带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计

的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。课程设计说明书主题：带电流切断负反馈的单环无静差直流调速系统设计学院(系): 电气院自动化系年级的专家。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。学位。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。学生的名字。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。指导教师。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。教师角色：教授讲师燕山大学本科生课程设计(论文)燕山大学课程设计(论文)任务书院(系):电气工学学院基础教育单位：自动化系取得学位的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。学生姓名的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。专业(班级)的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。设计主题带电流阻断负反馈的单环无静差直流调速系统设计(四)设定计价器技术技术参数数儿相关数据：电机参数： PN=2.2 KW、UN=220V、IN=12.5A、nN=1500 rpm、Uf=220、Idm=18.75A、Ra=1.06、La=8.93mH；其他参数：整流侧内部电阻Rn=0.037、整流变压器泄漏电感=0.24mH、电抗器直流电阻=0.024、电抗器电感=3.20mH、负载GD2换算值=0.709 Kg.m2。设计要求：1 )无静差2 )动态性能指标：稳定且保留一定的相位角、增益稳定馀量3 )采用工程设计法，试着用典型的ii型系统进行了设计。4 )用仿真软件进行仿真，分析结果。设定计价器想要求1 .完成部分设计说明书(包括原理的简要说明和主要参数的计算过程)。 原稿用钢笔或圆珠笔写，笔迹要整齐、清晰2、制作一张电路图(包括主电路、控制电路) A2图，可用铅笔绘制，应满足相关制图标准3、设计说明书和电路图必须符合“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准，规定主电路用粗实线、控制电路用细实线4、设计说明书应包括封面、目录、正文、参考文献等，字数应符合规定。工人创作作品称量1、说明书的一部分在6000字以上。2、A2图纸一张，手工或CAD图纸。3、参考文献3篇以上。工人创作作品计价器划船1 .查阅有关资料2、分析确定控制方案，完成简单的操作电路。3、主电路的设计、计算，并确定主要部件(包括必要的保护环节)4 .电流断路负反馈环设计、转速调节器设计和参数计算。5、电路图设计6 .制作设计说明书参参加考试资金材料1) 电力拖动自动控制系统陈伯时主编(教材)2) 电力电子变流技术黄俊主编(教材)3) 电力拖动自动控制系统习题例题集儿童福尧(教材)4) 电气控制李仁主编(教材)五)自由选择其他有关资料指导教师签字的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。由基础教育机构主任签字的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。说明：本表一式两份，学生，指导教师各一份。 2017年7月1日摘要转速反馈控制直流调速系统将转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效解决调速范围与差率的矛盾，抑制干扰影响消失。 采用比例积分调节器，可实现无静差。 但是，转速反馈控制的直流调速系统存在问题，必须在启动、制动过程和锁定状态下限制电枢电流。 通过引入电流的负反馈，可以不超过允许值。 当电流增大到某种程度时，电流的负反馈，即电流切断负反馈。