1.1kw直流电动机不可逆调速系统毕业设计.doc

大连海洋大学专科毕业（设计） 1.1kw直流电动机不可逆调速系统设计 毕业（设计）1.1kw直流电动机不可逆调速系统设计学 生 姓 名： 指导教师： 合作指导教师： 专业名称： 电气自动化技术 所在学院： 职业技术学院 20XX年 5月30摘要直流电动机双闭环调速系统在工程中应用广泛，为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。目前广泛应用的是基于一些标准形式进行设计的系统，其优点是简单方便。计算机仿真可以不运行实际系统，只要在计算机上建立数字仿真模型，模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。本文介绍的是用一台1.1KW的直流电动机构成的直流双闭环调速系统。在理论的基础上设计了直流双闭环调速系统，并利用MATLAB中的SIMULINK工具箱，对直流调速系统进行仿真分析及参数调试。主要是从主电路设计、控制电路设计、数学模型的建立、系统的计算机仿真及调试等几个方面来进行设计和分析。关键词：直流调速，双闭环系统，电流调节器，转速调节器，计算机仿真AbstractThe double-close-loop D.C. speed regulating system to use extensive among project, for make system have good dynamic performance must design to the system. The ones that used extensively designed the system on the basis of some standard forms at present, its advantage is simple and convenient. puter simulation neednt operate the practical system , so long as set up digital simulation model at the puter, imitate simulation operation state and course changing over time of target. Through to digital simulation operation observation and design of course of model , get simulation output parameter and essential feature of system, so as to estimate and infer the true parameter of the real system and true performance. What this text introduced is the double-close-loop D.C. speed regulating system that the direct current motor of a 1.1KW forms . Design the double-close-loop D.C. speed regulating system , utilize SIMULINK toolbox of MATLAB on the theoretical basis, the double-close-loop D.C. speed regulating system carry on simulation analysis and parameter debug . Design and analyse from main circuit design , control circuit design , digital model foundation , puter simulation and odd of debugging etc. Keywords: Speed control of DC-drivers，Double-closed-loop system，Current regulator ，Speed regulator puter simulation 目 录摘要 IAbstract II前言1第一章 调速方案的选择21.1 直流电机电源确定21.2 励磁电源的选择31.3 测速发电机选择31.4 电流反馈环节的检测31.5 电流环选择41.6 速度环选择4第二章 主电路的计算52.1 整流变压器额定参数计算52.1.1 二次相电压 的计算52.1.2 一次和二次相电流和计算52.1.3 变压器的容量计算52.2 整流元件的选择62.2.1 晶闸管的额定电压62.2.2 