双闭环三相异步电机调压调速系统实验报告

双闭环直流调速系统设计及仿真

一 转速、电流双闭环控制系统

一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流

电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达

到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入

稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。

0nnt图1 转速调节系统理想起动过程

为实现在约束条件快速起动，关键是要有一 个使电流保持在最大

值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的

负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到

了两个控制阶段。起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒

定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速

保持恒定，应以转速负反馈为主。如何才能做到使电流、转速两种负反

馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系

统。如图2所示。图2 双闭环直流调速控制系统原理图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以

得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。

图3 双闭环直流调速系统动态结构图

在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波

和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤

波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流

分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入

一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由

测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤

波，其时间常数用表示[2]。二 双闭环控制系统起动过程分析

前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于

理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先

探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，

转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR

经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶

SGDDZ-01电力电子技术及电机控制实验装置

一、概述

"SGDDZ-01型电力电子及电气传动技术实验装置"依据高等院校最新统编教材《电力电子技术》(第五版)(西安交通大学王兆安编著)、《电力拖动自动控制系统》（第三版）(上海大学陈伯时编著)等实验大纲的要求，吸收国内、外同类产品的优点，充分考虑了实验室的现状和发展趋势，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。

二、特点

1、综合性强本装置综合了目前国内各类学校电力电子、半导体变流、交直流调速、交流变频、电机控制、控制理论等实验项目。

2、适应性强能满足各类学校相应课程的实验教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、整套性强从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接专用导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。

4、直观性强 各实验挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。 5、科学性强装置占地面积少，节约实验用房，减少基建投资；配套的小电机均经特殊设计，可模拟中小型电机的特性和参数；小电机耗电省，节约能源，实验噪声小，整齐美观，改善实验环境；实验内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设设计性实验。

6、开放性强控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，各测量仪表均有可靠的保护功能，使用安全可靠；控制屏还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创造了条件。

7、先进性强本装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动以及典型的新器件应用的大量现代电力电子技术实验，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。

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.专业.整理. 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：UN=220V，IN=205A，nN=575r/min , Ra=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=2，折算到电动机轴的飞轮惯量GD2=215Nm2。

晶闸管整流装置放大倍数Ks=40，滞后时间常数Ts=0.0017s

电流反馈系数β=0.024V/A(≈10V/2IN)

转速反馈系数α=0.017V min/r(≈10V/nN)

滤波时间常数取 Toi=0.001s，Ton=0.01s。

Unm∗=Uim∗=Ucm=10V；调节器输入电阻R0=40kΩ。

设计要求：

稳态指标：无静差；

动态指标：电流超调量σi≤5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10% 。

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.专业.整理. 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

双闭环晶闸管不可逆直流调速实验报告

一、实验目的

1.了解双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的基本原理和结构。

2.掌握双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的调试方法。

3.熟悉双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的性能指标。

二、实验原理

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统是一种常用的电力调节系统，它由电源、整流器、滤波器、逆变器、电机、传感器、控制器等组成。其中，电源提供直流电源，整流器将交流电转换为直流电，滤波器对直流电进行滤波，逆变器将直流电转换为交流电，电机将交流电转换为机械能，传感器检测电机的转速和位置，控制器根据传感器的反馈信号控制逆变器输出电压和频率，从而实现电机的调速。

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的控制器采用双闭环控制结构，即速度环和电流环。速度环控制电机的转速，电流环控制电机的电流。速度环和电流环之间通过PID控制器进行耦合，实现系统的稳定性和动态性能。

三、实验器材

1.双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验箱。

2.直流电机。

3.数字万用表。

4.示波器。

5.电阻箱。

6.电容。

7.电感。

8.开关。

9.电源。

四、实验步骤

1.将实验箱中的电源、整流器、滤波器、逆变器、电机、传感器、控制器等连接好。

2.将电机连接到逆变器的输出端口。

3.将传感器连接到电机的轴上。

4.将数字万用表和示波器连接到控制器的输出端口。

5.将电阻箱、电容、电感、开关等连接到控制器的输入端口。

6.按照实验箱的说明书进行调试，调整控制器的参数，使得电机能够稳定运行，并且能够实现调速。

7.记录电机的转速、电流、电压等参数，并且分析系统的性能指标。

五、实验结果

经过调试，双闭环晶闸管不可逆直流调速系统能够稳定运行，并且能够实现调速。在不同的负载下，电机的转速、电流、电压等参数均能够满足要求。通过分析系统的性能指标，发现系统的响应速度较快，稳态误差较小，动态性能较好。

六、实验结论

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统是一种常用的电力调节系统，它能够实现电机的调速，并且具有较好的动态性能和稳态性能。在实际应用中，需要根据具体的要求进行调试和优化，以达到最佳的性能指标。