VM双闭环不可逆直流调速系统设计方案个人制作

江西理工高校应用科学学院电力拖动综合课程设计专业:电气工程及其自动化班级：电气082学号：0806010823７姓名：郭双设计题目：Ｖ－Ｍ双闭环不行逆直流调速系统设计报告格式25分设计内容４5分答辩考勤总计得分封面３页面布局５名目格式3图表质量4间行距、字体5页眉页脚5设计题目分析５系统掌握方案８设备计算、选型７电气原理图调节器参数整定或程序设计1０1020主电路５掌握电路５总图52011年1月-1-第一章绪论直流调速系统，格外是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等很多领域的自动掌握系统中。它通常采纳三相全控桥式整流电路对电动机进行供电,从而掌握电动机的转速，传统的掌握系统采纳模拟元件,如晶体管、各种线性运算电路等,在肯定程度上满意了生产要求。直流电动机和沟通电动机相比，其制造工艺简洁，生产成本高。维修困难，需备有直流电源才能使用。但因直流电动机具有宽广的调速范围,平滑的调速特性，较高的过载能力和较大的起动、制动转矩,因此被广泛地应用于调速性能要求较高的场合。在工业生产中，需要高性能速度掌握的电力拖动场合,直流调速系统发挥着极为重要的作用,高精度金属切削机床，大型起重设备、轧钢机、矿井卷扬、城市电车等领域都广泛采纳直流电动机拖动。格外是晶闸管始终流电动机拖动系统，、具有自动化程度高、掌握性能好、起动转矩大，易于实现无级调速等优点而被广泛应用.本文主要是依据三相全波全控整流电路的原理，选择合适的变压器、晶闸管、平波电抗器以及晶闸管保护、触发电路，组成整流电路。其次章课程设计任务与要求２.１课程设计简介某电动拖车，V-M双闭环不行逆直流调速系统，技术要求：1。该调速系统能进行平滑的速度调节,负载电机不行逆运行,具有较宽的调速范围（D≥1０）,系统在工作范围内能稳定工作。2.系统静特性良好，无静差（静差率ｓ≤0.２)。3。动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi<５%,动态速降Δn≤８-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间)ts≤1ｓ。4。系统在５％负载以上变化的运行范围内电流连续。５。调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。２。2课程设计基本要求1．依据题目的技术要求,分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成,画出系统组成的原理框图。２.调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等)。3．驱动掌握电路的选型设计(模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）。4．动态设计计算：依据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满意动态性能指标的要求。5．绘制Ｖ－Ｍ双闭环直流不行逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图)。6.整理设计数据资料,课程设计总结,撰写设计计算说明书。技术数据:晶闸管整流装置:Ｒrｅc=0。03２ΩΩ，Ｋs=45—48.负载电机额定数据：ＰN=9０KW，ＵN＝４40V，IＮ=2２０Ａ,nN=1800ｒ/miｎ，Ｒa＝0．088Ω,λ＝1．5。系统主电路：R∑＝0.12Ω，Tm＝0.1s。第三章掌握系统设计3。1转速、电流双闭环直流调速系统的组成如图3—1所示，转速调速器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去掌握电力电子变换器UPE.从闭环结构上看，电流环在里面,称作内环;转速环在外边，称作外环,这就形成了转速、电流双闭环系统。图3—１调速、电流双闭环直流调速系统为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采纳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3—2所示。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们电力电子变换器的掌握电压Uｃ为正压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图３—２双闭环直流调速系统电路原理图３。2双闭环直流调速系统的动态数学模型在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上,考虑双闭环掌握的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构框图，如图3—3所示。