晶闸管的额定电流62.2.3 励磁电路元件的选择62.2.4 滑动变阻器R的选择62.3 晶闸管保护设计与计算62.3.1 晶闸管两端的过电压保护82.3.2 过电流保护82.4 电抗器参数计算82.4.1 使输出电流连续的临界电感82.4.2 限制输出电流脉动的电感量92.4.3 电动机电感量Ld和变压器漏电感92.4.4 实际串入电抗器的电感量9第三章 控制电路的设计103.1 触发电路的选择 103.2 控制电源的选择 113.3 电流反馈环节设计与计算123.3.1 电流调节器的工作原理电流123.3.2 电流环结构图的简化123.3.3 电流环参数的确定133.4 电流调节器结构的选择及参数计算143.4.1 结构的选择143.4.2 参数的计算143.4.3 检验近似条件143.4.4 计算调节器电阻和电容153.5 转速环的设计163.5.1 转速调节器的工作原理163.5.2 电流环的等效闭环传递函数163.5.3 速度环参数的确定173.6 转速调节器结构的选择及参数计算173.6.1 结构的选择173.6.2 参数的计算183.6.3 检验近似条件183.6.4 计算调节器电阻和电容193.6.5 检验转速超调量193.7 继电器接触器控制电路设计21第四章 控制电路的设计224.1 单元部件调试224.2 系统调试224.3 速度变换器的调试224.4 数学模型的建立244.5 仿真软件MATLAB的介绍254.6 系统的动态分析26结 论27致 谢28参考文献 29元气件明细表 30前 言1957年，晶闸管（俗称可控硅整流元件，简称可控硅）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，使变流技术产生根本性的变革，开始进入晶闸管时代。到今天，晶闸管电动机调速系统（简称V-M系统）已经成为直流调速系统的主要形式。本文采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。目前广泛应用的直流调速设计方法是基于某些标准形式进行的，其优点是简单方便，但设计的系统性能指标是相同的，实际系统所要求的指标往往是不同的，所以采用双闭环调速系统的设计方法不一定都能得到满意的结果。在设计中，基于理论设计的基础上根据实际的系统情况作参数的调整是非常重要的，也是必不可少的。这是因为实际系统的参数，往往与计算值或铭牌数据有一定的差别，系统某些环节的非线性影响等因素存在，使系统在配置设计参数后并不能马上获得预期的性能指标。传统的调试方法是将整个系统按理论设计的结果建立一个实际系统，然后将系统分成若干个控制单元，并对每个控制单元进行调试，最后将各个单元构成一个完整的系统，并进行调试，这种传统的调试方法在使用过程中不仅费时、费力且不易产生满意的结果。因此我们采用计算机仿真技术。通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。MATLAB语言是一个具有高级数值分析、处理与计算功能的软件。其中的工具箱SIMULINK是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件，利用SIMULINK工具箱可以非常有效的对直流调速系统进行参数调试，可以非常直观的观察电动机电流和转速相应情况进行静态和动态分析，是目前国际上广泛流行的工程仿真技术。 第一章 调速方案的选择采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。如果要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转速。对于像龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大电流（转距）受限的条件下，希望充分利用电机的容许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转距）为容许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转距马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。为了实现在容许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。我们希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用，因此，我们采用双闭环直流调速系统。稳态如下图（1.1）图1.1 双闭环转速负反馈系统框图1.1直流电机电源确定由于晶闸管是只具备控制接通、无自关断能力的半控制型器件，因此在直流调速系统中，最常采用的可控整流器就是晶闸管可控整流器。