自动控制系统课程
设计报告
课程名称：自动控制系统课程设计
设计题目：配合控制的有环流可逆调速系统设计院系：电气工程系
班级：
设计者：
学号：
同组人：
指导教师：
设计时间： 2015.11.9
课程设计（论文）任务书
绪论
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α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包括触发电路和励磁回路的设计，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。接着控制电路的设计包括电流环、转速环的设计以及反馈回路（电流反馈、转速反馈）的设计。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，，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。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、触发电路和稳压电路的参数计算,最后画出了调速控制电路电气原理图。
第一章 配合控制的有环流可逆调速系统总体设计
1.1总体设计原理
采用两组晶闸管整流装置反并联的可逆V-M 系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，两组装置的整流电压同时出现时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称为环流。一般来说，这样的环流对系统无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此必须予以抑制或消除。
为了防止产生直流平均环流，应该在正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是00d f d r U U =-
由00max sin cos cos d m d m U U U m
π
ααπ==
得
00max 00max cos cos d f d f d r d r
U U U U αα==
其中f α和r α分别为VF 和VR 的触发延迟角。
由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压Ud0max 是一样的，因此，
当直流平均环流为零时，应有cos cos r f αα=-
或180r f αα+=o
如果反组的触发延迟角用逆变角βr 表示，则r f βα=
称作α=β配合控制。为更可靠地消除直流平均环流，可采用r f βα≥ 为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°，即当控制电压Uc=0时，使90f r αα==o ，此时000d f d r U U ==，电机处于停滞状
态。增大控制电压Uc移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。
这样的触发控制电路如图1所示。
图1.触发控制电路
1.2整体设计框图
图2. 转速电流双闭环控制系统整体设计框图
主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中：
正组晶闸管VF，由GTF控制触发，正转时，VF整流；反转时，VF逆变。
反组晶闸管VR，由GTR控制触发，反转时，VR整流；正转时，VR逆变。
转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小触发角与最小逆变角。
1.3 晶闸管触发电路设计
本设计用到两组三相全控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：
VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60O ，可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路。
（1）三相全控桥整流电路的集成触发电路如图3所示
(1~3脚为6路单脉冲输入)
(15~10脚为6路双脉冲输出)
至VT1
至VT2
至VT3
至VT4
至VT5
至VT6
图3.三相全控桥整流电路的集成触发电路
（2）隔离电路
由于晶闸管在主回路中，与触发电路直接相连时易导通，所以要设计一个变压器隔离两部分电路。VD1、VD2用来消除负半周波。
图4. 隔离电路
（3）电源
触发电路需要+15V 、—15V 的稳压电源（直流）和sa U 、sa U 、sa U 同步信号，利用变压器将电网电压降压后接入。
Usa Usc
Usb
图5. 同步信号变压器
第二章 调节器的设计
2.1 电流调节器设计
双闭环直流调速系统动态结构图如图5所示
图6. 双闭环直流调速系统动态结构图
忽略反电动势的影响，并把Ts 和Toi 当作小惯性群近似环节处理，电流内环可化简为
*
图7. 电流环化简后的结构图
2.1.1 确定时间常数
整流装置滞后时间常数Ts 。主电路为三相桥式电路，平均失控时间Ts=0.0017s
电流滤波时间常数Toi 。三相桥式电路每个波头时间为3.3ms ，应有（1~2）Toi=3.33ms ，取Toi=2ms=0.002s 。
电流环小时间常数之和i T ∑。
i s oi
T T T ∑=+=0.0037s
电枢回路电磁时间常数l T 。l T =0.03s 电力拖动系统机电时间常数Tm=0.18s 。 2.1.2 选择电流调节器结构
从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由上图可以看出，采用I 型系统就够了。
从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要因素，为此，电流环应以跟随性为主，应选用典型I 型系统。 2.1.3 计算调节器参数及近似条件校验 （1）调节器参数计算
采用PI 型调节器，其传递函数可以写成
(s 1)(s)s i i ACR i K W ττ+=
式中 Ki-----电流调节器的比例系数；
i τ-----电流调节器的超前时间常数。
为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择
0.03i l T s
τ==
则电流环的动态结构图便成为
