1、 PAGE 28 目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc376460676 摘 要 PAGEREF _Toc376460676 h 5 HYPERLINK l _Toc376460677 緒 論 PAGEREF _Toc376460677 h 6 HYPERLINK l _Toc376460678 1.設計(shj)要求 PAGEREF _Toc376460678 h 7 HYPERLINK l _Toc376460679 2.設計(shj)內容 PAGEREF _Toc376460679 h 7 HYPERLINK l _Toc376460680 2.

2、1調速方案的選擇 PAGEREF _Toc376460680 h 7 HYPERLINK l _Toc376460681 2.1.1直流電動機的選擇 PAGEREF _Toc376460681 h 7 HYPERLINK l _Toc376460682 2.1.2電動機供電方案的選擇 PAGEREF _Toc376460682 h 7 HYPERLINK l _Toc376460683 2.1.3系統的結構選擇 PAGEREF _Toc376460683 h 7 HYPERLINK l _Toc376460684 2.1.4直流調速系統的總體結構框圖 PAGEREF _Toc376460684

3、 h 8 HYPERLINK l _Toc376460685 2.2主電路的計算 PAGEREF _Toc376460685 h 9 HYPERLINK l _Toc376460686 2.2.1整流變壓器的計算 PAGEREF _Toc376460686 h 9 HYPERLINK l _Toc376460687 2.2.2晶閘管元件的選擇 PAGEREF _Toc376460687 h 9 HYPERLINK l _Toc376460688 2.2.3晶閘管保護環節的計算 PAGEREF _Toc376460688 h 10 HYPERLINK l _Toc376460689 2.2.4平

4、波電抗器的計算 PAGEREF _Toc376460689 h 12 HYPERLINK l _Toc376460690 2.3觸發電路的選擇與校驗 PAGEREF _Toc376460690 h 13 HYPERLINK l _Toc376460691 2.4控制電路的計算 PAGEREF _Toc376460691 h 14 HYPERLINK l _Toc376460692 2.4.1給定電源和給定環節的設計 PAGEREF _Toc376460692 h 14 HYPERLINK l _Toc376460693 2.4.2轉速檢測環節和電流檢測環節的設計與計算、調速系統的靜態參數設計

5、PAGEREF _Toc376460693 h 14 HYPERLINK l _Toc376460694 2.5雙閉環直流調速系統的動態設計 PAGEREF _Toc376460694 h 15 HYPERLINK l _Toc376460695 3.系統的計算機仿真 PAGEREF _Toc376460695 h 18 HYPERLINK l _Toc376460696 3.1開環 PAGEREF _Toc376460696 h 18 HYPERLINK l _Toc376460697 3.1.1開環物理模型 PAGEREF _Toc376460697 h 18 HYPERLINK l _T

6、oc376460698 3.1.2開環物理模型仿真圖 PAGEREF _Toc376460698 h 19 HYPERLINK l _Toc376460699 3.1.3開環數學模型 PAGEREF _Toc376460699 h 20 HYPERLINK l _Toc376460700 3.1.4開環數學模型仿真圖 PAGEREF _Toc376460700 h 20 HYPERLINK l _Toc376460701 3.2單閉環 PAGEREF _Toc376460701 h 20 HYPERLINK l _Toc376460702 3.2.1單閉環物理模型 PAGEREF _Toc37

7、6460702 h 21 HYPERLINK l _Toc376460703 3.2.2單閉環物理模型仿真圖 PAGEREF _Toc376460703 h 21 HYPERLINK l _Toc376460704 3.2.3單閉環數學模型 PAGEREF _Toc376460704 h 21 HYPERLINK l _Toc376460705 3.2.4單閉環數學模型仿真圖 PAGEREF _Toc376460705 h 22 HYPERLINK l _Toc376460706 3.3雙閉環 PAGEREF _Toc376460706 h 22 HYPERLINK l _Toc3764607

