雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì).

1、大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算。驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。繪制VM雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。設(shè)計(jì)要求（假想?yún)?shù)）：該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍

2、（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。系統(tǒng)靜特性良好，無(wú)靜差（靜差率S2）。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量8%，電流超調(diào)量55%，動(dòng)ni態(tài)最大轉(zhuǎn)速降A(chǔ)n810%，調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）t1s。s系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)。調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)，并且有制動(dòng)措施。主電路采用三項(xiàng)全控橋。大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院:專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào):大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院:專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào):雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖在生活中，直接提供的是三相交流760V電源，而直流電機(jī)的供電需要三相直流電，因此要進(jìn)行整流，本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路將三相交流電源變成三相直流

3、電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。如圖2-1設(shè)計(jì)的總框架。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，它將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。本設(shè)計(jì)使用的是晶閘管，即半控型器件。驅(qū)動(dòng)電路對(duì)半控型只需要提供開(kāi)通控制信號(hào)，對(duì)于晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路叫作觸發(fā)電路。直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙

4、閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級(jí)控制的方式。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度；電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動(dòng)態(tài)限流性能和抗擾動(dòng)性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。主電路的結(jié)構(gòu)形式在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采用的是晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)）的原理圖如圖2-2所示。它通過(guò)調(diào)節(jié)處罰裝置GT的控制電壓U來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓U，從而實(shí)現(xiàn)cd平滑調(diào)速。與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)

5、越性。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制角a大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源供電。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因?yàn)槿喟氩ㄕ麟娐吩谄渥儔浩鞫蝹?cè)含有直流分量，故本設(shè)計(jì)采用了三相全控橋整流電路來(lái)供電,大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：該電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行

6、等技術(shù)要求。主電路原理圖三相全控制整流電路由晶閘管VT1、VT3、VT5接成共陰極組，晶閘管VT4、VT6、VT2接成共陽(yáng)極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽(yáng)極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過(guò)其所承受的電壓電流的侵害，在三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是建立在單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)上的，啟動(dòng)電流的變化特性可知，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很快加大到允許過(guò)載能電流很快加大到允許

7、過(guò)載能力值i,并且保持不變，在這個(gè)條件dm下，轉(zhuǎn)速n得到線性增長(zhǎng)，當(dāng)開(kāi)到需要的大小時(shí)，電機(jī)的電流急劇下降到克服負(fù)載所需的電流I值,對(duì)應(yīng)這種要求可控硅整流器的電壓fz學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：在啟動(dòng)一開(kāi)始時(shí)應(yīng)為IR,隨著轉(zhuǎn)速n的上升，U二IR+Cn也上升,dm工dm工e達(dá)到穩(wěn)轉(zhuǎn)速時(shí)，U二IR+Cn。這就要求在啟動(dòng)過(guò)程中把電動(dòng)機(jī)的電fz2e流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量，使之維持在電機(jī)允許的最大值I,并保持不變。dm這就要求一個(gè)電流調(diào)節(jié)帶截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。（注:ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR電流調(diào)節(jié)器TG直流測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流

8、互感器UPE電力電子裝置Un*轉(zhuǎn)速給定電壓Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓Ui*一電流給定電壓Ui電流反饋電壓）為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，如圖2-5所示。這就是說(shuō)把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，在用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)，這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.時(shí)間常數(shù)的確定整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，即三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。電流濾波時(shí)間常數(shù)t。三相橋

9、式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是oi3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有(12)t=3.3ms，因此取oiT=2ms=0.002s。oi(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取工iT=Ts+Toi=0.0037s。(4)電磁時(shí)間常數(shù)T的確定。由前述已求出電樞回路總電感。i0.693x322.7550.1x220二10.17mHUL=K211Idmin則電磁時(shí)間常數(shù)T12.選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)Li-RE10.17mH0.560二0.0182s根據(jù)設(shè)計(jì)要求。5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)i計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為大連海洋大學(xué)課

10、程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院:專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào):大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院:專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào):式中WACR(s)K(Ts+1)iiTSi(3T)K電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);i電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：匕=0.182二4.92，參照表3-1的典型IT0.0037工i型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。表3-1典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系3.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：t二t=0.0182s,電流開(kāi)環(huán)增益：要求bwci近似條件2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件|13V0.21x0.

