[毕业设计精品]双闭环直流晶闸管调速系统设计

vm双闭环直流晶闸管调速系统设计摘要：此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，SimulinkAbstract:Thedesignusesthyristors,diodesandotherdevicesdesignsaspeed,currentdouble-loopSCRDCconvertersystem.Thesystemsetsupthecurrentdetectingaspect,thecurrentregulatorACRandthespeeddetectinglink,speedregulatorASR,composesthecurrentcentralandthespeedcentral,theformerthroughthefeedbackofthecurrentcomponentstoleveloffthecurrent,thelatterthroughthefeedbackofspeeddetectingdevicetomaintainthespeedstablyandfinallyeliminatesthedeviationofspeedbias.，thusallowingthesystemtothepurposeofregulatingthecurrentandspeed.whenthesystemstarts,thespeedouterringsaturatsnon-functional,thecurrentinnerringplaysamajorroletoregulatethestartingcurrenttomaintainthemaximumsothatthespeedlinearchange,toreachagivenvalue;whenitoperatessteadily,thespeednegativefeedbackfromtheouterringplaysamajorrole,toletthespeedchangeswiththegivenspeedvoltage,atthesametimethecurrentinnerringregulatesthearmaturecurrentofmotoradjustmenttobalancetheloadcurrent.Simulinkforsystemthroughmathematicalmodelingandsystemsimulation.Finallydisplaycontrolsystemmodelandtheresultsofanti-truth.Keywords:Double-loop,thyristors,thespeedregulator,thecurrentregulator，Simulink目录1前言.12总体方案设计.22.1a1a0a2a3.22.2a1a0a4a5.22.3a1a0a6a7.32.4a9a8a10a11.33单元模块设计.43.1a13a12a14a15a16a17a9a8.43.2a13a12a18a19a16a17a9a8.43.3a16a20a18a19a16a17a9a8.53.4a22a20a21a23a24a25a26a27a16a17a9a8.63.4.1a29a16a28a26a27a30du/dta32a31.63.4.2a29a16a20a26a27a30di/dta32a31.63.4.3a22a20a16a17a33a34a8a35.73.5a16a36a9a8.93.6a38a31a16a17a9a8.94系统调试.155结论.186总结与体会.197参考文献.20西华大学课程设计报告a371a391前言自70年代以g7481，g3281外g3324电g8680g1268动g20058g3507内，大g18339g3332g18331用了“晶闸管直流电动机调速”g6228g7427g708g12628g12228KZD调速系统g709，g4625管g5415g1182g2163g10587g2334g4560体变流g6228g7427g5062g7389了g12373g20146g10479进的g2469g4649，g1306g3324g5049g1006g10995g1147中KZD系统的g5224用g17836g7171g2356g7389g11468g5415的g8616g18337。g3324g5049g12255设计与g10714论学g1076过g12255中，会g6521g16314到大g18339g1863g1122调速g6523g2058系统的分析、g13520g2524与设计g19394g20076。g1268统的g11752g12362方g8873主要g7389g16311析g8873，g4466g20576g8873与仿真g4466g20576，g1866中前g1016g12193方g8873g3324g1867g7389g2520自g1260g9869的g2528时g1075g4396g3324g11540不g2528的g4628g19492性。双闭环g708电流环、转速环g709调速系统g7171一g12193g5415前g5224用g5203g8879，g13475g8994，g17878用的电g2159g1268动系统。g4439g1867g7389动态g2721g5224g5567、g6251g5190g6212g14033g2159g5390等g1260g9869。g6117g1216g11705g17959反馈闭环g6523g2058系统g1867g7389g14403g3921的g6251g6212性g14033，g4439g4557g1122g15999反馈环的前g2533通g17959g990的一g2011g6212动作用g18129g14033g7389g6940的g2164以g6245g2058。g18331用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统g2499以g1889保g16789系统稳定的g7477件g991g4466g10628转速g7092g19757差。g1306g3926g7536g4557系统的动态性g14033要g8726g17751g20652，g1375g3926要g8726起g2058动、g12373g2164负载动态速g19489g4579等等，单闭环系统g4613g19602以g9397g17287要g8726。g17837主要g7171g3252g1038g3324单闭环系统中不g14033g4448全按照需要g7481g6523g2058动态过g12255的电流或转矩。g3324单闭环系统中，只g7389电流截止至负反馈环节g7171专门用g7481g6523g2058电流的。g1306g4439只g7171g3324超过临界电流值以后，g5390烈的负反馈作用g19492g2058电流的冲击，并不g14033很g10714想的g6523g2058电流的动态波形。