单闭环电压负反馈调速系统

1、2级电气工程及其自动化专业电力拖动控制系统课程设计单闭环电压负反馈调速系统设计姓名：院别：工学院专业：电气工程及其自动化学号：指导教师：2014年12月工学院课程设计评审表学生姓名专业电气工程及其自动化年级11级学号设计题目单闭环电压负反馈调速系统评价内容评价指标评分权值评定成绩设计目的及设计方案有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计实验方案；独立进行实验工作；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。选题合理、目的明确。设计方案正确，具有可行性、创新性。20课程设计结果论文能够根据设计任务书，确定主电路的选型、驱动电路的选型；对双闭环系统调节器（包括电流调节器和转速调节器）进行动态设计；对

2、系统中主电路的元部件进行参数计算；电路中有必要的电气保护。设计过程中要有创新意识；绘制V-M双闭环不可逆调速系统的电气原理总图、整体调速系统的系统结构框图；并有整体调速系统设计方案的Simulink仿真图及分析。50课程设计态度按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。态度认真、学习刻苦。5课程设计说明书实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；设计报说明书的规范化、参考文献充分（不少于3篇）。5答辩能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题;综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理

3、；20合计100指导教师评语电力拖动控制系统课程设计课程设计任务书设计题目：单闭环电压负反馈调速系统指导老师参加学生第五组设(1)掌握单闭环电压负反馈调速系统的设计方法；(2)了解电压负反馈单闭环调速系统工作原理及其组成；计(3)加深了解电压负反馈在调速系统中的应用；目(4)了解MATLAB在电气工程与自动化专业中的应用；的(5)学习分析、设计、仿真电路的一般步骤；(6)通过此设计培养实际动手能力和解决问题的能力；设直流电动机：额定电压220V，额定电流136A，额定转速1460r/min,电枢电阻R=0.2Q，允许过载倍数入=1.5；电枢回路总电阻R=0.5Q，电枢回路a计总电感L-15mH

4、,电动机轴上的总飞轮转矩GD2-22.5Nm2,晶闸官装置参数如下：放大系数K=40,转速反馈系数a=0.007Vmin/r,T=0.01s。son三相桥式电路的平均失控时间T=0.00167s；放大系数K=40；电磁时间ss依常数T=0.03s；机电时间常数T=0.29s；电动机额定磁通下的电动势系数LmC=0.104；电压反馈系数a=0.007。e稳态转速无静差，调速范围D-10，电流超调量小于5%，空载启动到额定据转速的转速超调量小于10%(按退饱和超调计算)。(1)根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系设统的组成，画出系统组成的原理框图。(2)调速系统主电路元部

5、件的确定及其参数计算。计(3)动态设计计算与实现：根据技术要求，对系统进仃动态校正，使调速系统工作稳定，其参数计算。并满足动态性能指标的要求。调速系统控制电路元部件的确定及要(4)完成直流电机调速控制系统设计。(5)绘制单闭环电压负反馈调速系统的电气原理总图。(6)学习并掌握MATLAB/Silmulink直流调速系统仿真方法，给出直流调速系求统的转速和电流仿真波形。并对波形进行简单的分析(7)整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。(1)选题合理、目的明确(10分)评(2)设计方案正确，具有可行性、创新性(10分)分(3)设计结果一绘制单闭环电压负反馈调速系统的电气原理图，设计调

6、速系统，进行必要的系统仿真。(50分)标(4)态度认真、学习刻苦、遵守纪律(5分)准设计说明书的规范化、参考文献充分(不少于3篇)(5分)答辩(20分)单闭环电压负反馈调速系统设计说明书前言电力拖动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管一电动机调速系统（简称V-M系统），和旋转变流机组及离子拖动

7、变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。本设计报告主要讲述单闭环电压负反馈调速系统相关内容。电压负反馈调速是比转速负反馈调速更简单和容易实现的一种调速方式。在电动机转速不很低时，电枢电阻压降比电枢端电压要小得多，因而可以认为直流电动机的反电动势与端电压近似相等或者说电机转速近似与端电压成正比。电压负反馈控制系统与转速负反馈控制系统相比，调速指标低，可采用电流补偿（IR）的办法解决，这样可使系统简单，指标也可达到满意的程度。首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选