11、0182-曲4-1w3、TT3T0.0017sx0.002scoi滿足近似條件5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖3-3，按所用運(yùn)算放大器取R0=40kQ，各電阻和電容值為R=KxR=1.594x40kQ二63.76k0ii0t0.0182sC=i=0.285x10-6FiR63.76kQi-Oi4x0.00240 x103F=0.2xlO-6F=0.2yF照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為。二4.3%33T30.0037Xicn滿足簡(jiǎn)化條件(2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為K1135.1i=s-1=387s-13T3T0.01oncn滿足近似條件5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖5-4所示

12、取R0二曲，則二KR=13.31x40kQ二532.4kQn0取530kQTnRn0.087F=0.164x10-6F530 x103取0.2uFCon4TonR04x0.01F=1rF40 x103學(xué)院:專業(yè)班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):學(xué)院:專業(yè)班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙:設(shè)計(jì)報(bào)告紙:設(shè)計(jì)報(bào)告紙大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：6.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查表3-2典型n型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)得，a二37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表3-2是按線性系統(tǒng)n計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)

13、量。表3-2典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按M準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）rminh345678910a52.60%43.60%37.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%t/Tr2.42.652.8533.13.23.33.35t/Ts12.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111表3-3典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系h345678910AC/Cmaxb72.20%77.50%81.20%84.00%86.30%88.10%89.60%90.80%t/Tm2.452.702.853.003.153.253.30

14、3.40t/Tv13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)Z=0，已知I二220A,，n二1200r/min，NN九=1.9,R=0.560，C=0.356V.min/r，T=0.21s，T=0.0174s。工em工n由表5-3查得，AC/C二81.2%而調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)maxb速降（九Z）AnNTn*Tm式中AnNACCb丿電機(jī)中總電阻R=R+R=0.06+0.56=0.620aE調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降IR220 x0.62.n=3831r/mmC0.356en*為基準(zhǔn)值，對(duì)應(yīng)為額定轉(zhuǎn)速n=1200r/m

15、in根據(jù)式(6-24)計(jì)算得N383100174b二2x81.2%x1.9xx二8.12%10%n12000.21滿足設(shè)計(jì)要求7.校核動(dòng)態(tài)最大速降設(shè)計(jì)指標(biāo)要求動(dòng)態(tài)最大速降A(chǔ)n8%10%。在實(shí)際系統(tǒng)中，An可定義為相對(duì)于額定轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)態(tài)速降maxnNA_AC.An=maxAnTOC o 1-5 h zmaxCbbAn=2（Xz）T&nAn=2x1.9x0.0174x383.1=120.6r/min；bTN0.21m查表可知，Cmax=81.2%，所以An=81.2%x120.6/100=97.9r/min；CmaxbAn979An=卄=x100%=8.2%10%n1200N能滿足設(shè)計(jì)要求學(xué)院:專

16、業(yè)班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):學(xué)院:專業(yè)班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):大連海洋大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告紙基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真通過(guò)對(duì)整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)，用MATLAB/SIMULINK對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。首先建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，可以參考該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)形式，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示：雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)框圖StepiJ.iJ-ls+1CjairrlTransferFcn0.087S+-110.087s0.002S+1TransferFcrr1:=:日白ra-riTransferFcn2tj3in1?0.580.0313S+10.03-1

17、3S+1ik.360.0313sTransferFcn3Saturation-1TransferFcn4S3tijr3tion2TransferFcn5Constarit10Scopel0.1250.0023+1TrsnsferFcn8TransferFc：n90.00670.01s+1DeadZone0.580.0B3sTransferFcn70.00369s0.0-1s+-1*TransferFcrrlOTransferFcnB0.133Sgope雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置一個(gè)限幅值，限幅值的大小可以根據(jù)所選的運(yùn)算放大器的輸入電壓的大小來(lái)選定，本設(shè)計(jì)選取的限幅值為土13V。學(xué)院:專業(yè)班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):根據(jù)動(dòng)態(tài)模型圖以及計(jì)算參