其特点是：无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省；而且工作可靠、功耗小、效率高。一般来说，对于晶闸管整流装置我们均采用三相整流电路。三相整流电路的类型很多，包括三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路等，这里我们采用后一种。因为三相半波可控整流电路不管是共阴极还是共阳极接法，都只用三个晶闸管，其绕组利用率低，且电流是单方向的，为防止铁心饱和必须加大变压器铁心的截面积，因而还要引起附加损耗。整流的负载电流要流入电网零线，亦引起额外损耗，特别是增大零线电流，须加大零线的截面。而三相桥式全控整流电路，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。因此变压器绕组中没有直流磁通势，每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器绕组的利用率。图1.2 三相桥式全控整流电路图1.2励磁电源的选择对于本调速系统，虽然电动机的额定功率不是特别的大，属于小功率调速系统，但设计要求对系统的静态和动态指标要求都比较高，所以我们应使电流的脉动小，故选用无噪声、无摩损、响应快、体积小、重量轻、投资省，而且工作可靠、功耗小、效率高的全控桥整流电路作为供电方案给电动机供电。1.3测速发电机选择根据直流电机的参数可选择，测速发电机的额定功率23.1W，额定电压110V，额定电流210mA，额定转数1900转/分。1.4电流反馈环节的检测 利用串联式直流互感器把直流转换成正比的电压信号，其工作原理是;饱和电抗器的直流控制线圈成为直流互感器的；次线圈，交流工作线圈成为二次线圈。直流互感器的原理实质上是当铁心被交直流线圈同时激励时，直流电流的大小引起铁芯饱和程度的改变，使交流线圈的电抗大小发生变化，交流电流及串在回路中的取样电阻上的电压会相应改变。当直流为被测电流时，由取样电阻上可得到正比于直流电流的电压。1.5电流环选择 为了ACR采用的是PI调节器电流环的动态结构如下图 图1.3 电流环的动态结构图1.6速度环选择 图1.4 速度环的动态结构图第二章 主电路的计算主电路主要是对电动机电枢和励磁绕组进行正常供电，对他们的要求主要是安全可靠，因此在部件容量的选择上、在经济和体积相差不太多的情况下，尽可能选用大一些的，并在保护环节上对各种故障出现的可能性，都要有足够的估计，并采取相应的保措施，配备必要的报警、显示、自动跳闸线路，以确保主线路安全可靠的要求。2.1整流变压器额定参数计算一般情况下，整流装置所要求的交流供电电压与电网电压不一致，因此需要使用整流变压器。此外，整流变压器还可以减小电网和整流装置的相互干扰。2.1.1二次相电压的计算取，考虑裕量查表可知 A2.34, 则 =60.3172.37V取 V因此，电压比为 2.1.2一次和二次相电流和的计算查表可知 则 =2.4A =0.816A取 A, A2.1.3变压器的容量计算查表可知 则 KVAKVA =2.865KVA2.2整流元件的选择 2.2.1晶闸管的额定电压 =343514V取 V2.2.2晶闸管的额定电流未接电抗器的电动机负载，负载性质介于电阻与电感负载之间，为了晶闸管工作可靠，按电阻负载选择系数K。 查表可知 K=0.367按最大负载电流计算则 =（1.52）0.3671.213 =8.611.5A取 A2.2.3励磁电路元件的选择整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取500V。额定电流为10A故选用ZP38型的二极管。2.2.4滑动变阻器R的选择电压Ur3110330V 电流 Ir=1.50.8=1.2A R为275欧 则取300欧2.3晶闸管保护设计与计算2.3.1晶闸管两端的过电压保护为了抑制晶闸管的关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，如图2.1所示。图2.1 晶闸管两端阻容保护电路接法阻容保护的数值一般根据经验选定，见表2.2。表2.2 与晶闸管并联的阻容经验数据晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/0.10.150.20.250.512电阻/100840201052由上表可知，,电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.11.5倍。则电容耐压为（1.11.5）（1.11.5） （1.11.5）70189283V电阻的功率为 0.15W其中，f为电源频率（Hz）； 为晶闸管工作电压峰值（V）。