系統開環外特性圖由系統開環外特性圖所知，當開環時系統的特性曲線較軟，抗干擾能力非常差。5.3.2系統靜特性測試機械特性n =f(Id)的測定A、發電機先空載，從零開始逐漸調大給定電壓Ug，使電動機轉速接近n=l200rpm，然后接入發電機負載電阻R，逐漸改變負載電阻，直至Id=Ied，即可測出系統靜態特性曲線n =f(Id)，試驗數據處理:12001199119911991198119811980.600.690.780.810.860.901.11由以上實驗數據繪制雙閉環不可逆系統靜特性如圖5-3所示：圖5-3 n=l200rpm的靜態特性曲線B、降低Ug，再測試n=8