雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考案例

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《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

一、課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)

（一）系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型

1、主回路方案確定。

2、控制回路選擇：給定器、調(diào)理放大器、觸發(fā)器、穩(wěn)壓電源、電流截止

環(huán)節(jié)，調(diào)理器鎖零電路、電流、電壓檢測環(huán)節(jié)、同步變壓器接線方式（須對(duì)以上環(huán)節(jié)畫出線路圖，說明其原理）。

（二）主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇

1、整流變壓器計(jì)算：變壓器原副方電壓、電流、容量以及聯(lián)接組別選擇。2、晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計(jì)算及定額選擇。

3、系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)：快速熔斷器計(jì)算選擇、阻容保護(hù)計(jì)算選

擇計(jì)算。

4、平波電抗器選擇計(jì)算。（三）系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

1、電流調(diào)理器ACR中Ci、Ri計(jì)算。

Rn計(jì)算。2、轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR中Cn、3、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算。

（四）畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖。

使用A1或A2圖紙，并畫出動(dòng)態(tài)框圖和波德圖（在設(shè)計(jì)說明書中）。二、基本要求

1、使學(xué)生進(jìn)一步熟悉和把握單、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理，了解工程設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。

2、熟練把握主電路結(jié)構(gòu)選擇方法，主電路元器件的選型計(jì)算方法。3、熟練把握過電壓、過電流保護(hù)方式的配置及其整定計(jì)算。4、把握觸發(fā)電路的選型、設(shè)計(jì)方法。5、把握同步電壓相位的選擇方法。

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6、把握速度調(diào)理器、電流調(diào)理器的典型設(shè)計(jì)方法。7、把握電氣系統(tǒng)線路圖繪制方法。8、把握撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告的方法。三、課程設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)

有以下四個(gè)設(shè)計(jì)課題可供選用：A組：

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe＝1.1KW，額定電流Ie=6.7A，磁極對(duì)數(shù)P=1，ne=1500r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=2.34Ω,主電路總電阻R＝7Ω，L

∑

＝246.25Mh(電樞電感、平波電感和變壓器電感之和)，Ks=58.4，機(jī)電時(shí)間常數(shù)

Tm=116.2ms，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi=0.00235s，過載倍數(shù)λ＝1.5，電流給定最大

???10V，速度給定最大值Un?10V值UimB組：

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe＝22KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=116A,磁極對(duì)數(shù)P=2，ne=1500r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=0.112Ω,主電路總電阻R＝0.32Ω，L∑＝37.22mH(電樞電感、平波電感和變壓器電感之和)，電磁系數(shù)Ce=0.138Vmin／r，Ks=22，電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.116ms，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.157ms，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi=0.00235s，過載倍數(shù)λ＝1.5，電流給定最大

???10V，速度給定最大值Un?10V值UimC組：

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe＝145KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=733A,磁極對(duì)數(shù)P=2，ne=430r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=0.0015Ω,主電路總電阻R＝0.036Ω，Ks=41.5，電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.0734ms，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.0926ms，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi=0.01s，過載倍數(shù)λ＝1.2，電流給定最大值

Uim?8V?，速度給定最大值

U?n?10V

D組：

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe＝145KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=6.5A,磁極對(duì)數(shù)P=1，ne=1500r/min,勵(lì)磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=3.7Ω,主電路總電阻R＝7.4Ω，Ks=27，電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.033ms，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.26ms，

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濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0031s，Ton=0.01s，過載倍數(shù)λ＝1.5，電流給定最大值

Uim?8V?，速度給定最大值

U?n?10V，β＝0.77V/A，α＝0.007Vmin／r

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雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考案例

第一章緒論

1．1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述

三十多年來，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中依舊難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。1．2研究課題的目的和意義

直流電動(dòng)機(jī)因具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在大量需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)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—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）。采用速度、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)過程，調(diào)速范圍廣，精度高，和旋轉(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)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能均好，且系統(tǒng)易于控制。雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)用來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流環(huán)控制輸出電流；該系統(tǒng)可以自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響；且采用雙閉環(huán)控制提高了系統(tǒng)的阻尼比，因而較之單閉環(huán)控制具有更好的控制特性。

盡當(dāng)今功率半導(dǎo)體變流技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但在工業(yè)生產(chǎn)中V-M系統(tǒng)的應(yīng)用還是有相當(dāng)?shù)谋戎?。所以以此為課題進(jìn)行研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1.3雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀(jì)七十年代在國外一些發(fā)達(dá)國家興起，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)成熟，在二十一世紀(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與智能化。我國在直流調(diào)速產(chǎn)品的研發(fā)上取得了一定的成就，但和國外相比仍有很大差距。我國自主的全

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數(shù)字化直流調(diào)速裝置還沒有全面商用，產(chǎn)品的功能上沒有國外產(chǎn)品的功能強(qiáng)大。而國外進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給國產(chǎn)的全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置提供了發(fā)展空間。

目前，發(fā)達(dá)國家應(yīng)用的先進(jìn)電氣調(diào)速系統(tǒng)幾乎完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用到了各類儀器儀表，機(jī)械重工業(yè)以及輕工業(yè)的生產(chǎn)過程中。隨著全球科技日新月異的發(fā)展，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢也向著控制的數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

而在我們國內(nèi)，雙閉環(huán)控制也已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展時(shí)期，目前已經(jīng)基本發(fā)展成熟，但是目前的趨勢仍是追趕著發(fā)達(dá)國家的腳步，向著數(shù)字化發(fā)展。1.4課程設(shè)計(jì)要求

1．研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

2．調(diào)速系統(tǒng)主電路參數(shù)計(jì)算及元件的確定（包括有變壓器、晶閘管、平波電抗器等）。

3．驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)（模擬觸發(fā)電路、