2.3.2过电流保护过电流保护措施很多，其中快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器的接法如图2.3所示。 （a）交流侧快熔 （b）元件串联快熔图2.3 快速熔断器的接法在本系统中，接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管电流有效值7.5A，考虑到快速熔断器额定电压应大于线路的工作电压的有效值，其电流应小于晶闸管的有效值。故选RLS10的熔断器，额定电压500V,额定电流10A，熔体额定电流为5A。2.4电抗器参数计算2.4.1使输出电流连续的临界电感 为了使输出电流在最小负载电流仍能连续 为整流电路形式有关系数为0.695 为最小负载电流则按的（5%10%）经计算可得取1.04A 可得输出电流连续的临界电感L1 （700.695）/1.0444.09mH2.4.2限制输出电流脉动的电感量对于直流电机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来输出的脉动量。平 波电抗器的临界电感量L2可用下式计算 与整流电路形式有关，可查表得1.045 为电流最大允许脉动，通常三相电路的（510）%。（1.04570）/（0.0813）70.34mh2.4.3电动机电感量Ld和变压器漏电感电动机电感量Ld和变压器电感量Lt可按下式计算 （10110）/（22150013） 2.17mH式中,n为直流电动机电压，电流和转速，以常值代入；P为电动机的磁极对数；为计算系数。一般无补偿电动机取（812），快速无补偿电动机取68，有补偿则取56，这里取10.变压器漏感电感量Lt可按下式计算 式中-为计算系数由表查得为3.9 为变压器的短路比，一般取510，这里取8. （3.9870）/（10013） 1.68mH2.4.4实际串入电抗器的电感量考虑到输出电流连续时的实际电感时 这里N在三相桥式电路中取2，其余电路可取1. 44.09（2.17+21.68）38.56mH 考虑到限制电流脉动时的实际电感量 70.34（2.17+21.68） 64.81mH 这里取较大为65mH。第三章 控制电路的设计3.1触发电路的选择门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路性能的好坏，不但影响系统的调速范围和调速精度，而且对系统的可靠性有很大的影响。因此触发电路必须保证迅速、准确、可靠的送出脉冲。为达到这个目的，正确选用或设计触发电路是很重要的，一个触发电路性能的优劣常用下列几条来衡量：（1）触发脉冲必须保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延迟角处触发导通晶闸管。（2）触发脉冲应能在一定的范围内移相。对于不同的主电路要求的移相范围也不同。对于三相全控桥式电路，电阻负载时为，既要整流又要逆变时，其移相范围为，为保证逆变可靠，对最小逆变角应加以限制。（3）触发信号应有足够的功率（电压和电流）。为使所有合格的器件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压和电流，必须大于器件门极规定的触发电压和触发电流。触发电压在4V以上、10V以下为宜，这样就能保证任何一个合格的器件换上去都能正常工作。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，触发电压、电流的幅值在短时间内可大大超过额定值。（4）不该触发时，触发电路的漏电压小于0.150.2V，以防误触发。（5）触发脉冲的上升前沿要陡。否则，因温度、电源电压等因素变化时将造成晶闸管的触发时间不准确。设脉冲的幅值为，脉冲前沿是指由0.1上升到0.9所需要的时间，一般要在10以内为宜。（6）触发脉冲应有一定的宽度。一般晶闸管的开通时间为左右，故触发脉冲的宽度至少应在以上，最好应有。对于三相桥式全控整流电路，若采用宽脉冲触发，则脉冲宽度应大于，一般设计成（5ms）。由于集成触发电路的体积小、功耗低、调试方便、性能稳定可靠等特点，这里我们选用集成六脉冲触发器实用电路，如图31所示。图3.1 集成六脉冲触发器实用电路该电路需要三个互差，且与主电路三个相电压、同相的三个同步电压，因此需要设计一个三相同步变压器。但同步变压器功率很小，一般每相不超过1W，故可用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY0，即可获得与主电路二次侧相电压同相的三个电压、。3.2控制电源的选择给定电压的稳定与否直接影响系统给定转速的稳定程度，对调速系统精度影响甚大。为此在调速系统中，给定电压一般由稳压电源供给。根据对系统调速精度的要求不同，可以采用不同型式的稳压电源。根据电路要求可选用稳压管、晶体管、集成稳压器等组成的稳压电源。