V-M双闭环直流调速系统毕业设计

1、唐山学院毕业设计第1章 引 言11 直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动

2、机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。12 研究课题的目的和意义直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛应

3、用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管电动机调速系统（简称V-M系统）。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，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上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业

4、生产中V-M系统的应用还是有相当的比重。所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。1.3双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的发展趋势双闭环不可逆调速系统在上世纪七十年代在国外一些发达国家兴起，经过数十年的发展已经成熟，在二十一世纪已经实现了数字化与智能化。我国在直流调速产品的研发上取得了一定的成就，但和国外相比仍有很大差距。我国自主的全数字化直流调速装置还没有全面商用，产品的功能上没有国外产品的功能强大。而国外进口设备价格昂贵，也给国产的全数字控制直流调速装置提供了发展空间。目前，发达国家应用的先进电气调速系统几乎完全实现了数字化，双闭环控制系统已经普遍的应用到了各类仪器仪表，机械重工业以及轻工业

5、的生产过程中。随着全球科技日新月异的发展，双闭环控制系统总的发展趋势也向着控制的数字化，智能化和网络化发展。而在我们国内，双闭环控制也已经经过了几十年的发展时期，目前已经基本发展成熟，但是目前的趋势仍是追赶着发达国家的脚步，向着数字化发展。14本设计的基本要求：1.该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），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s2）3.动态性能指标：转速超调量8%，电流超调量5%，动态速降n8-10%，4.调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s 5.系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续调速系统中设置有过电

6、压、过电流等保护，并且有制动措施第2章 主电路选型和闭环系统的组成21 晶闸管结构型式的确定2.1.1 设计思路本设计中直流电动机由单独的可调整流装置供电，采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。通过调节触发延迟角的大小来控制输出电压Ud的大小，从而改变电动机M的电源电压。由改变电源电压调速系统的机械特性方程式 n=( Ud/Ce)-(RO+Ra)T/ CeCT2 Ud 整流电压 RO 整流装置内阻可知，改变Ud，即可改变转速n。2.1.2 主电路的确定虽然三相半波可控整流电路使用的晶闸管个数只是三相全控桥整流电路的一半，但它的性能不及三相全控桥整流电路。三相全控桥整流电路是目前

7、应用最广泛的整流电路，其输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广（将近50）。把该电路应用于本设计，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。三相全控桥整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极组和共阳极组串联电路，如图21所示。三相全控桥整流电路可实现对共阴极组和共阳极组同时进行控制，控制角都是。在一个周期内6个晶闸管都要被触发一次，触发顺序依次为：，6个触发脉冲相位依次相差。为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，另外一个在共阴极组。为此，晶闸管必须严格按编号轮流导通。晶闸管与 按A相，晶闸管与

8、 按B相，晶闸管与 按C相，晶闸管接成共阳极组，晶闸管 接成共阴极组。在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的整流电路。由于电网电压与工作电压（U2）常常不一致，故在主电路前端需配置一个整流变压器，以得到与负载匹配的电压，同时把晶闸管装置和电网隔离，可起到降低或减少晶闸管变流装置对电网和其他用电设备的干扰。考虑到控制角增大，会使负载电流断续，并且负载为直流电动机时，由于电流断续和直流的脉动，会使晶闸管导通角减少，整流器等效内阻增大，电动机的机械特性变软，换向条件恶化，并且增加电动

9、机的损耗，故在直流侧串接一个平波电抗器，以限制电流的波动分量，维持电流连续。为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害，电路中加入了晶闸管保护装置。晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。（1）晶闸管的过流保护 晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类:一类是由于整流电路内部原因；另一类则是整流桥负载外电路发生

10、短路而引起的过电流，另外，如整流变压器中心点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。 1.对于第一类过流，即整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用第一种保护措施，最常见的就是接入快速熔短器的方式。2、对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。 （2）晶闸管的过压保护 晶闸管设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。 1.过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。2.过电压保护的第二

11、种方法是采用电子电路进行保护。 图21三相全控桥整流电路22 闭环调速系统的组成开环直流调速系统调节控制电压Uc就可改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是，对静差率有较高要求时，开环调速系统往往不能满足要求。这时就要采用闭环调速系统。采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以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，单环系统就难以满足需要。这是就要考虑采用转速、电流双环控制的直流调速系统。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。二者之间实行嵌套

