转速负反馈晶闸管

目录第一章绪论 (2)第二章主电路结构选择 (3)2.1变压器参数计算 (4)第三章双闭环直流调速系统设计 (5)3.1电流调节器的设计 (7)3.2转速调节器的设计 (10)第四章触发电路的选择与原理图 (14)第五章直流调速系统MATLAB仿真 (16)第六章总结 (18)第七章参考文献 (18)第一章绪论转速负反馈控制直流调速系统（简称单闭环调速系统）PI调节器的单闭环转速系统可以实现转速调节无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。

但转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。

对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。

在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。

当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。

这类理想启动过程示意下图1所示。

图1 单闭环调速系统理想启动过程启动电流呈矩形波，转速按线性增长。

这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。

下面我们引入了一种双闭环系统来对控制系统进行优化。

第二章 主电路结构选择目前具有多种整流电路，但从有效降低脉动电流保证电流连续和电动机额定参数的情况出发本设计选用三相桥式全控整流电路，其原理如图2-1所示，习惯将其中阴极连接在一起到3个晶闸管（531,,VT VT VT ）称为共阴极；阳极连接在一起的3个晶闸管（642,,VT VT VT ）称为共阳极，另外通常习惯晶闸管从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶体管分别是531,,VT VT VT ,共阳极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶闸管分别是642,,VT VT VT 。

图2-1 三相桥式全控整流电路原理图其工作特点为：1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。

第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节 单闭环直流调速系统一、转速负反馈直流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。

转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。

直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。

经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。

转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。

ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。

本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。

1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。

n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ∆+=+-=+-=0)(φφφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降，而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。

转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。

图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。

图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。

假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。

当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。

一、前言：电动机作为一种有利工具，在日常生活中得到了广泛的应用。

而直流电动机具有很好的启动，制动性能，所以在一些可控电力拖动场所大部分都采用直流电动机。

而在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。

而在其中又以带电流截至负反馈的晶闸管直流单闭环调速系统最为常用。

整个系统由晶闸管、电流截至负反馈环节、晶闸管触发电路、平波电抗器、过电压保护装置、过电流保护装置、比例积分调节器、转速反馈环节构成，能很好的实现直流电动机的调速过程。

二、设计内容：（1）、调速的方案选择：1. V—M系统简介晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其简单原理图如图1。

图中VT是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。

优点：通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。

缺点：1．由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。

2．元件对过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。

因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。

图12、开环系统和闭环系统的选择上述图1所示的系统是一个开环系统，调节控制电压Uc就可以改变电动机的转速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，所以这时开环调速就不满足要求。

这时我们就可选用闭环调速系统。

闭环调速系统和开环调速系统相比，在静特性方面有一下几个有点：a、闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。

b、闭环系统的静差率要比开环系统小得多。

c、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。

3、电流截止负反馈在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。

晶闸管—直流电动机自动调速测速负反馈线路_图文直流电动机自动调速线路分析与排故任务一晶闸管—直流电动机自动调速测速负反馈线路基本电路分析任务1 参观直流电动机自动调速实训室一、实训室守则1、实验课前，应认真预习有关内容，明确实训的目的和要求，了解其基本原理、方法、步骤。

2、进入实训室参加实验的同学，要遵守纪律，按指定座位就坐，不得拥挤和大声喧闹。

3、涉及不到的电器、设备请不要擅自动用，更不要在设备上面乱涂乱画。

进入实验室后认真阅读本次实训说明书和图纸，在老师指导下进行实训操作。

4、在实验过程中，要认真听取教师的讲解和指导，必须严格按照实验的操作规程进行操作，按时完成实验报告。

5、实验室内的一切物品，未经老师许可，不得随意带出实验室。

二、介绍学习安排学校设备只有4台，故教学中先集中讲课，然后分组教学、练习。

1. 第一次课:全班学生集中多媒体，教师讲课，学生听课，了解电路的基本情况后，将全班学生分组，分8组，每组5-6人，指定学习较好的同学担任组长。

组织各位组长到实训室实际上机操作演示、排故。

先把几个组长培养好。

目的:认识电路，对电路结构、原理有初步的认识;各位组长基本学会上操作。

2.第二次课:有各组组长带队，分2批次，每批次4组，分别上机，练习操作、排故。

教师现场辅导、指导学生学习。

目的:大部分学生能上机操作，对电路能进一步熟悉，对电路存在的故障现象有初步了解，对排故过程有认识，初步掌握方法。

3. 第三次课:分小组做到2人一台设备，上机操作，练习排故。

相互探讨、学习促进。

目的:操作设备、发现故障、分析故障现象、检测故障、确定故障位置、排除故障。

4.第四次课:模拟考核，1人一台设备，每人检测4个故障点，10分钟内完成。

目的:检验学生的掌握情况，及时发现问题。

任务2 认识晶闸管—直流电动机自动调速测速负反馈线路图一、通过PPT展示电路二、分块解读电路图(一)认识电源部分1(电源部分电源进线220V，由开关LK总控制，停止按钮TA，启动按钮QA，接触器1M组成启保停电路。