本次设计基于构成调速系统的两个主要部分：主电路、主电路方案的确定、部件参数计算和选择、包括触发电路和保护环节的控制电路，包括转速负反馈环的参数计算、电流阻断负反馈环的参数计算、电流检测环和调节器的设计分析、参数计算和设计关键词：电流切断负反馈主回路控制回路稳压器族燕山大学本科生课程设计(论文)目录摘要II第一章系统设计要求1第二章控制系统整理方案设计22.1整个系统的设计22.2直流调速系统调速方案比较32.2.1调速的方法32.2.2变压调速4第三章系统主回路设计63.1主回路构成选择63.2变压器参数的计算与选型63.2.1整流变压器的二次侧电压计算63.2.2整流变压器电流计算73.2.3变压器容量的计算73.3晶闸管额定参数计算73.4保护电路的设计83.4.1过电压保护83.4.2过电流保护93.5励磁电路的设计10第四章系统控制电路设计114.1控制和驱动电路的设计114.2电流断路负反馈环的参数计算与设计124.2.1电流检测和反馈124.2.2电流检测环节的参数计算144.2.3电流检测电路154.3转速反馈环路154.4系统的动态分析和设计164.4.1参数计算164.4.2系统的设计174.5调节器的参数计算和设计18第五章系统辅助电路设计195.1直流稳压电源19第六章软件仿真和结论206.1软件模拟206.2结论23第七章设计感想24参考文献25IV号第一章系统设计要求1 .系统的实现没有差别2、动态性能指标：稳定且保持一定的相位角、增益稳定馀量3 .采用工程设计法，用典型型系统进行设计。4 .用仿真软件进行仿真，分析结果。1燕山大学本科生课程设计(论文)第二章控制系统整理方案设计2.1系统总体设计常见闭环直流调速系统及其存在的问题(1)启动的冲击电流-直流电动机全电压启动时，如果没有电流对策会产生大的冲击电流，这不仅不利于电动机的转换，而且对于过载能力低的电力电子部件也是不能容许的。(2)闭环调速系统冲入规定启动的冲击电流，采用转速负反馈的闭环调速系统突然施加规定电压时，由于惯性不能立即建立转速，反馈电压保持为零，相当于偏差电压，是其稳定动作值的大致1 k倍。 此时，放大器和逆变器的惯性都很小，因此电枢电压一下子达到其最高值，对于电动机来说相当于全压起动，当然不允许。(3)锁定电流-一些生产机械的马达可能遇到锁定。 例如，由于故障，机械的轴被卡住，挖掘机运转中碰到硬石头。 由于闭环系统的静态特性较硬，因此无限流动并且过度干燥会导致电流远远超过容许值。 如果只用过电流继电器或保险丝进行保护，则过载时会跳闸，对正常的动作也造成障碍。为了解决反馈闭环调速系统启动和锁定时电流过大的问题，系统需要自动限制电子电流的环节。 根据反馈控制原理，为了使哪个物理量维持基本恒定，应当导入其物理量的负反馈。 那么，请导入电流的负反馈，使电流基本保持一定，不要超过允许值。 分析了电流的负反馈和转速的负反馈。 限流作用只是在启动时和锁定时起作用，正常运行时应根据负载自由增减电流，采用电流切断负反馈的方法，电流大到一定程度时加入电流负反馈来限制电流，电流正常时只有转速负反馈来控制转速。图2-1为带电流断路的无静差直流调速系统，采用PID调节器实现无静差，采用电流断路环节限制电枢电流。 TA是用于检测电流的交流变流器，其经整流以获得电流反馈信号Ui。 当电流达到截止电流Idcr时，Ui高于恒压管VS的击穿电压，并且当导通晶体管VT并且忽略晶体管的导通电压降时，PID调节器的输出电压Uc为零，电力电子转换器UPE的输出电压Ud=0，这实现了限制电流的目的。电动机的电枢电路从由晶闸管构成的三相桥式整流电路供给电力，通过与电动机同轴刚性连接的速度发电机TG检测电动机的转速，通过转速链路进行分压而取出适当的转速反馈信号Un，该电压和转速的给定信号被速度调节器ASR综合调节， ASR通过输出成为移相触发器的控制电压Uc，构成转速负反馈单环直流调速系统。 通过改变规定的电压可以调节电动机的转速。图2-1无静差直流调速系统2.2直流调速系统调速方案比较2.2.1调速的方法他激励了直流电动机的转速公式式中： u是其他电动机的电枢电压I是电枢电流e是电枢电动势r是电枢电路的总电阻n是电机的转速励磁磁通电机的电动势系数(1)调整电枢供电电压u(2)减弱励磁磁通(3)改变电枢电路电阻r对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统，调节电枢的供电电压的方式是最合适的。 