12、（串联）联接。把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。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用PI调节器。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Uim*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限制了电力电子电换器的最大输出电压Udm。系统组成的系统原理框图如下：ASR转速调节器，ACR电流调节器， TG测速发电机，TA电流互感器，UPE电力电子变换器，Un*转速给定电压，Un转速反

13、馈电压，Ui*电流给定电压，Ui电流反馈电压 图22 双闭环调速系统的动态结构框图图23双闭环调速系统的原理框图第3章 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算3.1 变压器参数计算3.1.1 变压器二次侧电压U2的计算由于整流输出电压的波形在一周期内脉动6次的波形相同，因此在计算时只需对一个脉冲进行计算。由此得整流输出平均电压 （） （3-1）显然=440V，如果忽略晶闸管和电抗器的压降，则可以求得变压器副边输出电压=217.1V (通常取导通角为)取=220V 变压比3.1.2 一次、二次侧相电流I1、I2的计算由表查得KI1=0.816，KI2=0.816原边输出有效电流副边输出有效电流3

14、.1.3 变压器容量S的计算 （3-2） （3-3） （3-4）式中m1、m2一次、二次侧绕组的相数；所以考虑到晶闸管和电抗器的压降，变压器本身的漏磁，并根据变压器应留有一定裕量的原则，选择参数为额定容量为150KVA。3.2 平波电抗器参数计算 在V-M系统中，脉动电流会增加电机的发热，同时也产生脉动转矩，对生产机械不利，为了避免或减轻这种影响，须设置平波电抗器。平波电抗器的电感量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常首先给定最小电流(以A为单位通常取电动机额定电流的5%-10%)，再利用它计算所需的总电感量（以为单位），减去电枢电感，即得平波电抗器应有的电感值。3.2.1电流连续的

15、临界电感量L1的计算平波电抗器的临界电感量L1（单位mH）可由下式计算 （3-5）式中K1为与整流电路形式有关的系数，可由表查得K1=0.693，由技术要求知Idmin=5%Id，所以 3.2.2限制输出电流脉动的临界电感量L2的计算由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。通常伏在需要的只是直流分量，对电动机负载来说，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，应在直流侧传入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。平波电抗器的临界电感量L2（单位mH）可由下式计算 （3-6）式中K2为与整流电路形式有

16、关的系数，Si为电流最大允许脉动系数，通常三相电路。根据本电路形式查表可得K2=1.045，所以3.2.3电动机电感量LD的计算电动机电感量LD（单位mH）可按下式计算 （3-7）式中Ud 、Ld、n直流电动机额定电压、额定电流和额定转速；P电动机磁极对数；计算系数，对一般无补偿电机取=812。所以 （取P=2,=10）3.2.4实际串入平波电抗器的电感量L的计算由于变压器的漏电感很小，可以忽略不计，那么串入平波电抗器的电感量 取其电感值为12mH根据电感量大小取其电阻为0.23.3可控晶闸管参数计算3.3.1晶闸管的额定电压计算 通常取晶闸管的断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的标值作

17、为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电压的2-3倍。本设计中峰值电压538.9V故晶闸管电压定额取其电压定额=1500V。3.3.2晶闸管的额定电流计算 晶闸管的电流定额主要由其通态平均电流来标称，规定为晶闸管在环境为和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温是允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。因此在使用时同样应按照实际波形的电流与通态平均电流所造成的发热效应相等，即有效值相等的原则来选取晶闸管的电流定额，并留有一定裕量。一般取其通态平均电流为此原则所得计算结果的1.5-2倍。可按下式计算： （3-8）式中计算系数=/1.57

18、由整流电路型式而定，为波形系数，为共阴极或共阳极电路的支路数。当时，三相全控桥电路=0.368故晶闸管额定电流 取其电流定额为200A。3.4 整流电路及晶闸管保护电路设计晶闸管具有许多优点，但它属于半导体器件，因此具有半导体器件共有的弱点，承受过电压和过电流的能力差，很短时间的过电压和过电流就会造成元件的损坏。为了使晶闸管装置能长期可靠运行，除了合理选择元件外，还须针对元件工作的条件设置恰当的保护措施。晶闸管主要需要四种保护：过电压保护和du/dt限制，过电流保护和di/dt限制。 图3-1 整流电路及晶闸管保护电路3.4.1 过电压保护和du/dt限制凡是超过晶闸管正常工作是承受的最大峰值