8、07 3.3.1雙閉環物理模型 PAGEREF _Toc376460707 h 22 HYPERLINK l _Toc376460708 3.3.2雙閉環物理模型仿真圖 PAGEREF _Toc376460708 h 23 HYPERLINK l _Toc376460709 3.3.3雙閉環數學模型 PAGEREF _Toc376460709 h 23 HYPERLINK l _Toc376460710 3.3.4雙閉環數學模型仿真圖 PAGEREF _Toc376460710 h 24 HYPERLINK l _Toc376460711 4.結論心得 PAGEREF _Toc37646071

9、1 h 25 HYPERLINK l _Toc376460712 參考文獻： PAGEREF _Toc376460712 h 26摘 要工業上，為了提高生產效率和加工質量，充分利用晶閘管元件(yunjin)及電動機的過載能力，要求實現理想啟動，即要求在啟動過程中，是啟動電流一直保持最大允許值，此時電動機以最大轉矩啟動，轉速迅速以直線規律上升，以縮短啟動時間；啟動結束后，電流從最大值迅速下降為負載電流值且保持不變，轉速維持給定轉速不變。又因調速精度要求較高，故采用轉速電流雙閉環負反饋調速系統。啟動時，讓轉速外環飽和不起作用，電流內環起主要作用，調節啟動電流一直保持最大允許值，使轉速線性變化，迅速

10、達到給定值；穩態運行時，轉速負反饋外環起主要作用，使轉速隨轉速給定器的變化而變化，電流內環跟隨轉速外環調節電動機的電樞電流以平衡負載電流。直流雙閉環調速系統的性能很好，具有調速范圍廣、精度高、動態性能好和易于控制等優點，所以在電氣傳動系統中得到了廣泛的應用。直流雙閉環調速系統中設置了兩個調節器, 即轉速調節器(ASR)和電流調節器(ACR), 分別(fnbi)調節轉速和電流。本文對直流雙閉環調速系統的設計進行了分析，對直流雙閉環調速系統的原理進行了一些說明，介紹了其主電路、檢測電路的設計，詳細介紹了電流調節器和轉速調節器的設計以及一些參數的選擇和計算，使其滿足工程設計參數指標。關鍵詞：直流雙閉

11、環 調速系統 電流(dinli)調節器 轉速調節器緒 論許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節，并且要求具有良好的穩態、動態性能。而直流調速系統調速范圍廣、靜差率小、穩定性好以及具有良好的動態性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內幾乎都采用直流電力拖動系統。雙閉環直流調速系統是直流調速控制系統中發展得最為成熟，應用非常廣泛(gungfn)的電力傳動系統。它具有動態響應(xingyng)快、抗干擾能力強等優點。我們知道反饋閉環控制系統具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和PI調節器的單閉環的調速系統可以再保證系統穩定的條件

12、下實現轉速無靜差。但如果對系統的動態(dngti)性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態速降小等等，單閉環系統就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環系統中不能完全按照需要來控制動態過程的電流或轉矩。在單閉環系統中，只有電流截止至負反饋環節是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態波形。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統盡可能用最大的加速度啟動，到達穩定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩態

13、運行。這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流轉矩的條件下調速系統所能得到的最快的啟動過程。隨著社會化大生產的不斷發展，電力傳動裝置在現代化工業生產中的得到廣泛應用，對其生產工藝、產品質量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產機械能夠實現制動調速，因此我們就要對這樣的自動調速系統作一些深入的了解和研究。 本次設計的課題是雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統，包括主電路和控制回路。主電路由晶閘管構成，控制回路主要由檢測電路，驅動電路構成，檢測電路又包括轉速檢測和電流檢測等部分。 1.設計(shj)要求（1）電樞(din sh)回路總電阻取R=2Ra; 總分輪力矩(l j)GD2=2.