由于用集成稳压器组成的稳压电路简单，稳压精度高，故广泛应用在调速系统中。这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，如图3.2所示。3.2集成稳压电源原理图33电流反馈环节设计与计算331电流调节器的工作原理电流电流调节器有两个输入信号。一个是转速调节器输出反映偏差大小的主控信号，一个是由交流互感器测出的反映主回路电流反馈信号，当突加速度给定一个很大的输入值，其输出整定在最大饱和值上，与此同时电枢电流为最大值，从而电动机在加速过程中始终保持在最大转距和最大加速度，使起、制动过程时间最短。如果电网电压发生突变（如降低）时，整流器输出电压也会随之变化（降低），引起主回路电流变化（减小），由于快速性好，不经过电动机机械环节的电流反馈环的作用，立即使调节器的输出变化（增大），则也变化（变小），最后使整流器输出电压又恢复（增加）至原来的数值，这就抑制了主回路电流的变化。也就是说，在电网电压变化时，在电动机转速变化之前，电流的变化首先被抑制了。同样，如果机械负载或电枢电流突然发生很大的变化，由于采用了频率响应较好的快速电流负反馈，当整流器直流侧发生类似短路的严重故障时，电流负反馈也及时的把电流故障反馈到电流控制回路中去，以便迅速减小输出电压，从而保护晶闸管和直流电动机不致因电流过大而损坏。电流调节器ACR的作用：（1）对电网电压波动起抗干扰作用（2）启动时保证获得容许的最大电流（3）在转速调节过程中，使电枢电流跟随给定电压变化（4）当电机过载甚至堵转时，可以限制电枢电流的最大值，从而起到快速的过流安全保护，如故障消失，系统能自动恢复工作。3.3.2电流环结构图的简化电流环结构图如图3.3所示。图3.3 电流环的动态结构图由于突加给定阶跃后，速度调节器输出马上达到饱和限幅值，电流环投入工作使电机电枢电流很快上升，相对电流来说，速度变化很缓慢。因此，可以认为反电势对电产生的影响很小，令E=0，则结构图简化化下图3.4。图3.4 电流环动态结构图的化简一最后，Ts和Toi都比Td小得多，可以当作小惯性环节处理，看成一个惯性环节，取 则电流环结构图最终简化成图3.5。图3.5 电流环动态结构图的化简二3.3.3电流环参数的确定 (1) 三相桥式电路的平均失控时间Ts一般三相桥式电路晶闸管最大失控时间在00.0033s之间随机分布，取其平均值，即 Ts0.0017s (2) 电流滤波时间常数Toi三相桥式电路的每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，（12）Toi3.33ms Toi0.002s(3) 电流环小时间常数Ti按小时间常数近似处理，取 s(4) 晶闸管装置放大系数Ks令本系统电流调节器最大输出电压UKm2.54V，晶闸管最大输出整流电压为UDO=245.34V，则(5)电流反馈系数 令其限幅值为5V，则5V/1.5Id0.51V/A3.4电流调节器结构的选择及参数计算3.4.1结构的选择 电流环的一项重要作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过容许值，因而在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。可电流环还有另一个对电网电压波动及时调节的作用，因此还要提高其抗扰性能。为了使本系统电流环超调小，有好的动态性能，我们采用典型型来设计电流调节器。电流调节器选用PI型。令电流调节器的传递函数为 3.4.2参数的计算 (1)ACR超前时间常数 为了让调节器零点对消除控制对象的大时间常数极点，选择s(2)电流环的比例系数Ki设计时要求超调量要小，我们假设5，则因此，电流环的开环增益为于是ACR的比例系数为 3.4.3检验近似条件 (1)电流环截止频率KI=135.1l/s(2)晶闸管装置传递函数近似条件：现在，196.1l/s，满足近似条件。忽略反电动势对电流环影响的条件：现在，92.3l/s,满足近似条件。3.4.4计算调节器电阻和电容含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器原理图如图3.6所示。 图3.6 含给定滤波及反馈滤波的PI型电流调节器其中，UGi为电流调节器的给定电压，Id为电流负反馈电压，调节器的输出就是触发装置的控制电压UK。按所用运算放大器取R040K，各电阻和电容值计算如下 取5KCi2.2F 取2F Coi 取0.2F3.5转速环的设计3.5.1转速调节器的工作原理在主电机上安装一直流测速发电机，发出正比于主电机转速的电压，此电压与给定电压相比较，其偏差送到转速调节器ASR中去，如欲调整，可以改变给定电压。例如提高，则有较大加到ASR输入端，ASR自动调节GT，使触发脉冲前移（减小），整流电压提高，电动机转速上升，与此同时，也相应增加。