g3324g4466际g5049作中，g6117g1216希望g3324电机最大电流g19492g2058的g7477件g991，充分利用电机的允许过载g14033g2159，最g3921g7171g3324过度过g12255中始终保持电流g708转矩g709g1038允许最大值，使电g2159拖动系统g4625g2499g14033用最大的g2164速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即g19489g991g7481，使转矩马g990与负载g11468平衡，从而转入稳态运行。g17837时，启动电流成方波形，而转速g7171线性增长的。g17837g7171g3324最大电流转矩的g7477件g991调速系统所g14033得到的最g5567的启动过g12255。西华大学课程设计报告a402a412总体方案设计2.1方案比较方案一：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统g7171指只g7389一个转速负反馈构成的闭环g6523g2058系统。g3324电动机轴g990装一台测速g2469电机SF,引出与转速成正g8616的电压Uf与给定电压Udg8616g17751后,得偏差电压U,g13475放大器FD,g1147g10995g16314g2469装置CF的g6523g2058电压Uk,用以g6523g2058电动机的转速,g3926图2.1所示。a422.1a43a44a45a46a47a48a42方案二：双闭环直流调速系统该方案主要由给定环节、ASR、ACR、g16314g2469器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。g1038了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，g12228g1038双闭环调速系统。g3252转速换包围电流环，故g12228电流环g1038内环，转速环g1038外环。g3324电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出g5415做ACR的输入，g1889由ACR得输出去g6523g2058晶闸管整流器的g16314g2469器。g1038了获得g14403g3921的g19757、动态性g14033，转速和电流g1016个调节器一般g18129g18331用g1867g7389输入输出g19492幅g2163g14033的PI调节器，且转速和电流g18129g18331用负反馈闭环。该方案的原g10714框图g3926图2.2所示。a422.2a43a44a49a46a47a48a422.2方案论证方案一g18331用单闭环的速度反馈调节时整流电路的脉波数m=2,3,6,12,g1866数目总g7171g7389g19492的,g8616直流电机每g4557极g991换g2533片的数目要少得多。g3252此,除非主电路电感L=,否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带g7481g2520g12193影g2721,主要g7389:(1)脉动电压电流检测ASRACR整流g16314g2469装置电动机负载速度检测电压放大器整流g16314g2469装置电动机负载速度检测西华大学课程设计报告a503a51电流g1147g10995脉动转矩,g4557g10995g1147机械不利;(2)脉动电流(斜波电流)流入电源,g4557电网不利,g2528时g1075增g2164电机的g2469热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分g18339外,g17836含g7389交流分g18339。把交流分g18339引到运算放大器输入端,不仅不起正常的调节作用,反而会g1147g10995g5190g6212,严g18337时会造成放大器g4628部饱和,从而破坏系统的正常g5049作。方案二g18331用双闭环转速电流调节方g8873，虽然g11468g4557成本g17751g20652，g1306保g16789了系统的g2499靠性g14033，保g16789了g4557g10995g1147g5049艺的要g8726的g9397g17287，既保g16789了稳态后速度的稳定，g2528时g1075兼顾了启动时启动电流的动态过g12255。g3324启动过g12255的主要阶段，只g7389电流负反馈，没g7389转速负反馈，不让电流负反馈g2469挥主要作用，既g14033g6523g2058转速，g4466g10628转速g7092g19757差调节，又g14033g6523g2058电流使系统g3324充分利用电机过载g14033g2159的g7477件g991获得最佳过渡过g12255，很g3921的g9397g17287了g10995g1147需g8726。2.3方案选择1.g3324单闭环调速系统中用一个调节器g13520g2524多g12193信号，g2520参数间g11468互影g2721，g19602g1122进行调节器动态参数的调整，系统的动态性g14033不够g3921。2.系统中g18331用电流截止负反馈环节g7481g19492g2058启动电流，不g14033充分利用电动机的过载g14033g2159获得最g5567的动态g2721g5224，即最佳过渡过g12255。g1038了获得近似g10714想的过度过g12255，并克服几个信号g13520g2524g1122一个调节器输入端的缺g9869，最g3921的方g8873g4613g7171g4570g15999调g18339转速与g17753g2173g15999调g18339电流分g5332g2164以g6523g2058，用g1016个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。所以本文g17885g6333方案二作g1038设计的最终方案。2.4设计要求直流电动机设计双闭环直流晶闸管调速系统，g6228g7427要g8726g3926g991：1.直流电动机g20081定参数：直流电动机的g20081定参数PN=11kW、UN=230V、IN=47.8A、nN=1450r/min，电枢电g19471Ra=0.9，电枢g13481组电感La=6.6mH，电机g20146g17730矩GDd2=6.39Nm2，电流过载g1505数=1.5，电枢回路总电g19471g2499g2474g1038R=2Ra，系统总g20146g17730矩GD2=2.5GDd2a522.设计要g8726：稳态g7092g19757差，电流超调g18339ig7055%；g12366载起动到g20081定转速时的转速超调g18339ng70510g705。