14、5GDa2=2.5*11.76NM2，極對數P=1。（2）其它未盡參數可參閱教材中“雙閉環調速系統調節器的工程設計舉例”的有關數據。（3）要求：調速范圍D=10,靜差率S=5%,穩態無靜差，電流超調量I%=5%,電流脈動系數SI=10%;啟動到額定轉速時的轉速退飽和超調量N=6Iem(uf)=6*0.1*24.88/1202=1.037uf式中S變壓器容量（KVA）； U2變壓器二次相電壓有效值（V）；Iem變壓器勵磁電流百分數，對于10100KVA的變壓器，一般為10%4%；電阻值 RC=5U21/I21=5*120/67.36=8.907B.非線性電阻保護方式非線性電阻保護方式主要硒堆和壓

15、敏電阻的過電壓保護。壓敏電阻的標稱電壓U1Ma=1.3U=1.3*120=220.6V式中 U壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（V）。C.直流側過電壓保護 直流側過電壓保護可以用阻容或壓敏電阻保護，但采用阻容保護容易影響系統的快速性，并造成di/dt加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護。壓敏電阻的標稱電壓U1Ma=2=2*2.34U2=2*2.34*120=561.6V(2)晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 為了抑制晶閘管的關斷過電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯阻容保護電路的方法，阻容保護元件參數可以根據查經驗數據表得到。晶閘管額定電流102050100200500100電容（uf）0.10.150

16、.20.250.511電阻（）1008040201052表1.1 阻容保護(boh)的原件參數(3)過電流保護 快速熔斷器是最簡單有效的過電流保護器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發生短路后，熔斷時間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身(zshn)熔斷，避免過電流損壞晶閘管，圖1.3接法對過電流保護最有效。 圖1.3 快速(kui s)熔斷器的安裝方法(4) 電壓和電流上升率的限制 不同規格的晶閘管對最大的電壓上升率及電流上升率有相應的規定，當超過其規定的值時，會使晶閘管誤導通。限制電壓及電流變化率的方法有 A交流進線電抗器限制措施，交流進線電抗器LB的計算公式為 LB=0.0

17、896mH式中 交流器輸出額定電流IdN，電源頻率f,變壓器二次相電壓U2B在橋臂上串聯空心電感，電感值取2030H為宜。C在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會使換流時間增長，影響正常工作，而經常采用將幾只鐵氧磁環套在橋臂導線上，使橋臂電感在小電流時磁環不飽和，電感量大，達到限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關斷時間。2.2.4平波電抗器的計算晶閘管整流(zhngli)器的輸出直流電壓是脈動的，為了限制整流電流的脈動、保持電流連續，常在整流器的直流輸出側接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。電動機電樞(din sh)電感*1000=8*220*1000/(2*

18、1*1450*82.55)=7.35mH對于快速(kui s)無補償電動機取8，磁極對數p=1。變壓器電感為=3.9*0.05*120/82.55=0.28mH式中=0.05。平波電抗器的選擇。維持電流連續時的為=0.639*120/(0.05*82.55)-(2*0.28+7.35)=18.58-7.91=10.67(mH)式中，。限制電流的脈動系數=5%時，值為=1.045*120/(0.05*82.55)-7.91=30.38-7.91=22.47（mH）取兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為22.47mH時，電流連續和脈動要求能同時滿足。2.3觸發電路的選擇與校驗觸發電路可選擇鋸齒波

19、同步觸發電路，也可選擇KC系列集成觸發電路。此系統選擇集成觸發電路，其優點是體積小，功耗低，調試方便，性能穩定可靠。其缺點是移相范圍小于180，為保證觸發脈沖對稱度，要求交流電網波形畸變率小于5%。適用范圍：廣泛應用于各種晶閘管裝置中。 選用集成電路MC787組成的三相觸發電路，如圖2-5所示。該集成塊由同步(tngb)過零、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調制脈沖發生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅動電路組成。 圖1.4 MC787組成(z chn)的三相觸發電路原理接線圖圖1.4的三相觸發電路原理接線圖，可作為觸發三相全控橋或三相交流調壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同