实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试方法及电流截止负反馈的整定。

(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。

电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。

这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

1、主回路采用半控桥式全波整流电路。

在主回路中加平波电抗器L，减少整流器输出电流的脉动并尽可能使电流连续。

这时电路呈感性，为了保证晶闸管可靠换相而不失控，故接入续流二极管V2，同时，为了保证晶闸管过电压损害，加入RC阻容吸收装置（R1C1,R4C4)。

2、给定电压和转速负反馈回路，由变压器输出的交流110V电源经过全波整流和C13,R7,C14组成的π形滤波后的直流电压为给定电源。

RP4为调速电位器，RP3为高速上限调整用电位器，RP5为低速下限调整用滤波器，调节RP4可以得到不同的给定电压Ug。

TG为测速发电机，其输出电压与转速成正比。

通过转速负反馈提高系统的机械特性硬度，电位器RP6可调整反馈深度。

给定电压Ug和测速反馈电压Utg反极性串联后由117和157输出到放大器。

3、放大电路，117及157两端输入给定电压与反馈电压综合而成的差值信号。

V31为电压放大，放大后的控制信号给锯齿波发生器的晶体管V32，V32相当于一个可变电阻，改变输入信号的大小，就改变了电容C7的充电时间，进行移相。

V8,V9为输入信号的正负向限幅之用。

电容C8对给定及测速电压起滤波作用，还起给定积分作用，即对输入信号的突变起缓冲作用。

4、C5,R5,R23组成的电压微分负反馈电路。

是为了避免系统发生振荡而设的。

振荡最易在低速运行时出现。

5、电流截止负反馈由1Rg、RP2、V10、V33等元件组成，它是防止电动机在高速起动，正反转切换等情况下电流过大而设。

主回路电流在允许范围内时，1Rg上产生的压降不足以使V10击穿，V33截止，该环节不起作用，当主回路超过时，V10击穿，V33趋近导通，则C7的充电受V33的分流而变慢，触发脉冲后移，整流器输出电压变低，主回路电流降到规定值之内，调节RP2就可以改变主回路电流的限制数值，C9滤波，R14是保证V33在V10击穿以前可靠的截止。

6、触发脉冲电路由同步信号，移相环节和脉冲形成三部分组成。

浙江信息工程学校教案纸（1）施教日期2014 年12 月31 日星期三第19 周第1-2 教时步骤用时教师活动学生活动备注组织教学复习回顾新课导入新课讲授1分钟7分钟2分钟10分钟师生致礼、点名、检查学生学习准备情况、使学生集中注意力上课。

（组织教学贯彻于上课的始终）复习提出问题：1．直流电动机的调速方法有哪些？2．转速负反馈控制系统的工作原理。

（学生回答问题，教师补充说明）补充直流电动机调速控制第三节单闭环有静差直流调速系统一、转速负反馈晶闸管直流调速控制系统1.系统组成由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较环节，电位器RP1为给定元件，测速发电机TG与电位器RP2为转速检测元件。

2.工作原理系统的自动调节过程：学生回答问题学生听课要求做好课堂笔记新课讲授25分钟电网波动负载波动速度负反馈的特点：1）该系统依据输入量之差来改变整流输出电压，以维持转速近似不变，故称该系统为有静差调速系统。

2）系统的开环放大倍数K越大，调节的静差精度就越高。

3）提高放大倍数K是减小转速降，扩大调速范围的有效措施。

受系统稳定性限制，不可能无限增大。

二、闭环速度控制系统的电流控制1.问题的提出：闭环速度控制是利用转速误差来限制电动机端电压，以达到稳定速度的目的。

因此只能限速不能限流，但在生产过程中电动机需要经常启动、制动。

另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况（如挖土机等）。

这些情况都会造成过流。

由于闭环系统的机械特性很硬，若没有限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。

为此，对电动机的冲击电流必须加以限制。

2.引入电流负反馈限制冲击电流学生听课要求做好课堂笔记新课讲授课堂小结25分钟6分钟弊端：由于负反馈的作用在限制大的启动电流的同时，引起大的转速降，机械特性变软，不能满足一般调速系统的要求。