改变电阻只能实现有级调速，退磁通量均可顺畅调速，但调速范围不大，往往只是配合方案，在基速以上小范围内减弱磁通量的上升速度。 因此，自动控制的直流调速系统多以变压调速为主。2.2.2变压调速晶闸管-电动机调速系统(简称v-m系统)的概念图如图2-2所示。 图中VT是晶闸管的控制整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，能够改变平均整流电压Ud，实现平滑的调速，系统的动态性能也大幅度提高的元件对过电压、过电流、过高的du/dt和di/dt敏感， 由于任一指标都有可能在超过允许值的短时间内损坏元件，因此需要可靠的保护装置和所要求的散热条件，在选择元件时需要充分的馀量。 由于晶闸管的单向导电性，电流的反转是不被允许的，这给系统带来困难的反并行两组全控制整流电路可以实现电机的四象限运行。图2-2 VM调速系统概念图第三章系统主回路设计3.1主回路构成的选择本设计采用三相桥式整流电路，主要特点是输出电压高，脉动电压小，管道受到的最大逆电压低，电源变压器充分利用，效率高。 晶闸管的导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序。 如图3-1所示。图3-1三相桥式整流电路3.2变压器参数的计算与选择3.2.1整流变压器的二次侧电压计算变压器副边电压按下式计算已知三相全控制整流电压的计算系数为KUV=2.34，电网电压的变动系数为b=0.900.95，考虑到10的馀量，可以得到cosmin=0.985，根据电机参数可以得到UN=220V，代入式中进行计算由于U2=110V，所以变压器的变比近似如下3.2.2整流变压器电流计算一次侧电流：在不考虑变压器自身励磁电流的情况下，乘以1.05左右的系数，根据一次侧相电流计算系数KIL=0.816、电动机参数，根据Idm=18.75、代入式进行计算I1=1.0518.750.816/3.45=4.66A二次侧电流，调查后，二次相电流计算系数KIV=0.816根据电动机参数得知Idm=18.75，代入式中进行计算I2=0.81618.75=15.3A3.2.3变压器容量的计算变压器一次、二次绕组相数m1=m2=3初级容量： S1=m1U1I1=33804.66=5.312kVA二次电容器： S2=m2U2I2=311015.3=5.049kVA平均容量： s=0.5 (S1 S2 )=0.5 (5. 312.049 )=5.181 kva因此，整流变压器的参数是变比K=3.45、容量S=5.181KVA、连接方式是：/Y。3.3晶闸管额定参数计算(1)额定电压的选择晶闸管的额定电压通常选择截止反复峰值电压UDRM和反复峰值电压urm中的较小的值作为该器件的额定电压，考虑到保留一定的馀量，通常，额定电压为正常动作时晶闸管受到的峰值电压的23倍，晶闸管的电压计算系数=2.45按以下公式计算(2)额定电流的选择根据有效值相等的原则，晶闸管的额定电流一般选择导通平均电流的1.52倍。 在三相桥式整流电路中，当存在纯电阻负载时，施加于晶闸管两端的最小峰值为反电动势负载时，施加于晶闸管两端的最大正反峰值通过晶闸管的导通平均电流I2=I、IVT=I得到ivt (av )=(1.52 ) ivt/1.57=(1.52 )=10.3413.79 a在本设计中，晶闸管额定电流IVT(AV)=10.3413.79A晶闸管的额定电压UN=3.4保护电路的设计晶闸管元件具有更换方便、无噪声的优点，但从晶闸管的电压-电流特性来看，由于元件的逆破坏电压接近运转电压、热时间常数小，因此过电压、过电流能力差，短时间内的过电压、过电流有可能导致元件的发热破坏。 还需要采取必要的过电压、过电流保护措施。 正确的保护是晶闸管装置能否可靠正常工作的关键。3.4.1过电压保护三相变压器两侧采用断路保护，如图3-2所示。图3-2 RC过电压抑制电路交流侧RC过电压保护的参数整定(断路吸收保护)遵循公式C16 iems 1u12=66.55.312=1.43f (取1.5f ) (一般取=6.5 )。-变压器励磁电流百分比R12.3u 12 S1 udl iem=2. 338325.312103