20、步電壓經RC組成(z chn)的T形網絡濾波分壓，并產生30相移，經電容耦合電路取得同步信號，電路輸出端采用等值電阻進行1/2分壓，以保證對稱。輸出端由大功率管驅動，可配接脈沖變壓器觸發晶閘管。2.4控制電路的計算2.4.1給定電源和給定環節的設計根據電路要求，選用穩壓管、晶閘管、集成穩壓管等組成，本設計采用集成穩壓管的可調輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發器的移相控制電壓VC又為正電壓，故給定電壓UG就為負電壓，而一切反饋均取正值，為此給定電壓與觸發器共用一個10V的電源，用一個2.2K,1W電位器引出給定電壓。2.4.2轉速檢測環節和電流檢測環節的設計與計算、調速系統的

21、靜態參數設計（1）測速發電機的選擇 有電機參數可知選用(xunyng)的直流測速發電機的參數有:額定電壓ETG=40V,nTG=2000r/min 負載電阻RTG=2K的電位器。由于主電動機的額定轉速(zhun s)為1450r/min ,因此，測速發電機發出最高電壓為29V，給定電源10V,只要(zhyo)適當取反饋系數，即可滿足系統要求。（2）轉速負反饋環節 設轉速反饋濾波時間常數：Ton=0.01s,則轉速反饋系數=Un*/nN=10/1450=0.007Vmin/r（3）電流負反饋環節 設電流反饋濾波時間常數：Toi=0.002s,則電流反饋系數 =0.08V/A(4)調速系統的靜態參

22、數 電動機電動勢常數 ： Ce=0.11876按要求調速系統的靜態速降：nN=7.63r/min2.5雙閉環直流調速系統的動態設計(1)電流調節器的設計1）確定時間常數 在三相橋式全控電路有：已知，所以電流環小時間常數=0.0017+0.002=0.0037S。2）選擇電流調節器的結構因為電流超調量，并保證穩態電流無靜差，可按典型型系統設計電流調節器電流環控制對象是雙慣性型的，故可用PI型電流調節器 。 電流調機器的比例系數 電流調節器的超前時間系數 3）電流(dinli)調節器參數計算：電流(dinli)調節器超前時間常數=0.03s，又因為設計(shj)要求電流超調量，查得有=0.5，所以

23、=，電樞回路總電阻R=2=1.4，所以ACR的比例系數 =所以取, 。4）校驗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： ，滿足條件。忽略反電動勢變化對電流環動態影響條件： ，滿足條件。電流環小時間常數近似處理條件：，滿足條件。5） 計算調節器的電阻和電容取運算放大器的=40，有=1.7740=70.8，,取80，取0.4，取0.2。故=，其結構圖如下所示： 圖1.5 電流(dinli)調節器 (2) 轉速(zhun s)調節器的設計 1） 確定(qudng)時間常數：有則，已知轉速環濾波時間常數=0.01s，故轉速環小時間常數。2）選擇轉速調節器結構：按設計要求，

24、選用PI調節器 轉速調節器的比例系數轉速調節器的超前時間常數3）計算轉速調節器參數：按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則ASR的超前時間常數為：，轉速環開環增益 。ASR的比例系數為：。所以取4）檢驗近似條件轉速(zhun s)環截止頻率為。電流(dinli)環傳遞函數簡化條件為，滿足條件。轉速環小時間常數近似(jn s)處理條件為：，滿足近似條件。5）計算調節器電阻和電容：取=40，則，取250。，取0.4，取1。故。其結構圖如下： 圖1.6 轉速調節器校核轉速超調量：由h=5，查得，不滿足設計要求，應使ASR 退飽和，重計算。設理想空載z=0，h=5時，查得=81.2%，所以=9.4% 10%3.系統(xtng)的計算機仿真仿真(fn zhn)前對數據進行(jnxng)計算得：W=104 Ce=0.118760.12， 。3.1開環3.1.1開環物理模型3.1.2開環物理模型仿真圖3.1.3開環數學模型3.1.4開環數學模型仿真(fn zhn)圖3.2單閉環3.2.1單閉環物理(wl)模型3.2.2單閉環物理(wl)模型仿真圖3.2.3單閉環數學模型3.2.4單閉環數學模型仿真(fn