單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)

1、2級電氣工程及其自動化專業(yè)電力拖動控制系統(tǒng)課程設計單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)設計姓名：院別：工學院專業(yè)：電氣工程及其自動化學號：指導教師：2014年12月工學院課程設計評審表學生姓名專業(yè)電氣工程及其自動化年級11級學號設計題目單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)評價內(nèi)容評價指標評分權值評定成績設計目的及設計方案有扎實的基礎理論知識和專業(yè)知識；能正確設計實驗方案；獨立進行實驗工作；能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。選題合理、目的明確。設計方案正確，具有可行性、創(chuàng)新性。20課程設計結果論文能夠根據(jù)設計任務書，確定主電路的選型、驅動電路的選型；對雙閉環(huán)系統(tǒng)調節(jié)器（包括電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器）進行動態(tài)設計；對

2、系統(tǒng)中主電路的元部件進行參數(shù)計算；電路中有必要的電氣保護。設計過程中要有創(chuàng)新意識；繪制V-M雙閉環(huán)不可逆調速系統(tǒng)的電氣原理總圖、整體調速系統(tǒng)的系統(tǒng)結構框圖；并有整體調速系統(tǒng)設計方案的Simulink仿真圖及分析。50課程設計態(tài)度按期完成規(guī)定的任務，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵守紀律；工作作風嚴謹務實。態(tài)度認真、學習刻苦。5課程設計說明書實驗正確，分析處理科學；文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；設計報說明書的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于3篇）。5答辯能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題;綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理

3、；20合計100指導教師評語電力拖動控制系統(tǒng)課程設計課程設計任務書設計題目：單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)指導老師參加學生第五組設(1)掌握單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)的設計方法；(2)了解電壓負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)工作原理及其組成；計(3)加深了解電壓負反饋在調速系統(tǒng)中的應用；目(4)了解MATLAB在電氣工程與自動化專業(yè)中的應用；的(5)學習分析、設計、仿真電路的一般步驟；(6)通過此設計培養(yǎng)實際動手能力和解決問題的能力；設直流電動機：額定電壓220V，額定電流136A，額定轉速1460r/min,電樞電阻R=0.2Q，允許過載倍數(shù)入=1.5；電樞回路總電阻R=0.5Q，電樞回路a計總電感L-15mH

4、,電動機軸上的總飛輪轉矩GD2-22.5Nm2,晶閘官裝置參數(shù)如下：放大系數(shù)K=40,轉速反饋系數(shù)a=0.007Vmin/r,T=0.01s。son三相橋式電路的平均失控時間T=0.00167s；放大系數(shù)K=40；電磁時間ss依常數(shù)T=0.03s；機電時間常數(shù)T=0.29s；電動機額定磁通下的電動勢系數(shù)LmC=0.104；電壓反饋系數(shù)a=0.007。e穩(wěn)態(tài)轉速無靜差，調速范圍D-10，電流超調量小于5%，空載啟動到額定據(jù)轉速的轉速超調量小于10%(按退飽和超調計算)。(1)根據(jù)題目的技術要求，分析論證并確定主電路的結構形式和閉環(huán)調速系設統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。(2)調速系統(tǒng)主電路元部

5、件的確定及其參數(shù)計算。計(3)動態(tài)設計計算與實現(xiàn)：根據(jù)技術要求，對系統(tǒng)進仃動態(tài)校正，使調速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，其參數(shù)計算。并滿足動態(tài)性能指標的要求。調速系統(tǒng)控制電路元部件的確定及要(4)完成直流電機調速控制系統(tǒng)設計。(5)繪制單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)的電氣原理總圖。(6)學習并掌握MATLAB/Silmulink直流調速系統(tǒng)仿真方法，給出直流調速系求統(tǒng)的轉速和電流仿真波形。并對波形進行簡單的分析(7)整理設計數(shù)據(jù)資料，課程設計總結，撰寫設計計算說明書。(1)選題合理、目的明確(10分)評(2)設計方案正確，具有可行性、創(chuàng)新性(10分)分(3)設計結果一繪制單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)的電氣原理圖，設計調

6、速系統(tǒng)，進行必要的系統(tǒng)仿真。(50分)標(4)態(tài)度認真、學習刻苦、遵守紀律(5分)準設計說明書的規(guī)范化、參考文獻充分(不少于3篇)(5分)答辯(20分)單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)設計說明書前言電力拖動控制系統(tǒng)是把電能轉換成機械能的裝置，它被廣泛地應用于一般生產(chǎn)機械需要動力的場合，也被廣泛應用于精密機械等需要高性能電氣傳動的設備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉矩等。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到應用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管一電動機調速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)），和旋轉變流機組及離子拖動

7、變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。本設計報告主要講述單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)相關內(nèi)容。電壓負反饋調速是比轉速負反饋調速更簡單和容易實現(xiàn)的一種調速方式。在電動機轉速不很低時，電樞電阻壓降比電樞端電壓要小得多，因而可以認為直流電動機的反電動勢與端電壓近似相等或者說電機轉速近似與端電壓成正比。電壓負反饋控制系統(tǒng)與轉速負反饋控制系統(tǒng)相比，調速指標低，可采用電流補償（IR）的辦法解決，這樣可使系統(tǒng)簡單，指標也可達到滿意的程度。首先根據(jù)設計要求確定調速方案和主電路的結構型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對電路各元件參數(shù)的計算和器件的選

8、型，最后給出參考資料和設計體會。由于設計者知識掌握的深度和廣度有限，本設計尚有不完善的地方，敬請老師、同學批評指正！目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第1章設計任務書1 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 第2章單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)的總體設計2 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第3章主電路設計4 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 第4章MATLAB/SIMULI