8、型，最后给出参考资料和设计体会。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第1章设计任务书1 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 第2章单闭环电压负反馈调速系统的总体设计2 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第3章主电路设计4 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 第4章MATLAB/SIMULI

9、仿真.7 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第5章总结8 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 第6章实习心得体会8参考文献附录1MATLAB/SIMULINK仿真图及结果附录2单闭环电压反馈调速系统电气原理总图 二、主要器件选择根据二极管的最大整流平均、和最高反向工作电压Ur分别应满足:Il.lxI十2二l.lx136/2二74.8Afo(AV)U1.1XU二1.1-2X220二342.2VR2选用大功率硅整流二极管，型号和参数如下所示:型号正向平均整流反向重复峰值瞬间平均正向额定正向平均电流I(

10、A)o电压URM(V)压降u(V)F电流IF(A)MR2504G254001.1878.5在设计主电路时，滤波电容是根据负载的情况来选择电容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，选用型号为CD15的铝电解电容，其额定直流电压为400V，标称容量为22000uF。最大工作电流Imax2Us/R=440/0.5=880(A)集电极-发射极反向击穿电压(集电极-发射极反向击穿电压(BVCE。)(BV)三(23)Us=440660vCEOAVR调节器设计图6.含滤波电容的AVR电路原理图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、护=需=0.056aaK=138.46=61.81pKy40 x0.056T二T+T二0.01+0.0017二0.0117s工vson(三相桥式电路平均失控时间为T=0.0017s)s按典II系统进行设计，并取h=5，则：工=hT=5x0.0117=0.0585svXvTI7/、61.81(0.0585s+1)故调节器传递函数为:Wp(s)=丿三、调速系统静特性电压负反馈调速系统转速静特性方程为0.0585sKKU*RC(1+K)C(1+K)dee-RI(K=CdeKKy)ps带电流补偿的电压负反馈静特性为：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仿真结构框图图7MATLAB/SIMULINK仿真结构框图二、仿真结果图图8MATLAB/SIMULINK仿真结果曲线图仿真结果分析：由仿真结果可知，采用PI调节器实现了稳态时转速无静差，但快速性较差，在起动过程中且存在超调，这种超调是经历了饱和非线性区域之后的超调，可以称作“退饱和超调”第5章总结电压负反馈单闭环调速系统相对于转速负反馈单闭环调速系统来说，其稳态性能要差一些，但是，要实现转速负反馈必须要有转速检测装置，例如测速发电机以及电磁脉冲测速器等等，其安装和维护都比较麻烦，常常是系统装置中可靠性的薄弱环节。

14、因此，对于调速指标要求不高的系统来说，电压负反馈是一个不错的选择。总之，在实际生产中，电压负反馈比转速负反馈更容易实现，对经济条件要求不高，更适用于低精度要求的生产系统中。第6章实习心得体会历经一周的课程设计结束了，这一周虽然过得很快，但收获却颇多。我们设计的课题是单闭环电压负反馈调速系统，通过这次单闭环电压负反馈调速系统的设计与仿真，我学到了Simulink仿真的一些方法，更加深入的了解了MATLAB这款非常优秀的数学软件。由于以前并没有使用过Simulink仿真，所以在实验的时候也出现了很多问题，主要体现在元件不熟悉，参数设置等方面。虽然这次的实验基本完成，但其中也存在着许多不足之处，在以

15、后的学习中，我将更加深入的学习这款软件，以期在毕业的时候能够更好的掌握Simulink仿真技术，在工程应用上取得更好的成绩。另外，通过本次实习，使我对电力拖动系统的知识有了更多的了解吧。在设计过程中，尽管有许多模糊的知识点需要重新去学习，可在不知不觉中，许多原来不懂的知识现在竟然都能理解了，特别是对直流调速系统方面有了更加深入的了解。通过此次设计实习，我不但对单闭环电压负反馈调速系统有了更加深入的认识，而且还学到了与此次设计内容相关的去多知识，知道了什么是电压负反馈，懂得了转速反馈调速的原理，更加深入地了解了电机控制、运动控制、PI调节器等的设计。参考文献陈伯时.电力拖动自动控制系统一运动控制系统第三版机械工业出版社.2003.7王兆安刘进军电力电子技术北京：机械工业出版社，2009.毕效辉.自动控制理论.中国轻工业出版社.2009.8洪乃刚.电力电子电机、控制系统仿真技