西华大学课程设计报告a534a543单元模块设计g7693g6466设计要g8726，本文所设计的双闭环直流晶闸管调速系统主要包含转速给定电路、转速检测电路、电流检测电路、g6523g2058电路、g16314g2469脉冲输出电路、整流及晶闸管保g6264电路、电源等几个部分。3.1转速给定电路设计转速给定电路主要由g9381动变g19471器构成，调节g9381动变g19471器即g2499获得g11468g5224大g4579的给定信号。转速给定电路g2499以g1147g10995幅值g2499调和极性g2499变的阶g17303给定电压或g2499平g9381调节的给定电压。g1866电路原g10714图g3926图3.1所示。a553.1a56a57a58a59a60a61a62a63a553.2转速检测电路设计转速检测电路的主要作用g7171g4570转速信号变换g1038与转速g12228正g8616的电压信号，g9400除交流分g18339，g1038系统g6564g1391g9397g17287要g8726的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速g2469西华大学课程设计报告a645a65电机组成，g4570测速g2469电机与直流电动机g2528轴g17842g6521，测速g2469电机输出端即g2499获得与转速成正g8616的电压信号，g13475过g9400波整流g1055后即g2499作g1038转速反馈信号反馈回系统。g1866原g10714图g3926图3.2所示。a663.2a67a68a69a70a71a72a73a74a663.3电流检测电路设计电流检测电路的主要作用g7171获得与主电路电流成正g8616的电流信号，g13475过g9400波整流后，用g1122g6523g2058系统中。该电路主要由电流互感器构成，g4570电流互感器g6521g1122主电路中，g3324输出端即g2499获得与主电路电流成正g8616的电流信号，起到电g8680g19560g12175的作用。g1866电路原g10714图g3926图3.3所示。a753.3a76a77a78a79a76a80a81a82a75西华大学课程设计报告a836a843.4整流及晶闸管保护电路设计整流电路g3926图3.4所示，g3324整流电路中主要g7171晶闸管的保g6264g19394g20076。晶闸管g1867g7389许多g1260g9869，g1306g4439g4658g1122g2334g4560体器件，g3252此g1867g7389g2334g4560体器件g1861g7389的g5381g9869，g6227g2475过电压和过电流的g14033g2159差，很g11713时间的过电压和过电流g4613会造成元件的g6451坏。g1038了使晶闸管装置g14033长g7411g2499靠运行，除了g2524g10714g17885g6333元件外，g17836g20047g19036g4557元件g5049作的g7477件设置g5700g5415的保g6264g6526g7057。晶闸管主要需要g3247g12193保g6264：过电压保g6264和du/dtg19492g2058，过电流保g6264和di/dtg19492g2058。a853.4a86a87a88a89a90a91a92a93a94a95a88a893.4.1过电压保护和du/dt限制g1973g7171超过晶闸管正常g5049作g7171g6227g2475的最大g4804值电压的g18129算过电压。g1147g10995过压的原g3252g7171电路中电感元件g13870g19610的g14033g18339g20600然g18334放或g7171外界g1417入电路的大g18339电g14667g13059g12227。按过压保g6264的部g1313g7481分，g7389交流g1403保g6264，直流g1403保g6264和元件保g6264。元件保g6264主要g7171通过g19471g4493g2572g6922电路，g17842线g3926图4.4所示。g19471g4493g2572g6922电路的参数计算g5347g7693g6466变压器g19093g14467g11925g3342g18334放出g7481的g14033g18339转化g1038电g4493器电g3342的g14033g18339g4396g1660起g7481g1038g1393g6466的。由g1122电g4493g1016端的电压不g14033g12373变，所以g2499以g7389g6940的g6245g2058g4586g4804过电压。串g19471的目的g7171g1038了g3324g14033g18339转化过g12255中g14033消g13803一部分g14033g18339，并且g6245g2058LC回路的g6403g14645。3.4.2过电流保护和di/dt限制由g1122晶闸管的热g4493g18339很g4579，一g7098g2469g10995过电流时，g9213度g4613会g5625g2107g990g2331g2499g14033g9915坏PN结，造成元件内部g11713路或g5332路。晶闸管g2469g10995过电流的原g3252主要g7389：负载端过载或g11713路；g7588个晶闸管g15999击g12371g11713路，造成g1866g1194元件的过电流；g16314g2469电路g5049作不正常或g2475g5190g6212，使晶闸管g16835g16314g2469，引起过电流。晶闸管允许g3324g11713时间内g6227g2475一定的过电流，所以过电流保g6264作用g4613g3324g1122g5415过电流g2469g10995时，g3324允许的时间内g4570过电流g2011g7041，以g19462止元件g6451坏。晶闸管过电流的保g6264g6526g7057g7389g991g2027几g12193：1.g5567速g10088g7041器g7234通g10088g7041g1009由g1122g10088g7041时间长，用g7481保g6264晶闸管很g2499g14033g3324晶闸管西华大学课程设计报告a967a97g9915坏g1055后g10088g7041器g17836没g7389g10088g7041，g17837g7691g4613起不了保g6264作用。g3252此g5529g20047g18331用专用g1122保g6264晶闸管的g5567速g10088g7041器。g5567速g10088g7041器用的g7171g19146g17148g10088g1009，g3324g2528g7691的过电流g1505数g991，g4439g2499以g3324晶闸管g6451坏g1055前g10088g7041，g17837g7171晶闸管过电流保g6264的主要g6526g7057。2.g11814g3546保g6264g11814