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双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计一．设计目的一1了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。
2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。
3熟悉NMCL_18，NMCL_33的结构及调试方法。
4掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二．实验内容1 各控制单元调试2 测试电流反馈系数3 测定开环机械特性及闭环静特性三．实验系统组成及工作原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统有电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要是转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可拟制电网电压波动对转速的影响，试验系统的组成如图6-8所示。
系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便的改变电机的转速。
ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制启动电流的目的，ACR的输出作为移向触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制和的目的。
当加入给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。
四．实验设备及仪器1，NMCL系统教学实验台主控制屏。
2,。
NMCL—18组件（适合NMCL—Ⅱ）或那么长了组件（适合NMCL—Ⅲ）。
3．NMCL—33组件或NMCL—53组件。
4．NMCL—03A三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。
5．电机导轨及测速装置、直流发电机M01。
6．直流电动机M03。
五．注意事项1．三相主电压源连线时需注意，不可换错相序。
2．电源开关闭合时，过流保护，过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。
3．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug启动电机。
4．启动电机时，需吧MEL —13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载启动。
双闭环调速系统的工作原理及其调试一、双闭环调速系统的分析1．双闭环调速系统的原理图图2-1 转速、电流双闭环调速系统ST ——转速调节器 LT ——电流调节器 SF ——测速发电机LH ——电流互感器 gn U 、fn U ——转速给定和速度反馈电压2．双闭环调速系统的工作原理采用双闭环调速系统即可保证在起动过程中，起动电流不超过某一最大值，而使电机和可控硅元件不会被烧坏，又能保证稳态精度，这主要是依靠电流环和转速环的作用。
3．KZS-1型晶闸管直流调速实验装置其面板布置图如图2-2所示。
4．转速调节器STST 的作用是在起动过程中的大部分时间里，转速调节器ST 处于饱和限幅状态，转速环相当于开环，系统表现为恒值电流调节的单环系统，只有转速超调后，ST 退出饱和后，才真正发挥线性调节作用，使转速不受负载变化的影响。
ST 能将输入的给定和反馈信号进行加法、减法、比例、积分微分等运算，使其输出量按某种规律变化，其原理电路如图2-8所示。
图2-2 面板布置图图2-3 转速调节器（ST ）原理电路图ST 采用集成电路运算放大器组成，它具同相输入和反相输入两个输入端，其输出电压与两个输入端电压之差成正比。
2端为给定输入端，1端为反馈信号输入端。
搓在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。
接在反相输入端和调节器输出端之间的网络为反馈阻抗网络。
改变输入与反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。
反向输入端与调节器输出端之间的场效应管起零速封锁作用。
零速时56端为零电平，场效应管导通，调节器输出锁零，56端为-15V 时，场效应管关断，调节器投入工作。
输出采用二极管箍位的外限幅电路。
电位器1RW 用以调节正向输出限幅值，电位器2RW 用以调节负向输出限幅值。
5．电流调节器LT电流调节器LT 的作用是保证在各种正常工作的条件下不发生过电流，在起、制动情况下维持电流恒定。
达到怛流起、制动，从而加快了起、制动过程。
在电网电压波动时，由于LT 反应快可以很快予以制止，减小了电网电压波动时对转速的影响，提高了抵抗电网电压波动能力。
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。
晶闸管双闭环直流调速系统课程设计全程序一．晶闸管整流器设计1.进行主电路形式选择：整流器主电路联结形式的确定：整流器主电路联结形式多种多样，选择时应考虑以下情况：（1）.可供使用的电网电源相数及容量；（2）.传动装置的功率；（3）.允许电压和电流脉动率；（4）. 传动装置是否要求可逆运行，是否要求回馈制动；本设计任务已规定采用晶闸管三相全控桥式整流电路，具有以下特点：2整流变压器的选择：整流变压器一次侧接交流电网，二次侧连接整流装置。
整流变压器的选择主要内容有连接方式、额定电压、额定电流、容量等。
（1）整流变压器的作用和特点1）整流变压器的作用：变换整流器的输入电压等级。
由于要求整流器输出直流电压一定，若整流桥路的交流输入电压太高，则晶闸管运行时的触发延迟角需要较大；若整流器输入电压太低，则可能在触发延迟角最小时仍不能达到负载要求的电压额定值。
