双闭环直流电机调速系统设计方案.docVIP

PAGE \* MERGEFORMAT 8 关键词：MATLAB 直流调速 双闭环 转速调节器 电流调节器 2.技术数据 （1）直流电动机：额定功率60KW、额定电压220V、额定电流308A、额定转速1000r/min、电动势系数Ce=0.196V· min/r；主回路总电阻0.18欧姆；电磁时间常数Tl=0.012s ；机电时间常数Tm=0.12s，电流反馈滤波时间常数0.0025s；转速反馈滤波时间常数0.015s；额定转速时的给定电压为10V ， 调节器ASR、ACR饱和输出电压 （2）系统设计的静、动态指标：稳态无静差；调速范围D=10，电流超调量小于5%，空载启动到额定转速的转速超调量小于10%，（按退饱和超调计算） 3.设计内容 （1）根据题目的技术要求，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）动态设计计算与实现：根据技术要求，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，并满足动态性能指标的要求。 调速系统控制电路（可以是模拟控制电路也可以是数字控制电路）元部件的确定及其参数计算。 （4）完成直流电机转速、电流控制系统设计。a .设计控制系统主机、过程通道模板电路，包括元器件选择。b.画出系统控制图。c.控制系统软件设计。转速、电流控制均采用PI控制算法，设计位置式PI控制算法。绘出程序流程图，设计算法程序。 （5）学习并掌握MATLAB/Silmulink直流调速系统仿真方法，给出典型的双闭环直流调速系统的转速和电流仿真波形。并对波形进行简单的分析。 （6）绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） （7）整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 4.双闭环直流调速系统设计框图 直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机，如图。 图1 双闭环直流调速系统设计总框架 三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压电流保护。一般保护有快速熔断器、压敏电阻等。根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。根据选用的方法，分别计算保护电路的各个器件的参数。 驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路，可以使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。本设计使用的是晶闸管，即半控型器件。驱动电路对半控型只需要提供开通控制信号。对与晶闸管的驱动电路叫做触发电路。所以对晶闸管的触发电路也是重点设计。 直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转矩控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。 最后是用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行仿真分析。 5.系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成 5.1主电路的选择与确定 直流调速系统常用的直流电源有三种①旋转变变流机组；②静止式可控整流器；③直流斩波器或脉宽调制变换器。 机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用着，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机还要一台励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。 1957年晶闸管问世，已生产成套的晶闸管整流装置。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，即可改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性都很大提高，而且在技术性上有较大的优越性。 直流斩波器—电动机系统原理图为下图2。其中VT用开关符号表示任何一种电力电子开关器件，VD表示续流二级管。当VT导通时，直流电源电压US加到电动机上；当VT关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经VD续流，两端电压接近于零。如此反复，得到电枢端电压波形u=f(t),如图3所示，好像是电源电压US在ton时间内被接上，又在(T—ton