9、仿真.7 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第5章總結8 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 第6章實習心得體會8參考文獻附錄1MATLAB/SIMULINK仿真圖及結果附錄2單閉環(huán)電壓反饋調速系統(tǒng)電氣原理總圖 二、主要器件選擇根據(jù)二極管的最大整流平均、和最高反向工作電壓Ur分別應滿足:Il.lxI十2二l.lx136/2二74.8Afo(AV)U1.1XU二1.1-2X220二342.2VR2選用大功率硅整流二極管，型號和參數(shù)如下所示:型號正向平均整流反向重復峰值瞬間平均正向額定正向平均電流I(

10、A)o電壓URM(V)壓降u(V)F電流IF(A)MR2504G254001.1878.5在設計主電路時，濾波電容是根據(jù)負載的情況來選擇電容C值，使RC(35)T/2，且有:U二0.9x220 x0.95二188V(V)dmax2xC1.5X0.02，即C15000uF因此，選用型號為CD15的鋁電解電容，其額定直流電壓為400V，標稱容量為22000uF。最大工作電流Imax2Us/R=440/0.5=880(A)集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓(集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓(BVCE。)(BV)三(23)Us=440660vCEOAVR調節(jié)器設計圖6.含濾波電容的AVR電路原理圖Tl=L=罟=0.

11、03sc_U-1R_220V-136Ax0.20_0132min/Cnomnoma0132Vmin/rennom1460r/minC=9.55C=9.55x0.132Vmin/r=1.261Vmin/rmeGD2R22.5N.m2x0.50=0.18s375CC3750.132V-min/rx1.261V-min/remAnopRI=d=0.5X136二512.5r/min0.132An=clnsND(1-s)20 x95%=I46。X5%=3.84r/minAn512.5K=op-1二-1二138.46An3.84clU=U-IR=220-136x0.3=179.2Vad0drecy=Uu=

12、護=需=0.056aaK=138.46=61.81pKy40 x0.056T二T+T二0.01+0.0017二0.0117s工vson(三相橋式電路平均失控時間為T=0.0017s)s按典II系統(tǒng)進行設計，并取h=5，則：工=hT=5x0.0117=0.0585svXvTI7/、61.81(0.0585s+1)故調節(jié)器傳遞函數(shù)為:Wp(s)=丿三、調速系統(tǒng)靜特性電壓負反饋調速系統(tǒng)轉速靜特性方程為0.0585sKKU*RC(1+K)C(1+K)dee-RI(K=CdeKKy)ps帶電流補償?shù)碾妷贺摲答侅o特性為：KKUn=pC(1+K)C(1+K)eRrecKK0+IdC(1+K)de(0=丄)K

13、Kps第4章MATLAB/SIMULINK仿真一、MATLAB/SIMULINK仿真結構框圖圖7MATLAB/SIMULINK仿真結構框圖二、仿真結果圖圖8MATLAB/SIMULINK仿真結果曲線圖仿真結果分析：由仿真結果可知，采用PI調節(jié)器實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)時轉速無靜差，但快速性較差，在起動過程中且存在超調，這種超調是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調，可以稱作“退飽和超調”第5章總結電壓負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)相對于轉速負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)來說，其穩(wěn)態(tài)性能要差一些，但是，要實現(xiàn)轉速負反饋必須要有轉速檢測裝置，例如測速發(fā)電機以及電磁脈沖測速器等等，其安裝和維護都比較麻煩，常常是系統(tǒng)裝置中可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。

14、因此，對于調速指標要求不高的系統(tǒng)來說，電壓負反饋是一個不錯的選擇?？傊?，在實際生產(chǎn)中，電壓負反饋比轉速負反饋更容易實現(xiàn)，對經(jīng)濟條件要求不高，更適用于低精度要求的生產(chǎn)系統(tǒng)中。第6章實習心得體會歷經(jīng)一周的課程設計結束了，這一周雖然過得很快，但收獲卻頗多。我們設計的課題是單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)，通過這次單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)的設計與仿真，我學到了Simulink仿真的一些方法，更加深入的了解了MATLAB這款非常優(yōu)秀的數(shù)學軟件。由于以前并沒有使用過Simulink仿真，所以在實驗的時候也出現(xiàn)了很多問題，主要體現(xiàn)在元件不熟悉，參數(shù)設置等方面。雖然這次的實驗基本完成，但其中也存在著許多不足之處，在以

15、后的學習中，我將更加深入的學習這款軟件，以期在畢業(yè)的時候能夠更好的掌握Simulink仿真技術，在工程應用上取得更好的成績。另外，通過本次實習，使我對電力拖動系統(tǒng)的知識有了更多的了解吧。在設計過程中，盡管有許多模糊的知識點需要重新去學習，可在不知不覺中，許多原來不懂的知識現(xiàn)在竟然都能理解了，特別是對直流調速系統(tǒng)方面有了更加深入的了解。通過此次設計實習，我不但對單閉環(huán)電壓負反饋調速系統(tǒng)有了更加深入的認識，而且還學到了與此次設計內(nèi)容相關的去多知識，知道了什么是電壓負反饋，懂得了轉速反饋調速的原理，更加深入地了解了電機控制、運動控制、PI調節(jié)器等的設計。參考文獻陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)一運動控制系統(tǒng)第三版機械工業(yè)出版社.2003.7王兆安劉進軍電力電子技術北京：機械工業(yè)出版社，2009.畢效輝.自動控制理論.中國輕工業(yè)出版社.2009.8洪乃剛.電力電子電機、控制系統(tǒng)仿真技