转速、电流双闭环直流调速系统毕业设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上转速、电流双闭环直流调速系统毕业设计设计总说明在工业生产中,需要高性能速度控制的电力拖动场合, 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统发挥着极为重要的作用。转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。70年代以来, 在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。它通过转速和电流两个调节器分别引入转速负反馈和电流负反馈，并构成双闭环系统。从而有效的改善电机性能，使电机特性曲线变硬，以满足复杂环境下对电机性能的要求。本设计主要采用三相全控桥式整流电路对直流电机供电，并通过工程设计法

2、对转速调节器和电流调节器相关参数进行计算以达到对转速电流双闭环支流调速系统的整体实现。关键词: 直流调速,双闭环,三相全控桥,工程设计法Rotational speed, electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system designDesign Description窗体顶端In the industrial production, needs the high performance speed control the electric drive situation, the direct-c

3、urrent velocity modulation system, specially the double closed loop cocurrent velocity modulation system is displaying the great importance the function. The rotational speed, the electric current double closed loop velocity modulation system was in the 1960s in one kind of new velocity modulation s

4、ystem which overseas appeared. Since the 70s, in domains and so on our countrys metallurgy, machinery, manufacture as well as printing industry has obtained day by day the widespread application. The double closed loop velocity modulation system is comes by the single closed loop automatic velocity

5、modulation system development. It introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately through the rotational speed and the electric current two regulators, and constructs the doubling closed-loop system. Thus the effective improvement electrical ma

6、chinery performance, causes the electrical machinery characteristic curve to stiffen, satisfies under the complex environment to the electrical machinery performance request. This design mainly uses three-phase all controls the bridge-type leveling circuit to the direct current machine power supply,

7、 and carries on the computation through the engineering design law to the RPM control and the current regulator related parameter to achieve to the rotational speed electric current double closed loop branch velocity modulation systems whole realizes.Key word: Direct-current velocity modulation; Dou

8、ble closed loop; Three-phase all controls the bridge; Engineering design law;专心-专注-专业目录1.绪论1.1直流调速系统发展转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。70年代以来, 在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。单闭环调速系统使用了一个比例积分调节器组成速度调节器可以得到转速的无静差调节。从扩大调速范围的角度来看, 单环系统已能基本上满足生产机械对调速的要求。实际的调速系统, 除要求对转速进行调整外, 很多

9、生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求, 例如可逆轧钢, 龙门刨床都是经常处于正反转工作状态的, 为了提高生产率, 要求尽量缩短过渡过程的时间。上述设想提出一个理想的启动过程曲线, 其特点是在电机启动时, 启动电流很快加大到允许过载能力值, 并且保持不变, 在这个条件下, 转速n 得到线性增长, 当电机转速达到需要的大小时, 电机的电流急剧下降到克服负载所需的电流值，于是带有速度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的。1.2直流双闭环系统介绍如图1-1所示，为转速-电流双闭环直流调速系统框图。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设计了两个调节器，分别为转速调节器

10、ASR和电流调节器ACR并通过调节器去分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行串级联接。把ASR的输出当作ACR的输入，再用ACR的输出去控制电力电子变换器GT。从闭环结构上来看，电流环在里面称作内环；转速环在外面称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。图中M 为直流电动机, TG 为测速发电机, GT 为触发器, TA 为电流互感器,VT 为整流装置。为转速给定电压, 为转速反馈电压 为电流给定电压, 为电流反馈电压, 为控制电压, 为电枢端电压。两个调节器之间实行串级联接, 转速调节器ASR 的输出是电流调节器ACR 的输入, 其输出控制电力电子变换器。 图

11、1-1 转速-电流双闭环直流调速系统框图为了获得良好的静态、动态性能，转速和电流调节器都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如图1-2所示。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示出两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的限幅电压决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 图1-2 双闭环直流调速系统电路原理图1.3三相全控整流电路在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图1-3如图所示，阴

12、极连接在一起的3个晶闸管（、）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（、）称为共阳极组。习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为、， 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为、。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 。据本设计实际情况以下分析带电阻和电感负载时的工作情况。图1-3 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况。 当60o时，波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的

