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双闭环直流调速系统课程设计_百度文库(精)

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本科课程设计报告

题 目:三相全控桥晶闸管双闭不可逆环直流调速系统设计 院 (系 :电气与信息工程学院

班 级:自动化 08 - 4 班

姓 名:周婷婷

学 号: 080502010419 指导教师:叶瑰昀

教师职称:教授

2011年 12月 8日

摘 要

从七十年代开始,由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。 双闭环直流调速系统是一个典型的系统.该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速 电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。给定信号为 0~10V 直流信号。可对主电路输 出电压进行平滑调节。采用双 PI 调节器,可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型 I 型系统。为 使系统在阶跃扰动时无稳态误差,并具有较好的抗扰性能,速度环设计成典型Ⅱ型系统。

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的特性, 通过调节控制角 大小来调节电压。基于设计题目,直流电动机调速控制器选用了转速、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。本文首先确定整个设 计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计,同时对其参数的计算,包括整流变 压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。最后,即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路, 本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流 两种负反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,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,二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边, 称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件,并对其参数 的计算,包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、然后最后稳压电路的参数的计算。

关键词 :双闭环; 转速调节器;电流调节器;稳态;动态

目 录

第 1章 系统主电路的结构形式及参数计算 ................................................................................................... 1 1. 1 主电路的结构选择与确定 ....................................................................................................................... 1 1.

2 主电路各器件的选择和计算 ................................................................................................................... 2 1.2.1 整流变压器参数的计算和选择 ............................................................................................... 2

1.2.2 整流元件晶闸管的选型 ........................................................................................................... 4 1. 3 电抗器的设计 . ..........................................................................................................................................

4 1. 4 主电路保护电路设计 ............................................................................................................................... 5 1.4.1过电压保护设计 ........................................................................................................................ 5 1.4.2过电流保护设计 ........................................................................................................................

8 1. 5驱动电路的设

计 .......................................................................................................................................10

1.5.1 晶闸管触发电路设计 ...............................................................................................................10 1.5.2 脉冲变压器的设计 ...................................................................................................................11

第 2章 双闭环调速系统的组成及动静态结构框图 ..................................................................................... 12 2. 1双闭环直流调速系统的组成 .................................................................................................................. 12 2. 2 转速﹑电流双闭环直流调速系统的动静态结构框图 ......................................................................... 13 2.2.1双闭环直流调速系统的稳态结构框图和静特性 .................................................................. 13 2.2.2双闭环直流调速系统的动态结构框图 .................................................................................. 14 第 3章 双闭环调速系统调节器的动态设计 ................................................................................................. 15 3. 1 电流调节器的设计 . ................................................................................................................................ 15 3.

2 转速调节器的设计 . ................................................................................................................................ 16

结论 . .................................................................................................................................................................. 20 收获和体会 .........................................................................................................................................................21 参考文献 . .......................................................................................................................................................... 22 附

表 . ................................................................................................................................................................ 23

第 1章 系统主电路的结构形式及参数计算

1. 1 主电路的结构选择与确定

直流调速系统常用的直流电源有三种①旋转变流机组; ②静止式可控整流器;

③直流斩波器或脉宽调制变换器。

1957年晶闸管问世, 已生产成套的晶闸管整流装置, 即右图 1.1晶闸管 -电动机调速系统 (简称 V-M 系统 的原理图。 通过调节处罚装置 GT 的控制电压 c U 来移动触发脉冲的相位, 即可 改变平均整流电压 d U ,从而实现平滑调速。和旋转变流机组及离 子拖动变流装置相比,晶闸管整流装置不进在经济性和可靠性上都 很大提高,而且在技术性能上也现实出较大的优越性。

因此,本设计的要求应选择第二个可控直流电源。

对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,以调节电枢 供电电压的方式为最好,自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主, 根据晶闸管的特性, 可以通过调节控制角 α大小来调节电压。 当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路,

其交流侧由三相电源供电。 三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路,

因为三相半波整流电路在其变压器的二次 侧含有直流分量,故不采用,本设计采用了三相全控桥整流电路来供电,该电路是目前应用最广泛的整流电路,输出电 压波动小,适合直流电动机的负载,并且该电路组成的调速装置调节范围广,能实现电动机连续、平滑地转速调节、电 动机不可逆运行等技术要求。主电路原理图如图 1.2所示

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双闭环可逆直流脉宽调速系统设计

双闭环可逆直流脉宽调速系统设计

２　现代驱动与控嗣　

双闭环可逆直流脉宽调速系统设计　

李萍厉红朱涛　

北京信息科技大学（１００１９２）　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＤＣ　ＰＷＭ　Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｃｌｏｓｅｄ　Ｌｏｏｐｓ　

ＬＩＰｉｎｇ　ＬＩＨｏｎｇ　ＺＨＵ　Ｔａｏ　Ｂｅｉｊ　ｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