所以，通常采用整流变压器变换整流器的输入电压等级，以得到合适的二次电压。
实现电网与整流装置的电气隔离，改善电源电压波形，减少整流装置的谐波对电网的干扰。
2）整流变压器的特点：由于整流器的各桥臂在一周期内轮流导通，整流变压器二次绕组电流并非正弦波（近似方波），电流含有直流分量，而一次电流不含直流分量，使整流变压器视在功率比直流输出功率大。
当整流器短路或晶闸管击穿时，变压器中可能流过很大的短路电流。
为此要求变压器阻抗要大些，以限制短路电流。
整流变压器由于通过非正弦电流引起较大的漏抗压降，因此它的直流输出电压外特性较软。
整流变压器二次侧可能产生异常的过电压，因此要有很好的绝缘。
3）整流变压器的联结方式（2）.整流变压器二次相电压的计算1）整流变压器的参数计算应考虑的因素。
由于整流器负载回路的电感足够大，故变压器内阻及晶闸管的通态压降可忽略不计，但在整流变压器的参数计算时，还应考虑如下因素：a)最小触发延迟角min α：对于要求直流输出电压保持恒定的整流装置，α应能自动调节补偿。
课程设计任务书某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为：直流电动机：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1Ω，电枢电路总电阻R=0.2Ω，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数λ，折算到电动机轴的飞轮惯量。
晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数电流反馈系数β(转速反馈系数α()滤波时间常数取，。
；调节器输入电阻R0=40Ω。
设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量σ；空载起动到额定转速时的转速超调量σ。
目录课程设计任务书 (1)第一章直流双闭环调速系统原理 (3)1.1系统的组成 (3)1.2 系统的原理图 (4)第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6)2.1 电流调节器的设计 (6)2.2 转速调节器的设计 (13)第三章系统仿真 (21)心得体会 (25)参考文献 (26)第一章直流双闭环调速系统原理1.1系统的组成转速、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。
采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。
为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。
按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。
故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以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（或称串级）联接，如图1-1所示。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。
1双闭环直流调速系统课程设计报告第一章主电路设计与参数计算调速系统方案的选择因为电机上网容量较大又要求电流的脉动小应采纳三相全控桥式整流电路供电方案。
电动机额定电压为220V 为保证供电质量应采纳三相减压变压器将电源电压降低。
为防止三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的扰乱。
主变压器采纳 A/D 联络。
因调速精度要求较高应采纳转速负反应调速系统。
采纳电流截止负反应进行限流保护。
出现故障电流时过电流继电器切断主电路电源。
为使线路简单工作靠谱装置体积小宜采纳 KJ004 构成的六脉冲集成触发电路。
该系统采纳减压调速方案故励磁应保持恒定励磁绕组采纳三相不控桥式整流电路供电电源可从主变压器二次侧引入。
为保证先加励磁后加电枢电压主接触器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合同时设有弱磁保护环节电动机的额定电压为 220V 为保证供电质量应采纳三相减 2 压变压器将电源电压降低为防止三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的扰乱主变压器采纳D/Y 联络。
1.1 整流变压器的设计 1.1.1 变压器二次侧电压U2 的计算U2 是一个重要的参数选择过低就会没法保证输出额定电压。
选择过大又会造成延迟角α加大功率因数变坏整流元件的耐压高升增添了装置的成本。
一般可按下式计算即BAUUd2.112 1-1 式中 A-- 理想状况下α0°时整流电压 Ud0 与二次电压U2 之比即AUd0/U2B-- 延缓角为α时输出电压Ud 与 Ud0 之比即BUd/Ud0 ε——电网颠簸系数系数依据设计要求采纳公式11.2——考虑各样因数的安全BAUUd2.112 1-3由表查得A2.34 取ε 0.9 角α考虑 10°裕量则Bcosα 0.985222011.21061272.340.90.985UV 取 U2120V 。
电压比KU1/U2380/1203.2 。