图3—3双闭环直流调速系统的动态结构框图3。3系统的设计依据“先内环后外环"的设计原则，从内环开头,逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。3.3.１电流调节器的设计一、电流环结构框图的化简在图3－3点画线框内的电流环中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比,它代表转速对电流环的影响。在一般情况下,系统的电磁时间常数Tl远小于机电时间常数Tｍ，因此，转速的变化往往比电流变化慢的多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动,在电流的瞬变过程中,可以认为电动势基本不变，即ΔE≈0.这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响,也就是说，可以暂且把反电动势的作用去掉,得到电流环的近似结构款图，如图３－4所示。图3－4忽视反电动势的电流环动态结构框图如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效的移到环内，同时把给定信号给成Uｉ*（s）/β，则电流环便等效成单位负反馈系统。最后，由于Ts和Tｏi一般都比Tl小得多，可以当作小惯性而近似的看作一个惯性环节，其时间常数为T∑ｉ＝Tｓ+Ｔoi,则电流环结构框图最终简化成图3－５所示.图3—５小惯性环节近似处理后的电流环动态结构框图二、电流调节器结构的选择首先考虑应把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看，盼望电流无静差,以得到抱负的堵转特性,由3-5可以看出，采纳I型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统部允许电枢电流在突加掌握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准时抗扰作用只是次要的因素。为此,电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I型系统.图3－5表明,电流环的掌握对象是双惯性型的,要校正成典型I型系统,显然应采纳ＰI型的电流调节器,其传递函数可以写成ＷＡCR（s）＝则电流环的动态结构框图便成为图３—6所示的典型形式，其中KI＝图3—6校正成典型I型系统的电流环动态结构框图三、电流调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的模拟式PＩ型电流调节器原理图如图３—7所示:图3－7模拟式PＩ型电流调节器原理图四、电流调节器的参数计算依据已知数据得电机额定电流：IN＝PN/Un=９0000/4４0=20４．５４5(A)，电机电动势常数：Ce=(Uｎ—INＲa）/nN=(440－204．５4５ｘ0．08）/1800＝０．2435（V。mｉｎ／r)电枢电流:ＩdN=IN＝204.545（Ａ）主电路总电感：Ｌ＝0.６３9Uｄ／Idmin=（０。６３9*440)／20.45４５＝13.７4５６３mH=0.０１37H（Ｉdmin＝１０％IｄN)１。确定时间常数1）电磁时间常数：Tl＝L/Ｒ∑＝0.03141６(Ｓ).２)三相桥式晶闸管整流电路的平均滞后时间Ｔs＝0。00１7s，取电流反馈滤波时间常数Ｔoi=0．00２s，可得电流环的小时间常数为T∑i=Ts－Ｔoi=0。00１7s-0．002ｓ=0。0０３7s。２．选择电流调节器结构依据设计要求δi<５%,并保证静态电流无差,可按典型I型系统设计电流调节器.电流环掌握对象是双惯性型的,因此可用PＩ型电流调节器。检查对电源电压的抗扰性能:Tl／T∑i=0。03１416/0．０037=8。11，参照典型系统动态抗扰性能,各项指标都是可以接受的。3．计算电流调节器的参数电流调节器超前时间常数:τi=Tl＝0。０3ｓ电流环开环增益：要求δｉ〈５％时，按表3—1,应取ＫＩT∑ｉ=0。５，因此KＩ＝０.5／Ｔ∑i=0.5/0。００37=135。1s-1表3-1典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系KＴ０。25０。390。５０0。691.0阻尼比ε1。00.8０.7０７０。60。５超调量σ0％1.5％4.3％9.５％１6。３%上升时间ｔr∞６．６T4．7Ｔ3．3Ｔ2.4Ｔ峰值时间ｔp∞8．3T6.2Ｔ4.7T3。6T相角稳定裕度76．３°69．9°65．５°5９.２°５１。8°截止频率ωc0.２４3/Ｔ0。367/T0．455/T0.5９6/T０．