13、通断情况、输出整流电压波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流波形不同，电阻负载时波形与的波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。图1-4和图1-5分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载和的波形。 图1-4中除给出波形和波形外，还给出了晶闸管电流的波形。由波形图可见，在晶闸管导通段,波形由负载电流波形决定，和波形不同。 图1-5中除给出波形和波形外，还给出了变压器二次侧a相电流的波形。角移相范围为90o。 当60o时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时

14、不同，电阻负载时波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，波形会出现负的部分。图1-6给出了=90o时的波形。若电感L值足够大，中正负面积将基本相等，平均值近似为零。图1-4 带阻感负载时的波形图1-5带阻感负载时的波形 图1-6带阻感负载时的波形1.4双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析1.4.1双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构图，如图1-7所示。图中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。图1-7 双闭环直流调速系统的动态结构框图1.4.2启动过程分析 双闭环直流调速系统突加给定电压，由静止状态起动时。转速和电流的动态过程如图1-8所示。由

15、于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。第I阶段（）是电流上升阶段。突加给定电压后，、都上升，在没有达到负载电流以前，电机还不能转动。当后，电机开始起动，由于机电惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值，强迫电流迅速上升。直到，电流调节器很快就压制了的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR不饱和。第II阶段（）是恒流升速阶段。ASR饱和，转速环相当于开环，在恒值电流给定下的电流调节系统，基本上保持电流恒定，因而系统的

16、加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电机的反电动势E也按线性增长，对电流调节系统来说，E是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，和也必须基本上按线性增长，才能保持恒定。当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，应略低于。图1-8 双闭环直流调速系统启动过程转速和电流波形第阶段（以后）是转速调节阶段。当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减小到零，输出维持在限幅值，电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，开始退出饱和状态，和很快下降。但是，只要仍大于负载电流，转速就继续上升。直到=时，转矩，则dn/dt=0，

17、转速n才到达峰值（时）。此后，电动机开始在负载的阻力下减速，与此相应，在时间内，直到稳定。如果调节器参数整定得不够好，也会有一段振荡过程。在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使尽快地跟随其给定值。双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制。1.4.3动态抗扰性能分析一般来说，双闭环调速系统具有比较令人满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。（1）抗负载扰动负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。如图1-9

18、。 图1-9抗负载扰动（2）抗电网电压扰动电网电压变化也会对调速系统产生扰动作用。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节。如图1-10。图1-10 抗电网电压扰动2.V-M调速系统主电路设计2.1V-M调速系统概述在V-M调速系统中，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位,来改变平均整流电压,从而实现平滑调速。晶闸管整流装置在经济性和可靠性上有突出优势。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在以上。在控制作用的快速性上，晶闸管整流器为毫秒级，能大大提高系统的动态性能。2.2晶闸管整流电路方案 本设计课题是转速、电流双闭环直流调速系统设计，要求是不可逆系

19、统。故只需一个三相桥式整流电路并配套一套触发电路即可达到要求。 2.3主电路主要器件参数选择由实验室所提供的实验设备得到该系统中电机铭牌数据如下：直流并激励电动机： 型号 DJ15 额定电流 1.2A 励磁电流 容量 185W 额定转速 1600r/min 额定电压 220V 励磁电亚 220V 绝缘等级 E 直流发电机： 型号 DJ13-1 电枢电压 220V 容量 220W 电枢电流 1.1A 励磁电亚 220V 额定转速 1600r/min2.3.1可控整流变压器选择及计算作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。一般的变压器有整流跟变压两项功能,其中整流是把交流变直流。本设计中采用其整

20、流功能。整流的过程中,采用三相桥式全控整流电路。三相桥式全控整流电路原理图如图2-1所示：图2-1三相桥式全控整流电路原理图可控整流的原理：当晶闸管的阳极和阴极之间承受正向电压并且门极加触发信号时晶闸管导通，并且去掉门极的触发信号晶闸管依然维持导通。当晶闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信号晶闸管都是处于关断状态。由电机铭牌数据可知，在以上整流电路中，变压器二次测所承受电压为电机在额定工作状态下的额定电压，故其二次侧额定电压可选为220V ,考虑要留有裕量，整流变压器额定电压为440V，长期允许工作的电流为电机的额定电流1.2A。整流变压器二次测额定电流选择为1.2A。变压