当等于或接近给定值时，系统达到平衡，电动机在给定数值下以较高的转速稳定转动。如果电动机负载或交流电压发生变化或其它扰动，则经过速度反馈后，系统能起到自动调节和稳定作用。比如，当电机负载增加时，转速下降，平衡状态被破坏，调节器输出电压增加，触发脉冲前移（变小），提高，电动机转速上升。当其恢复到原来数值时，又等于给定电压，系统又达到平衡状态。如果扰动不是来自负载而是来自交流电网，比如交流电压下降，则系统也会按上述过程进行调节，使电动机转速维持在给定值上运行。同样道理，当电动机负载下降，或交流电压提高时，系统将按与上述相反过程进行调节，最后仍能维持电动机转速近似不变。转速调节器ASR作用如下：(1)使转速n跟随给定电压变化，保证转速稳态无静差(2)对负载变化起抗干扰的作用(3)输出限幅值决定电枢主回路的最大容许电流值3.5.2电流环的等效闭环传递函数在设计转速调节器时，可把已设计好的电流环看作是转速调节器的一个环节，为此必须求出它的等效传递函数。图3.7给出了校正成典型型系统的电流环的结构图，其闭环传递函数为图3.7 校正成典型型系统的电流环的动态结构图 若按=0.5选择参数，则 由图3.7可知电流闭环传递函数为 因此电流环的等效环节应相应地改成 原来电流环的控制对象可以近似看成是个双惯性环节（见图3.6），其时间常数是和，闭环后，整个电流环等效近似为只有小时间常数的一阶惯性环节。这就表明，电流闭环后，改造了控制对象，加快了电流跟随作用。3.5.3速度环参数的确定(1) 电流环等效时间常数20.0037s0.0074s(2)转速滤波时间常数根据所用测速发电机波纹情况，取0.01s(3)转速环小时间常数按小时间常数近似处理，取0.0174s(4)转速反馈系数 由于本系统的限幅值为5V，则=5V/n5/10000.005Vmin/r3.6转速调节器结构的选择及参数计算3.6.1结构的选择动态结构图就如图3.8所示。图3.8 转速环的动态结构图与电流环相似，我们可以将转速环结构图化简为图3.9。图3.9 转速环的动态结构图的化简由于设计要求稳态无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应该按典型型系统设计转速环。故ASR选用PI调节器，其传递函数为3.6.2参数的计算(1)ASR超前时间常数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h5，则50.0174s0.087s(2)转速环的比例系数转速环的开环增益为于是，ASR的比例系数为 3.6.3检验近似条件(1)转速环的截止频率=396.40.08734.5(2)电流环传递函数简化条件：现在，54.1l/s，满足简化条件。小时间常数近似处理条件：现在，38.75l/s,满足近似条件。3.6.4计算调节器电阻和电容含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器原理图如图3.10所示。图3.10 含给定滤波及反馈滤波的PI型转速调节器其中，UGn为转速调节器的给定电压，为转速负反馈电压，调节器的输出就是电流调节器的给定电压UGi。按所用运算放大器取R040K，各电阻和电容值计算如下 取250 K 0.348F 取0.4FCon 取1F3.6.5检验转速超调量如果转速调节器没有饱和限幅的约束，可以在很大范围内线性工作，那么，双闭环调速系统起动时的转速过渡过程的超调量时很大的（如图3.11a）。实际上，突加给定电压后不久，转速调节器就进入饱和状态，输出恒定的电压UGim，使电动机在恒流条件下起动，起动电流Id=Idm=UGim/，而转速n则按线性规律增长（如图3.11b）。虽然这时的起动过程要比调节器没有限幅时慢的多，但是为了保证电流不超过容许值，这是必需的。（a） ASR不饱和（b） ASR饱和图3.11 转速环按典型型系统设计的调速系统起动过程令电机容许过载倍数1.5，负载系数z0（理想空载起动）。当h5时，81.2；而=355.8r/min,因此，转速调节器的退饱和超调量为 = =15.73.7继电器接触器控制电路设计 由主电路可知，在三相变压器一次侧接入低压断路开关（空气开关），来保护电器发生短路，严重过载及欠电压等不正常情况。 为保护励磁回路因负载电流而造成电机飞车的危险，在励磁回路中串入欠电流继电器。 在变压器二次侧串入接触器，操作电路的启动和停止，则控制回路如下图3.12 图3.12 控制回路工作过程：（1）启动过程：首先按下SF1,使线圈QA1得电即空气开关闭合，则此时通过不控整流电路给励磁供电。经过一段时间线圈QA2得电即三相全控桥开始给电枢供电。电机启动玩闭。 （2）停止过程：按下SF2时，线圈QA3通电此时线圈QA2断电，电枢电流断开，因断电继电器经过一段时间不搂住整流电路断电。