19、电压的都算过电压。产生过压的原因是电路中电感元件聚集的能量骤然释放或是外界侵入电路的大量电荷累积。按过压保护的部位来分，有交流侧保护，直流侧保护和元件保护。元件保护主要是通过阻容吸收电路。阻容吸收电路的参数计算式根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量存储起来为依据的。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效的抑制尖峰过电压。串阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振荡。3.4.2 过电流保护和di/dt限制由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升可能烧坏PN结，造成元件内部短路或开路。晶闸管发生过电流的原因主要有：负载端过载或短路；

20、某个晶闸管被击穿短路，造成其他元件的过电流；触发电路工作不正常或受干扰，使晶闸管误触发，引起过电流。晶闸管允许在短时间内承受一定的过电流，所以过电流保护作用就在于当过电流发生时，在允许的时间内将过电流切断，以防止元件损坏。晶闸管过电流的保护措施有下列几种：（1）快速熔断器 普通熔断丝由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔断，这样就起不了保护作用。因此必须采用专用于保护晶闸管的快速熔断器。快速熔断器用的是银质熔丝，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏之前熔断，这是晶闸管过电流保护的主要措施。（2）硒堆保护 硒堆是一种非线性电阻元件，具有较陡的反向特性。当硒堆上电压

21、超过某一数值后，它的电阻迅速减小，而且可以通过较大的电流，把过电压的能量消耗在非线性电阻上，而硒堆并不损坏。硒堆可以单独使用，也可以和阻容元件并联使用。本系统采用快速熔断器对可控硅进行过流保护，整流电路及晶闸管保护电路如图3-1所示。3.5电流调节器的设计在图3-2画线结构框图中，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。实际反电动势与转速成正比，系统的电磁时间常数远小于机电时间常数，因此转速的变化往往比电流变化慢得多，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，可以认为反电动势基本不变，即.这样在按动态性能设计电流环时，可以不考虑反电动势变化的影响。也就是

22、说可以去掉反电动势的作用这样得到电流环的结构框图如图3-2所示：（1）确定时间常数根据已知数据得电磁时间常数 三相桥式晶闸管整流电路的平均后时间，取电流反馈滤波时间常数，可得电流环的小时间常数为+= 0.0017 s+0.002 s = 0.0037 s图3-2 电流环动态结构框图（2）选择电流调节器结构根据设计要求电流超调量i5% 并且保证稳态电流无静差，可以按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此电流调节器选用PI调节器，其传递函数为 （3-9） 另检查电源电压的抗扰动性能：，参照表3-1的典型I型系统动态抗扰性能可采用PI调节器。表3-1典型I型系统动态跟随性能指标

23、和频域指标与参数的关系参数关系KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超调量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间tp8.3T6.2T 4.7T3.6T相对稳定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止频率c0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T （3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：为满足%5%要求，应取，因此电流环开环增益为= = 135.14 于是电流调节器的比例系数 = （4）校验近似条

24、件1）电流环截至频率= =135.14，晶闸管装置传递函数近似条件为 （3-10）现有 =196.1>故该近似条件满足。2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的近似条件为 （3-11）现有 = 故该近似条件满足。3）电流环小时间常数近似处理条件为 （3-12）现有=180.8> 故该近似条件满足。（5）计算调节器电阻和电容电流调节器原理图如图3-3所示：取调节器的输入电阻=40k，则电流调节器的各参数为=1.2740=50.8，取50 ，取0.8 =，取0.2根据上述参数可以达到的动态指标为 %=4.3%5%故能满足设计要求。图3-3 电流调节器原理图3.6 转速调节器的设计 电流环

25、经简化后可视作转速环中的一个环节，这样用电流环等效环节代替电流环后整个转速控制系统的动态结构图如下图3-4所示：（1）确定时间常数电流环的等级时间常数为=2=0.0074s，(在电流环中已取因=0.5）。 取转速反馈滤波时间常数 =0.01s，那么转速环的时间常数为 =0.0074s+0.01s=0.0174s（2）选择转速调节器结构为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前必须有一个积分环节，它应包含在转速调节器当中。这样转速环开环传递函数共有两个积分环节，所以应该设计成典型II型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。因此转速调节器也应该采用PI调节器，其传递函数可表示为 （3-13