21、器容量： (2-1)有公式可知，所选变压器容量为： = 由此知主电路整流变压器参数为： 2.3.2晶闸管选择 1.晶闸管参数要求(1)晶闸管电流要求:晶闸管的额定电流为在电路正常起动、运行时所允许出现的最大电流。为保有裕量应乘以相关系数。原因：晶闸管的电流过载能力比一般电机、电器小的多，选取晶闸管额定电流时，根据实际最大电流计算后还应乘以1.5-2倍。(2)晶闸管电压要求：晶闸管的额定电压在三相全控整流电路供给直流电的情况下为线电压的峰值。为保有裕量应乘以相关系数。 原因：晶闸管工作时，外加电压峰值瞬时超过反相不重复峰值电压时即可造成永久损坏，并且由于环境温度升高或散热不良，均可能使正反向转折

22、电压值下降，特别在使用时会出现各种过电压，选取晶闸管的额定电压值应为其实际工作时最大电压的2-3倍。2.晶闸管额定电流选择电机启动或堵转时，都会在电路中产生较大的电流。电机启动时，电路中流过的电流最大，在电路未加任何保护措施时，相当于全压启动，产生较大的启动电流。这在V-M系统是非常危险的，故需要在系统中设置电流截止负反馈环节，以限制电机启动时的启动电流或因电机短时堵转而产生的堵转电流。一般来说，此时电机所允许的最大电流为 (2-2)由上式知，在本设计加入电流截止负反馈后流过晶闸管的最大电流应为：为保有裕量取3.5A，以保证晶闸管的正常工作。因为本设计中系统所带负载为感性负载，为保证平滑调速要

23、求电流连续，故每个晶闸管的导通角为，流过晶闸管的电流有效值为： =1.94A晶闸管通态平均电流为：=1.29A故流过晶闸管的电流有效值为1.94A,通态平均电流为1.29A，考虑到要保有裕量，取裕量系数为2，可得晶闸管额定电流为：=2.58A 3.晶闸管额定电压的选择由于电机采用三相桥式全控整流电路供电，因此晶闸管所承受的最大正反向电压为线电压的峰值： (2-3)由于所设计系统的电网线电压，因此晶闸管两端的最大正反向电压为：考虑到要保有裕量，取裕量系数为2，故所选取晶闸管的额定电压为：由以上计算可知，可选晶闸管的参数为: 2.4主电路保护措施由于晶闸管的击穿电压较接近运行电压、热时间常数小，因

24、此其过电压、过电流能力很差，短时间的过电流、过电压都有可能造成元件的损坏。为使晶闸管装置能正常工作而不至于损坏，只靠合理的选择元件还不行，还要十分重视保护环节，以防不测。因此，采取适当的保护措施就成为提高晶闸管装置可靠运行必不可少的必要环节。2.4.1过电流保护晶闸管装置出现的元件误导通、击穿或传动装置生产机械过载及机械故障引起的电机堵转等，都会导致流过整流元件的电流大大超过其正常工作电流，即产生过电流。晶闸管的电流过载能力比一般电气设备差的多，而过电流又是在所难免的，因此需要重视晶闸管的过流保护。过电流保护就是根据晶闸管允许的过电流能力，设法限制短路电流峰值，配合反映灵敏的 保护措施，使短路

25、电流持续时间尽量缩短以达到保护晶闸管的目的。可作为过电流保护的电器有快速熔断器、过流继电器、快速开关等。在不同过电流区域合理的选用保护电器是能否对晶闸管起到保护作用的关键。根据本设计的系统地特点，选取快速熔断器作为过电流保护的器件。选取理由：晶闸管热容量比较小以及从管芯到散热器的传导途径中要遭受一系列的热电阻。因此，一旦过流，晶闸管结温会快速上升，特别在瞬时短路电流流过时，晶闸管内部热量不及传导，导致结温上升更快。所以，必须选用快速动作的保护电器来实施保护，快速熔断器为最普遍使用的一种快速熔断装置。快速熔断器的选择计算 当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，可能损坏电路中的某些重要器件或

26、贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。根据经验值快速熔断器的额定电流：2.4.2过电压保护晶闸管在承受过电流时,由于管子本身具有一定的热容量,短时内尚可坚持。在承受过电压时，则会立即发生反向击穿或正相转折。 系统线路中产生过电压的原因很多除了雷电外，分（和）闸时会产生操作过电压，同时整流桥直流侧的快速熔断器、桥臂上的快速熔断器及电路中的电感也同样会产生过电压。我们无法从根本上消除产生过电压得根源，只能设法将过电压的幅值抑制在安全限度之内。晶闸管系统抑制过电压最常用的方法大