摘要：利用Ｈ桥式电路结构，采用脉宽调制技术，　实现直流电动机四象限可逆运行。为提高系统的调速精　度和可靠性，采用转速、电流双闭环ＰＩ控制器，并设计了　带死区的ＰＷＭ脉冲发生电路、检测与保护电路以及Ｈ桥　主电路。经空载和带载测试，证明了系统的动、静态性能　指标能够满足直流电机在工业现场的应用。　关键词：直流脉宽调速双闭环直流电动机　电　路设计　中图分类号：ＴＭ３０６文献标识码：Ａ　ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎｌ００６－２８０７．２０１３．０４．００６　Ａｂｓｔｒａｃｔ：４－・ｑｕｒｄｒａｎｔ　ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ－－ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ｗａｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｈ－　Ｂｒｉｄｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｐｕｌｓｅ—ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｏｓｅｄ　ｌｏｏｐｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ＰＷＭ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｄｅａｄ　ｂａｎｄ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｈ—Ｂｒｉｄｇｅ　ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｆｔｅｒ　ｂｅｉｎｇ　ｔｅｓｔｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏ—ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｆｕｌｌ—ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｓａｔｉｓｆｉｅｄ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ　ＰＷＭ　ｓｐｅｅｄ－ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｏｓｅｄ　ｒｉｎｇｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　

VM双闭环直流调速系统设计说明书

VM双闭环直流调速系统设计说明书

目录

前言 ................................................................................................................................................. 2

1.1任务书 .................................................................................................................................. 3

1.2 整体设计 ............................................................................................................................. 5

2. V-M直流调速系统结构与工作原理 ..................................................................................... 5

2.1 V-M直流调速系统的结构框图....................................................................................... 5

2.2 V-M直流调速系统的工作原理....................................................................................... 7

3.主电路设计 ................................................................................................................................. 8

直流电机双闭环调速系统设计

直流电机双闭环调速系统设计

２０１３年第１２期总第１３２期　ＳＩＬ●Ｃ０Ｎ　ＶＡＬＬＥＹ　

验近似条件。　

４同步　

在三相晶闸管电路中，正确选择触发电路同步电压的相位　是十分重要的。在阳极电压接入正电压的一个区间内，触发脉　冲此时出现才会使得晶闸管被触发导通。那么在一些常用的电　路中，例如正弦波移相电路；锯齿波移相触发电路，脉冲送出　的时刻是取决于接人触发电路的不同相位同步电压。想要实现　移相就需要改变控制与偏移电压的值。所以这里可以看出，要　让触发电路在各个管子需要触发信号时输出脉冲，需要根据被　触发的管子的阳极电压的相位，选择合适的同步电压。我们称　这样的方法叫做晶闸管电路的同步或定相。　实现同步的具体步骤如下。　Ｉ）依照脉冲移相范围和触发的要求，我们可以首先确定一　个相位关系即同步信号电压与相对应的晶闸管阳极电压两者间　的相位关系。　２）通过将电网的线电压，一般是３８０　ｖ作为矢量参考，加　入整流变压器的接法、钟点数量，可以画出晶闸管阳极电压的　矢量坐标位置，然后用步骤１）的结果可以描绘出对应的同步　相电压和线电压的矢量图。　３）确定同步变压器的钟点数和接法，这个只需要根据同步　变压器一次，二次的线电压位置即可。　

５　ＰＩ控制器设计　

５．１采样周期的选择　

根据采样定理，为了使得采样后的信号不会出现失真情　况，采样的频率Ｗｓ必须大于等于２Ｗ　。采样角频率ＷＳ等于　２　（１厂ｒ　）；信号的最高角频率ｗ一等于２叮ｒｆｒｎａ。采样周期的　上限值：　小于等于竹　…。　

一般情况常按照一定的原则，利用经验来选择采样周　期　：Ｔｍ　≤Ｔ　≤Ｔｍ　。在非特殊情况下，可以让采样周期　≤　：　Ｔ　或者用采样角频率ｗｓ≥（４－１０）ｗｃ，ｗｃ为控　制系统的截止频率。由双闭环的设计参数值：　系统电流环的开环截止频率Ｗｅ　＝１３５．１ｓ　选取电流环的采样角频率Ｗ　；＝５ｗ　＝６７５．５ｓ　得电流环的采样周期Ｔ．＝专　＝０．００９３ｓ＝９．３ｍｓ　系统转速环的开环截止频率ｗ　＝３４．５ｓ　选取电流环的采样角频率Ｗ　＝４ｗ　＝１３８ｓ　得电流环的采样周期Ｔ　＝　＝４５．５ｍｓ　最后取ＴＩ＝９ｍｓ，ＴＮ＝４５ｍｓ　

双闭环可逆直流调速系统讲解

双闭环可逆直流调速系统讲解

摘 要

本文以控制系统的传递函数为基础，采用工程设计方法对最常用的转速、电流双闭环调速系统进行设计，并用 MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真。首先对双闭环直流调速系统采用常规PID控制进行设计，电流调节器和转速调节器都采用了PID控制器，并分别对电流环和转速环的动态性能和抗扰动性能进行了仿真分析。其次，由于转速调节器起主要作用，所以对转速环采用模糊控制，并设计了模糊控制器，对双闭环直流调速系统进行仿真分析，并与常规PID控制进行了对比，仿真结果表明，模糊控制有良好的动态特性，很强的抗干扰能力。

关键词： 直流调速 PID控制 模糊控制 系统仿真

目 录

摘 要 ............................................... I

1 绪 论 ............................................. 1

1.1课题研究背景....................................... 1

1.2直流调速系统的国内外研究概况 ....................... 1

1.4研究双闭环直流调速系统的目的和意义 ................. 2

2 直流电机双闭环调速系统 ............................. 3

2.1直流电动机的起动与调速 ............................. 3

2.2直流调速系统的性能指标 ............................. 8

2.3双闭环直流调速系统的组成 .......................... 12

2.4 直流他励电动机的数学模型 ......................... 13

2.5可控硅整流装置的数学模型 .......................... 15