26、）图3-4 转速环动态结构框图 （3）选择转速调节器参数按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择h=5，求出转速超调量%和过渡过程时间 。如果能够满足设计要求，则可根据所选的h值计算有关参数；否则要改变h值重新进行计算，直到满足设计要求为止。当h=5时，ASR退饱和超调量为 = （3-14）式中，表示电动机允许的过载系数，按题意=1.5；z为负载系数，设为理想空载起动，则z=0；为调速系统开环机械特性的额定稳态速降 = （3-15） 是基准值为时的超调量相对值；而= （3-16） 参照表3-2，当h=5时，=81.2%，故起动到额定转速，即= 时，退饱和超调量为 = =7.09%满足设计要求。表3-

27、2 典型型系统动态抗扰性能指标与参数的关系h345678910Cmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85空载起动到额定转速的过渡过程中，由于在大部分时间内ASR饱和而不起调节作用，使过渡过程时间延长，可表示为 =+ （3-17）其中为恒流升速时间，是退饱和超调过渡过程时间。 =（0.40.6）s退饱和超调过渡过程时间等于动态速升的回复时间。当h=5时=8.8=0.153s。但恢复时间是按

28、误差为5%计算的。这里=206.4r/min，故 5%= 10.3r/min。这就是说，转速进入10.3r/min的恢复时间为0.153s。但这里的恢复时间应按转速进入5%来计算，由于5%=90 r/min远大于10.3r/min，显然所需时间将远小于0.153s，故可忽略不计，于是=（0.40.6）s。可见，能满足设计要求。这样，就可根据h=5选择转速调节器的参数。 ASR的时间常数为=h=50.0174s=0.087s转速环开环增益为= ASR比例系数为=10.38（4）校验近似条件转速环截止频率为=396.40.087 =34.51） 电流环传递函数简化条件为 （3-18）现有=63.7

29、>故满足该简化条件。2）小时间常数近似处理条件为 （3-19）现有=38.7> 故满足该简化条件（5）计算调节器的电阻和电容转速调节器原理图如图3-5所示：图3-5电流调节器原理图取调节器输入电阻 =40k，则=10.3840 k=415.2k 取400k= =0.22 取0.2= =1 取1根据上述参数可以达到的动态指标为故能满足设计要求。第4章 驱动控制电路的选型设计由于集成触发电路不仅成本低、体积小，而且还有调式容易、使用方便等优点，故本设计采用KJ041集成触发电路。KJ041为6路双脉冲形成器，它是三相全空桥式电路的触发器，它具有双脉冲形成和电子开关封锁等功能。KJ041

30、实用电路如图五所示，移相触发器输出脉冲加到该器件的16端，器件内的输入二极管完成“或”功能，形成补脉冲，该脉冲经放大后分6路输出。当控制端7接逻辑“0”电平时，器件内的电子开关断开，各路输出触发脉冲。采用KJ041集成触发电路的同步电压应滞后于主电路电压180度。本设计主电路整流变压器采用D，y-11联结，同步变压器采用D，y-11，5联结。这时，同步电压选取的结果见表4-1表4-1 各晶闸管的同步电压 晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub同步电压-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc+Usb图4-1 KJ004电路原理图图4-1 D，y1

31、1联结图4-2 KJ041第5章 双闭环系统调节器的动态设计51 电流调节器的设计5.1.1 时间常数的确定系统电磁时间常数Tl：由上可知L=35.98mH，R=0.5， 整流装置滞后时间常数Ts：按表二，三相桥式电路的平均失控时间为Ts=0.0017s。 电流滤波时间Toi：三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，应有（1-2）Toi=3.33s，因此取Toi=2ms=0.002s。 电流环小时间常数之和Ti：按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。5.1.2 电流调节器结构的选择 根据设计要求i5%，并保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电流调节器。

32、电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其电流环结构如5-1所示，其传递函数为，电流调节器的比例系数，电流调节器的超前时间常数。检查对电源电压的抗扰性能： =0.142/0.0037=38.31，对照典型型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。图5-1 电流环结构图5.1.3 电流调节器的参数计算 电流调节器超前时间常数i=Tl=0.07s。电流开环增益：要求i5%时，按表三应取KITi=0.5，因此KI=0.5/Ti=0.5/0.0037=135.1s-1。取Ks=48，而电流反馈系数=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A，于是，ACR的比