786/T于是,ACR的比例系数为Ｋｉ＝(KIτiＲ)/（Kｓβ）＝1。0１３4．校验近似条件电流环截止频率:ωci=ＫI=135。1S—11）晶闸管整流装置传递函数的近似条件Ｔs＝1９６。1S—１>ωci，满意近似条件。2)忽视反电动势变化对电流环动态影响的条件3=４0。8２S-1＜ωci,满意近似条件。3）电流环小时间常数近似处理条件=1８０．８S—１>ωcｉ，满意近似条件。５．计算调节器电阻和电容由图３－7,按所用运算放大器取Ｒ０＝4０KΩ，各电阻和电容值为Ri＝KｉR０＝4０。52KΩ,取４0ＫΩCi==0．75x１0—6Ｆ，取０.7５μＦＣoi==０.2x1０-6F,取0．2μF依据上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为σｉ＝４。3％，满意设计要求。3.3。2转速调节器的设计一、转速环结构框图的化简用电流环的等效环节代替图３－３中的电流环后，整个转速掌握系统的动态结构框图如图3-8所示。图３－8用等效环节代替电流环后的转速环动态结构框图和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成Ｕｎ*（s）/α，再把时间常数为1/ＫI和Toｎ的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为Ｔ∑n的惯性环节,其中T∑n=+Tｏn，则转速环结构框图可简化图３-9。图３—9等效成单位负反馈系统和小惯性近似处理后的转速环动态结构框图二、转速调节器结构的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。现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节,因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节,所以应该设计成典型Ⅱ型系统，这样的系统同时也能满意动态抗扰性能好的要求。至于其阶跃响应超调量较大，那是依据线性系统理论计算的数据,实际系统中调速调节器的饱和非线性性质会使超调量大大降低.由此可见，AＳＲ也应该采纳PI调节器,其传递函数为WASＲ(s)＝不考虑负载扰动时，校正后的调速系统动态结构框图如图3－10所示。图3-1０校正后成为典型Ⅱ系统的转速环动态结构框图三、转速调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的PＩ型转速调节器原理图如图３-11所示。图3—11含给定滤波与反馈滤波的PＩ型转速调节器四、转速调节器的参数计算1．确定时间常数1)电流环等效时间常数１／KI:=2T∑ｉ＝2ｘ0.０0３7ｓ＝０。0074ｓ2）转速滤波时间常数Ｔon:依据所用测速发动机纹波情况,取Tｏn＝0．0１Ｓ３）转速环小时间常数：按小时间常数近似处理,取T∑i=＋Tｏｎ=0.0０74ｓ+０．0１s＝0.0174s２.计算转速调节器结构按跟随和抗扰性能都较好的原则，参考表3－2取ｈ=5，则ＡSR的超前时间常数为表３－2典型Ⅱ型系统系统阶跃输入跟随性能指标h3456７８９10σ52.6％43.6％3７。6％３３。2%29．8%２7.2%2５．0％23．3％tr/T2.4０2．6５2．853。03。13.2３.33．5ｔｓ/Ｔ1２。1511．65９．５5１0．４５11。3012。２5１3。25１４.2０k322111１１n＝hT∑n=5x0．０174=０.０87s转速环开环增益KＮ＝=39６。4S-２ASＲ的比例系数为Ｋn==11。73。检验近似条件转速环截止频率为Wcn＝=34.５s-2电流环传递函数简化条件为=63.7S—1>ωcｎ,满意简化条件2）转速环小时间常数近似处理条件为＝38。7S-1＞ωｃn，满意近似条件3.计算调节器电阻和电容依据图3—11，取R0=４0KΩ，则Rｎ=ＫｎR０＝468KΩ，取4７0KΩCn==0。１8５ｘ10-６Ｆ，取0.2μFCｏn==１ｘ10－6Ｆ，取1μＦ第四章心得体会在这次课程设计中,我学到了很多东西，也使得我将《电力拖动自动掌握系统》、《电路》等一系列书籍有了更深化的了解。让我知道怎么将理论与实践结合,从其中获得有用的知识。在时间充裕的学期末，我们有了更多的时间来完成我们的课程设计,使我可以花更多时间去讨论直流调速系统方面的知识.能够对电流调节器和转速调节器的设计有更多的熟识。在这次课程设计中，我也遇到了很多问题。比如计算出的参数不满意要求，但是通过我反复的查阅资料,反复的计算数据,最后问题还是得以解决。遇到有难度的问题,我首先会自己钻研，或者与同学商量，最后请教老师.所以，我要感谢和我一起设计的同学。是我们的团队合作才使我们课程设计完成的如此顺利。也感谢我们的老师,使他们教给我们有用的知识，我们才能够有能力完成此