27、致有：1.并接R-C阻容吸收回路；2.采用压敏电阻硒堆等非线性元件加以抑制；本设计选用并接R-C阻容吸收回路，对晶闸管系统实施过压保护。在变压器二次测并联电阻和电容可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压无法突变，故能有效的抑制过电压。串连电阻能消耗部分产生过电压的能量，并一直LC回路的震荡。1.交流侧过电压保护交流侧采用压敏电阻实施电路的过电压保护。2.直流侧过电压保护直流侧保护可以采用即采用阻容保护和非线性元件保护。3. 及的限制当晶闸管所承受的正相电压上升率（）较大时，引起的充电电流也较大，会使晶闸管发生误导通。为防止误导通对作用于晶闸管的正相电

28、压上升率应有一定的限制。为限制过大，可以在电源输入端串接电感（称进线电感），它对有一定的抑制作用，但串入电感后又易产生过电压，故必须设置阻容吸收电路。晶闸管在正相阳极电压作用下，当门极流入出发电流后，晶闸管最初导通的瞬间，如果阳极电流增大的速度（）过大，虽然电流值未超过元件的额定值，但由于晶闸管内部电流还未来得及扩大到PN结的全部面积，故导致在门极附近的PN结面因电流密度过大而烧毁。为防止管子被烧毁对晶闸管电流上升率应有一定的限制。限制过大的方法同限制过大的方法相同，其电感L一般采用空心电抗器。3系统参数测定晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成

29、。 3-1试验原理图如图3-1所示，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压作为触发器的移相控制电压，改变的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压，以满足要求。为研究晶闸管电动机系统，须首先测定电枢回路的总电阻R、总电感L以及系统的电磁时间常数与机电时间常数。3.1主电路总电阻值得测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra、平波电抗器的直流电阻RL及整流装置的内阻Rn，即R = Ra十RL十Rn (3-1)由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压U0，而晶闸管整流电

30、源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图3-2所示。图3-2 伏安比较法实验线路图将变阻器R1、R2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上S1、S2，调节给定使输出直流电压Ud在30%Ued70%Ued范围内，然后调整R2使电枢电流在80%Ied90%Ied范围内，读取电流表A和电压表V2的数值为I1、U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 (3-2) 调节R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2，在Ud的条件下读取电流表、电压表的数值I2、U2，则 UdoI2R十U2求解(3-2)、(3-3)两式，可得电枢回路总电阻: R（U2-U1）/（

31、I1-I2） (3-3)试验数据处理：（1）合上 给定电枢电压（V）串电阻4.66850.7683=1804.21700.59633.85540.5145（2）断开给定电枢电压（V）串电阻4.66940.53984.21770.41743.85630.3253(94-85)/(0.76-0.53)=39.1(77-70)/(0.59-0.41)=38.8(63-54)/(0.51-0.32)=47.3则电枢回路总电阻为：=（39.1+38.8+47.3）/3=41.7 短接电机电枢两端，重复上述实验，可得 则电机的电枢电阻为试验数据处理：（1）合上 给定电枢电压（V）串电阻3.85550.62

32、54=1804.14750.73714.561001.0693（2）断开给定电枢电压（V）串电阻3.85600.40594.15800.50784.571050.85103=（60-55）/（0.62-0.40）=22.7=（80-75）/（0.73-0.50）=21.7=（105-100）/（1.06-0.85）=23.8电机的电枢电阻为：Ra=R-(RL十Rn)=41.7-22.7=19短接电抗器两端，重复上述实验,可得:则电机的电抗器直流电阻为:试验数据处理:（1）合上 给定电枢电压（V）串电阻4.56900.8583=1804.37840.78754.13740.7362（2）断开给定

33、电枢电压（V）串电阻4.561000.56964.38920.54874.13820.4773(100-92)/(0.82-0.61)=34.4=(92-84)/(0.78-0.54)=33.3(82-74)/(0.73-0.47)=30.7=41.7-32.8=8.9整流装置内阻:=-=41.7-19-8.9=13.8又以上参数处理可知, 41.7 19 8.9 =13.83.2电枢回路电感L的测定电枢回路总电感包括电机的电枢电感La、平波电抗器电感Ld和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为LLa+Ld (3-4)电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电

