接触器切换V-M转速电流双闭环直流调速系统设计.docVIP

直流拖动控制系统课程设计说明书 课题名称：接触器切换V-M转速电流双闭环可逆直流调速系统设计 学院（系）： 电气工程学院自动化系 年级专业 ： 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期： 摘要：转速电流双闭环直流调速系统是性能很好，且应用最广的直流调速系统。本系统为转速、电流双闭环可逆直流调速系统，采用PI调节器，实现了无静差调速，电源部分采用晶闸管整流装置来实现对电机转速的调节，使直流电机可以进行连续平滑调速，且具有较宽的转速调节范围.此装置还具备了可靠地过电压过电流保护措施，能够保证生产活动的正常进行。本文还对整个系统进行了设计并对参数进行了选择与计算，从而保证了设计的系统能够满足设计要求。 关键词：双闭环、晶闸管、可逆调速、转速调节器、电流调节器。 系统设计要求 1、调速范围D=20,无静差、在整个调速范围内要求转速无级、平滑可调； 2、动态性能指标：电流环超调量； 空载起动到额定转速时的转速超调量。 3、采用下表所示额定数据参数： 直流电机 直流发电机 测速发电机 型号 Z2-101 Z2-42 ZYS-3A 额定容量（KW） 2.2 3.5 0.022 额定电压(V) 220 230 110 额定电流（A） 12.5 15.3 0.22 最大电流（A） 18.75 22.95 额定转速（rmp） 1500 1450 2000 额定励磁 电压220V 电流0.61A 永磁 （） 0.103 0.18 电动机电枢电阻Ra（） 1.06 电动机电枢电感La（mH） 8.93 其他参数： 名称 数值 整流侧内阻Rn（） 0.037 整流变压器漏感（mH） 0.24 电抗器直流内阻（） 0.024 电抗器电感（mH） 3.2 二、控制系统整体设计方案 ①直流调速系统概述： 直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，并设计自动控制环节，使电机可以按人为地要求稳定运行，以满足工作机械的要求。 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，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。 尽管近年来交流调试系统发展很快，但由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，所以直流调速系统在生产生活中占有举足轻重的作用。 ②双闭环系统概述（系统提出背景）： 我们知道，采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。 ③分析原因： 单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。 ④问题解决： 为了尽量缩短起、制动的过程时间，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分地利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值，使电机以最大的加速度启动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使电机的转矩马上与负载相平衡，从而进入稳态运行状态，因此，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。 为此我们希望，在起动过程，起动电流维持在最大值，截断转速负反馈，即只有电流负反馈，没有转速负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。 ⑤双闭环系统结构组成如图2-1所示： ⑥双闭环系统分析： 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如上图所示。转速调节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控制电力电子变换器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、电流双闭环调速系统。 ⑦双闭环系统原理图如图2-2所示： 图中两个调节器的输出都是带限幅作用的。 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im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Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 三、主回路设计 3.1主回路参数计算与元器件选择 3.1.1电动机控制回路基本参数计算 根据题目要求： 电动机型号：Z2-101 根据系统设计要求及给定额定数据参数，可得： 回路总电阻： =1.06+2×0.037+0.024=1.158Ω 电动机在额定磁通下的电动势系数： = 电动机在额定磁通下的转