完成了停机第四章 控制电路的设计4.1单元部件调试1调试原则：先部件，后系统;先开环，后闭环;先内环，后外环。2调整输出正负限幅：加入一定的输入电压，调整正负限幅电位使输出正负最大电压为。3测定输出特性：将反馈电容短接，使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直到输出达到限幅值拆除短接线，加给定电压，用显示波观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容观察输出电压的变化。4ASR的调试：调整输出正负限幅值，使其输出限幅值等于。将反馈中的电容短接使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压直到达到输出限幅值，拆除短接线后，加给定，用扫描示波观察，输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容观察输出电压的变化。4.2系统调试电流环的调试：电动机不加励磁;系统开环，主电路接入电阻RP调到最大逐渐增加给电压，用示波器观察输出晶体管整流桥两端电压波形;增加给定电压，减小主回路的RP直到I=1.2I,在调节电流反馈电容RP，使电流反馈接受速度调节器，ASR的输出限幅值4.3速度变换器的调试电动机加额定励磁1系统开环，逐渐增加给定，当转速达1500r/min时，调节FB，速度反馈使变化反馈电压为10V左右。2速度反馈极性判断，系统中接入ADR构成单闭环系统，若稍加给定，电机转速即达到最高转速且调节不可控，则表明速度反馈极性有误。4.4数学模型的建立在单闭环调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可得到双闭环调速系统的动态结构图。图4.1 双闭环调速系统的动态结构图由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数Toi按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为Ton的给定滤波环节。因此，带滤波环节的双闭环调速系统的动态结构图如图4.2所示。图4.2 带滤波环节的双闭环调速系统的动态结构图将前面计算的数据带入图4.2中，得到本系统的动态结构图如图4.3所示。图4.3 本系统的动态结构图4.5仿真软件MATLAB的介绍MATLAB是美国Math Works公司的软件产品，是一个高级的数值分析、处理与计算软件；SIMULINK是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件，是MATLAB的一个工具箱。70年代中期，Cleve Moler博士和他的同事在美国国家自然科学基金的资助下开发了LINPACK和EISPACK的FORTRAN子程序库，这两个程序库是用于解线性方程和特征值问题的，代表了当时矩阵计算软件的最高水平，MATLAB逐渐为人们所接受并成为应用数学界的术语。80年代初期，工程师John Little领悟到MATLAB的潜在应用天地是工程领域，具有较高的商业价值。因此，他与Moler、Steve Bangert等人一起开发了第二代专业版MATLAB（增加了数据图形功能），并与1984年共同创造了Math Works公司，将MATLAB正式推向市场。在MATLAB之前，国内外已有大量的数值计算软件，他们大多是用FORTRAN或C语言编写，其共同的缺点是：适应面窄，可扩充性差、不开放等等，推广应用比较难。MATLAB的出现打破了这一局面，它的高度适应性、可扩充性等优良性能吸引了众多的科技界人士，很多人先后在MATLAB上开发出自己的“工具箱”，从而使得MATLAB一步步的壮大起来。SIMULINK使数字仿真技术进入到一个崭新的阶段，它不需要过多的了解“数值问题”，而使侧重于系统的建模、分析与设计问题，其良好的人机界面即周到的帮助功能使得它广为科技界与工程界的人们所应用。SIMULINK提供了使用系统模型框图进行组态的仿真平台，使用SIMULINK进行仿真和分析可以像在纸上绘图一样简单。它比传统的仿真软件包更直观、方便。它是MATLAB的进一步扩展，它不但实现了可视化的动态仿真，也实现了与MATLAB、C或者FORTRAN甚至和硬件之间的相互数据传递，大大的扩展了它的功能。SIMULINK不但可以进行仿真，也可以进行模型分析、控制系统设计等。4.6系统的动态分析在图4.4中给出了电动机的理想起动特性，此时电动机的起动速度达到最快。因此，设计结果应可能接近这一理想特性。图4.4 理想电动机起动特性在图4.5中给出了本系统电动机电流与电动机转速的起动过程中的动态特性仿真结果。图4.5 电动机电流（上）与电动机转速（下）的仿真从图中可知：（1） 电流环和转速环在起动初期产生的超调量都较小，