34、动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图3-3所示。计算出电感值La和Ld，计算公式如下: (3-5) (3-6) (3-7)图3-3 测量电枢回路电感的实验线路图试验数据处理:25.5570.31917.338.10.21711.925.60.149=25.5/0.319=79.9=17.3/0.217=79.7=11.9/0.149=79.8=0.247H=0.246H=0.246H0.246H=57/0.319=178.6=38.1/0.217=175.5=25.6/0.149=171.8=0.568H=0.558H=0.546H0.557H则电枢回路的等效电感为:=0.246+0.5

35、57=0.803H3.3直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2 的测定电力拖动系统的运动方程式为 (3-8)电机空载自由停车时，T=0，Tz=Tk，则运动方程式为: (3-9)从而有 (3-10) 可由空载功率PK(单位为W)求出: (3-11) (3-12) 试验数据处理:2210.1315033;4;3.54;有上表可知,在其自由停车共3次，时间分别为3;4;3.54，求其平均值得出自由停车时间为：3.51s，则 =28.6W/1503=0.18所以=0.1573.4主电路电磁时间常数Td的测定主电路电磁时间常数Td的计算公式为：， (3-13)其中L为电枢回路的电感，R为电枢回

36、路的总电阻。由以上计算可知:=0.803H=41.7 将L、R带入公式得：=0.803/41.7=0.019s3.5电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定电动机电势常数Ce和转矩常数CM的计算公式如下： (3-14) (3-15)带入电动机铭牌数据及值得：=0.12=1.1743.6系统机电时间常数TM的测定系统机电时间常数TM的计算公式如下： (3-16)带入数据计算得：=0.123s 4.工程设计法设计双闭环系统的调节器4.1电流调节器设计4.1.1电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用（1)作为内环的调节器,在转速外环调节过程中,它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器输出量)的

37、变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰作用。（3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。4.1.2电流调节器结构的选择电流环以跟随性能为主。从对其功能的稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用一型系统就够了。从对其动功能的动态要求上来看，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，因此选用一型系统。采用PI调节器校正，

38、PI调节器传递函数可以写成: (4-1) 电流调节器的比例系数；电流调节器的超前时间常数电流环动态结构框图如图4-1 所示典型形式。其中 图4-1 电流环动态结构图4.1.3电流调节器的电路实现含给定滤波和反馈滤波的模拟型PI调节器，原理如图4-2所示。图中为电流给定电压，为电流反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压。 图4-2含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器根据运算放大器原理可得出： (4-2) (4-3) (4-4)4.1.4电流调节器参数计算（1）确定时间常数1）整流装置滞后时间常数。本设计整流装置采用三项桥式电路，其平均失控时间=0.0017s。2）电流滤波时间常数为

39、0.002s。3）电流环小时间常数之和。=+=0.0017+0.02=0.0037s。（2）电流调节器结构选择根据设计要求，并保证稳态电流无差，可选用PI调节器设计。（3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数0.019s电流反馈系数=4.5V/A，由试验整定得。电流开环增益：要求时，应取 0.5=0.5/0.0037=135.1于是，ACR的比例系数为: (4-5)由试验装置可确定晶闸管装置放大系数=220/4.5=49代入数据得=/=0.485（4）验证近似条件电流环截止频率：135.1晶闸管整流装置传递函数的近似条件=196.1，满足近似条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件=6

40、2.05，满足近似条件。电流环小时间常数近似处理条件=180.8，满足近似条件。（5）计算调节器电阻和电容运算放大器取=20，运算放大器各电阻、电容值为：=9.710=1.9=/20000=0.44.2转速调节器的设计4.2.1转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快的跟随给定电压的变化，稳态时可减小转速误差，如果使用PI调节器则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用 。（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。4.2.2转速调节器结构选择为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，设计为二