晶闸管直流电动机调速系统设计目录1设计概述 (1)1.1 设计意义及要求 (1)1.2 方案分析 (1)1.2.1 可逆调速方案 (1)1.2.2 控制方案的选择 (2)2主电路的设计与分析 (3)2.1 整流电路 (3)2.2 斩波调速电路 (4)3控制电路的设计与分析 (5)3.1 触发电路的设计与分析 (6)3.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析 (6)3.2.1 欠压锁定功能 (7)3.2.2系统的故障关闭功能 (7)3.2.3软起动功能 (7)3.2.4 波形的产生及控制方式分析 (8)3.3 延时、驱动电路的设计 (8)3.4 ASR和ACR调节器设计 (9)3.4.1 ASR（速度调节器） (9)3.4.2 ACR（电流调节器） (10)结束语 (12)参考文献 (12)附录 (13)晶闸管直流电动机调速系统设计1设计概述1.1 设计意义及要求有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。

改变电枢电压的极性，或改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。

当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统1.2 方案分析1.2.1 可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。

电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。

电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。

电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。

晶闸管-直流电动机闭环-静差调速系统仿真设计内容提要：直流电动机具有调速性能好，启动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。

随着电力技术的发展，特别是晶闸管等器件问世以后，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单，特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度。

关键词：调节器最优模型闭环负反馈静差KEIL目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (1)2.1 V—M系统简介 (1)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (4)2.4反馈控制规律 (5)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (6)2.5.2 比例积分放大器 ............................................................................................．．62.5.3额定励磁下直流电动机 (9)2.6稳定条件 (10)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (11)3.1参数设计及计算 (11)3.1.1参数给出 (11)3.1.2 参数计算 (11)3.2有静差调速系统 (12)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (12)3.2.2主要元件的参数设置 (13)3.2.3仿真结果及分析 (13)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (14)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。

相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。

1.直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。

这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。

（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量σ，超调时间t和震荡次数N三个指标来衡量，图s2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。

最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。

不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。

一般调速系统σ可允许10%~35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%~5%，；而在张力控制的卷曲机反映了系统的快速性。

系统（造纸机），则不允许有超调量。

调整时间ts为0.2s~0.5s，造纸机为0.3s。

振荡次数也反映了系统的例如，连轧机ts稳定性。

例如，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨及轧机则允许振荡1次，而造纸机不允许有振荡。

图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。

一般用最大动态速降Δnmax ，恢复时间tf和振荡次数N三个指标来衡量。

用图2.2是突加负载时的动态响应曲线。

最大动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。

由于最大动态速降及扰动量的大小是有关的，因此必须同时注明扰动量的大小。

恢复时间反映了系统的抗扰动能力和快速性。

振荡次数N同样代表系统的稳定性及抗扰动能力图2.2突加负载时的动态响应曲线2.晶闸管电动机直流调速系统存在的问题图2.3 V-M系统的运行范围晶闸管整流器也有它的缺点。

首先，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。

由半控整流电路构成的V-M 系统只允许单象限运行（图2.3a），全控整流电路可以实现有源逆变，允许电动机工作在反转制动状态，因而能获得二象限运行（图2.3b）。

读图分析：C5.R5引入电压微分负反馈，是为了抑制主回路输出电压的波动，从而减小电机转速的波动，V35、V36脉冲放大器；KA3为电流继电器；V11续流二极管；V10、RP2、R13、R14、C9、R15电流负反馈；RP3给定电压的上限值；RP5是下限值；RP4调节大小；RP6电压反馈；TG测速发电机；以117为参考点，若主回路输出电压升高，则C5上端电压降低，使C7的充电电流变小，C7两端充到峰点电压的时间变长，触发脉冲后移，主回路输出电压变小（起抑制升高的作用），变化越快，抑制越强（微分也就变化）。

V12.V13使晶闸管G、K之间不承受反向电压（V21、V22）.
问答题：1.放大器V31输入端二极管V9的作用是什么？答：输入信号的限幅保护作用。

2.采用电压微分负反馈是为了什么？
答：①电压微分负反馈在动态过程中起作用；
②限制电压的上升率；
③限制转速变化率；
④限制系统的加速度，有利于系统的稳定。

3.主电路中平波电抗器∠β二极管V2的作用？
答：V2是续流二极管，使整流电路在电感负载下，保证晶闸管可靠换相而不失控。

4.三极管V31在零速时处于什么状态？答：处于放大状态（或截止状态）。

5.电枢并联的R6起什么作用？答：R6起能耗制动电阻的作用。

6.为何采用UR4？答：UR4是用来变换测速发电机TG输出电压的极性，使电机不论正转还是反转，系统引入的都为转速负反馈。

第1题转速负反馈晶闸管-直流电动机调速系统原理图分析。