1.1.2 一次、二次相电流 I1 、I2 的计算由表查得 KI10.816 KI20.816 考虑变压器励磁电流得取1.1.3 变压器容量的计算S1m1U1I1 1-4 S2m2U2I2 1-5S1/2S1S2 1-6 式中 m1、m2 -- 一次侧与二次侧绕组的相数表查得 m13m23 S1m1U1I13× 380×1415.6KVA由S2m2U2I23×110×44.914.85 KVA考虑励磁功率LP220×1.60.352kW 取 S15.6kvA 1.2 晶闸管元件的选择晶闸管的额定电压晶闸管实质蒙受的最大峰值电压TNU 乘以 23 倍的安全裕量参照标准电压等级即可确立晶闸管的额定电压 TNU 即 TNU 23mU 整流电路形式为三相全控桥查表得26UUm 则223236236110539808TNmUUUV 3-7 取晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是一定使管子同意经过的额定电流有效值TNI 大于实质流过管子电流最大有效值TI8 即 4 TNI 1.57AVTITI 或AVTI57.1TI57.1TIddIIKdI 1-8 考虑 1.52 倍的裕量AVTI1.52KdI 1-9 式中KTI/1.57dI-- 电流计算系数。
晶闸管双闭环直流调速系统设计引言：直流调速系统广泛应用于电机控制领域，其中晶闸管双闭环直流调速系统具有较好的性能和可靠性。
本文将介绍晶闸管双闭环直流调速系统的设计原理和步骤，并分析其性能和可行性。
一、系统设计原理：晶闸管双闭环直流调速系统由速度环和电流环组成。
其中速度环通过测量电机转速与期望速度之间的误差并反馈控制，通过调整电机的输入电压来改变电机的转速。
电流环通过测量电机输出电流与期望电流之间的误差并反馈控制，通过调整晶闸管的导通角来改变电机的输出电流。
速度环和电流环通过PID控制器进行控制，实现闭环控制。
二、系统设计步骤：1.确定系统参数：包括电机参数、电压参数、电流参数和速度参数等。
根据实际情况选择合适的参数值。
2.设计速度环：首先选择合适的速度传感器进行速度测量，如光电编码器或霍尔元件。
然后根据测量值与期望速度之间的误差计算PID控制器的输出值，进一步控制电机的输入电压。
3.设计电流环：选择合适的电流传感器进行电流测量，如电流互感器或霍尔元件。
根据测量值与期望电流之间的误差计算PID控制器的输出值，进一步控制晶闸管的导通角。
4.设计反馈回路：将测量到的速度和电流信号经过滤波器进行滤波处理，减小干扰。
然后将滤波后的信号输入到PID控制器，计算控制器的输出值。
最后将控制器的输出值经过扩大器进行放大，最终作为输入信号驱动电机。
5.系统仿真和优化：使用MATLAB等仿真软件进行系统仿真，分析系统的性能和稳定性。
根据仿真结果，调整控制参数和系统结构，优化系统性能。
三、系统性能和可行性分析：晶闸管双闭环直流调速系统具有较好的稳态和动态性能。
速度环能够实现对电机速度的精确控制，适应不同负载的要求。
电流环能够实现对电机输出电流的精确控制，保证电机的安全运行。
经过优化设计的系统具有较快的响应速度、较小的超调量和较好的稳定性。
总结：本文介绍了晶闸管双闭环直流调速系统的设计原理和步骤，并分析了其性能和可行性。
4•仿真实验95•仿真波形分析13三、心得体会14四、参考文献161•课题研究的意义从七十年代开始，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就是一个典型的系统，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。
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。
2•课题研究的背景电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。
从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET，第三代复合场控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。
每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。
同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。
正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。
(3-16) 取：(3-17) ◎i=4.3%<5%，满足课题所给要求。
3.3速度调节器设计电流环等效时间常数1/K。
取KT乙=0.5,贝IJ：1二2X0.0067二0.0134K(3-15)转速滤波时间常数T on。
目录目录 (1)摘要 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。
第〇章任务书........................................................................................... 错误!未定义书签。
（一）设计参数....................................................................................... 错误!未定义书签。
（二）设计要求....................................................................................... 错误!未定义书签。
第一章主电路设计................................................................................... 错误!未定义书签。
（一）系统组成............................................................................... 错误!未定义书签。
（二）主电路原理........................................................................... 错误!未定义书签。
（三）主电路元器件参数计算及器件选型................................... 错误!未定义书签。
1.3.1整流元器件参数计算与选型.................................................. 错误!未定义书签。