41、型系统。转速调节器也应采用PI调节器，传递函数为： (4-6)转速调节器的比例系数；转速调节器的超前时间常数。 转速开环增益为： (4-7) 4.2.3转速调节器电路实现含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器原理如图4-3所示，图中为转速给定电压，为转速负反馈电压，调节器的输出是电流调节器的给定电压。图4-3含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器与电流调节器相似，转速调节器参数与电阻、电容值得关系： (4-8) (4-9) (4-10)4.2.4转速调节器参数计算（1）确定时间常数1）电流环等效时间常数。从电流调节器参数计算中得知，已取=0.5，则=2)转速滤波时间常数=0.01s3）转速环小

42、时间常数。按小时间常数近似处理=+=0.0074+0.01=0.0174s （2）转速调节器结构选择根据设计要求，选择PI调节器。（3）计算调节器参数按跟随性能和抗扰性能都要较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为=0.087s转速开环增益为=396.4知ASR比例系数为=12.3 (为转速反馈系数，由整定的到)（4）校验近似条件转速环截至频率1）电流环传递函数简化条件=63.7,满足近似条件。转速小时间常数近似处理条件为=38.7，满足近似条件。（5）计算调节器电阻电容=246=0.21=25系统调试一个设计好的调速系统，最终目的是为了让它很好的按设计者预期目标运行起来。我将通过对此次

43、设计的系统的调试，绘制出系统的特性曲线，并通过对特性曲线的观察来评判系统的性能，修正相关数据以完善本次设计。如图5-1为双闭环直流调速系统的原理框图。图5-1 双闭环直流调速系统原理框图5.1系统调试原则先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后，才可组成闭环系统。 先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。先调整稳态精度，后调整动态指标。5.2各控制单元调试5.2.1移相控制电压Uct调节范围的确定直接将给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，三相全控整流”输出接电阻负载为R，当给定电压Ug

44、由零调大时，电枢电压Ud将随给定电压的增大而增大，直至 Ud =220V，转速为额定转速1600r/min,时记录，在试验调试中得到=3.52V5.2.2调节器的调零将图中“调节器I”所有输入端接地，再将可调电阻246K接到“调节器I”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“调节器I”成为P (比例)调节器。用万用表的毫伏档测量调节器I的“7”端的输出，调节面板上的调零电位器RP3，使之电压尽可能接近于零。将图中“调节器II”所有输入端接地，再将可调电阻10K接到“调节器II”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为P（比例）调节器。用万用表的毫伏

45、档测量调节器II的“11”端，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。5.2.3调节器正、负限幅值的调整把ACR、ASR都接成PI调节器，加入正给定将电流调节器的负限幅限制在-3.52V，转速调节器的负限幅限制在-6V。调节器输入负给定时，调整正限幅电位器RP1，将电流调节器正限幅限制在+3.52V，转速调节器正限幅限制在+6V。5.2.4电流反馈系数的整定直接将“给定”电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流桥输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当Ud=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上

46、的电流反馈电位器RP1，使得负载电流Id=0.9A时，“2”端If的的电流反馈电压Ufi=4V，这时的电流反馈系数= Ufi/Id= 4.500V/A5.2.5转速反馈系数的整定直接将“给定”电压Ug接移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，Ld用200mH，输出给定调到零。按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到额定转速1600r/min时，调节“转速变换”上转速反馈电位器RP1，使得该转速时反馈电压Ufn=-6V，这时的转速反馈系数=Ufn/n =0.004 5.3系统调试5.3.1系统开环外特性测定控制电压Uct由定输出Ug直接接入，“三相全控

47、整流”电路接电动机，Ld用700mH，直流发电机接负载电阻R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug，使电机启动升速，转速到达1200rpm。增大负载(即减小负载电阻R阻值)，使得电动机电流Id=Ied，可测出该系统的开环外特性n =f（Id），记录于下表中：1200118511571142113010980.300.400.500.550.600.70将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。据以上数据绘制的系统开环外特性图如图5-2所示：图5-2 n=l200rpm的系统开环外特性图由系统开环外特性图所知，当开环时系统的特性曲线较软，抗干扰能力非常差。5.3.2系统静特性测试机械特性n =f(Id)的测定A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压Ug，使电动机转速接近n=l200rpm，然后接入发电机负载电阻R，逐渐改变负载电阻，直至Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(Id)，试验数据处理:12001199119911991198119811980.600.690.780.810.860.901.11由以上实验数据绘制双闭环不可逆系统静特性如图5-3所示：图5-3 n=l200rpm的静态特性曲线B、降低Ug，再测试n=800r