33、例系数为表5-1 典型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1.00.80.7070.60.5超调量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间tp8.3T 6.2T 4.7T3.6T相对稳定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止频率c0.243/T0.367/T0.455/T 0.596/T 0.786/T5.1.4 近似条件校验 电流环截止频率：ci=KI=135.1s-1。 晶闸管整流装置传递函数的近似条件:1/

34、（3Ts）=1/（3×0.0017）=196.1s-1ci，满足近似条件。 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件: ，ci，满足近似条件。 电流环小时间常数近似处理条件: ci，满足近似条件。5.1.5 电流调节器的实现按所用运算放大器取R0=40k，各电阻和电容值为Ri=KiR0=1.642×40=65.68k，取65 k； Ci=i/Ri=0.07/（65×103）1.08×10-6F=1.08F，取1.1F； Coi=4Toi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6F，取0.2F。按照上述参数，电流环可以达到的动态

35、跟随性能指标为i=4.3%5%（见表三），满足设计要求。52 转速调节器的设计5.2.1 时间常数的确定 电流环等效时间常数1/KI：已取KITi=0.5，则1/KI=2Ti=2×0.0037=0.0074s。 转速滤波时间常数Ton：根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.01s。转速环小时间常数Tn：按小时间近似处理, Tn=1/KI+Ton=0.0074+0.01=0.0174s 5.2.2 转速调节器结构的选择 按照设计要求，选用典型型系统的PI调节器，速度环动态结构图如图5-2，其传递函数为 图5-2 速度环结构图（a）(b)。5.2.3 转速调节器的参数计算 按跟随和抗

36、扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为n=hTn=5×0.0174=0.087s，可求得转速环开环增益，因为Ce=（UN-INRa）/nN=（440-220×0.088）/1000=0.234Vmin/r，=10V/ nN =10/1800=0.006 Vr/min，于是可得ASR的比例系数为5.2.4 近似条件校验 由式K=1c得转速环截止频率为。 电流环传递函数简化条件，满足简化条件。 转速环小时间常数近似处理条件，满足近似条件。5.2.5 转速调节器的实现 取R0=40k，则Rn=KnR0=3.36×40=134.48k，取1400k； Cn

37、=n/Rn=0.087/（140×103）0.621×10-6F=0.621F，取0.7F；Con=4Ton/R0=4×0.01/（40×103）=1×10-6=1F，取1F。5.2.6 校核转速超调量当h=5时，由表四查得，n=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于表四是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。表5-2 典型型系统阶跃输入跟随性能指标（按Mmin准则确定参数关系）h3 4567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%

38、23.3%tr/T2.402.652.853.003.103.203.303.35ts/T12.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111 设理想空载起动时，负载系数z=0，已知=1.5，IN=220A，nN=1800r/min，Ce=0.234Vmin/r，Tm=0.1s，Tn=0.0174s。当h=5时，由表五查得，Cmax/Cb=81.2%，而调速系统开环机械特性的额定稳态速降nN=INR/ Ce=220×0.12/0.234=94.01 r/min，代入式，计算得：n=能满足设计要求。表5-3 典型型系统动态抗扰性能指标与参数的

39、关系h345678910Cmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85第6章 系统的调试调速系统能否保持运行良好，与安装、调试及日常的维护工作有很大关系。现把本设计的调速系统的基本调速方法介绍如下：61 系统的安装及检查系统的调试必须在电控设备安装合格，个机械部件及检测环节安装正常，转动部分能灵活运转的前提下进行。因此，在调试前应做好准备工作，对设备的安装和线路的连接作必要的检查。1安装前详

40、细检查电气柜内所有的电气元件有无运输受震而损坏、紧固件松动、金属受潮锈蚀严重或绝缘受潮等情况。如有上述情况，应先进行修整，清洁柜内灰尘、杂物后才能安装使用。2晶闸管设备应安装在通风良好的地方，柜的四周要留有一定的空余地位，以便于检修。如进线需要，应设置地沟，并要能防止地沟内积水。3电机轴中心线与机械轴中心线应对准安装，否则可能会使整个机组在运转中产生震动，使轴承因承受的应力过大而发热严重。4设备的外部接线要严格按接线图连接。各种电缆线的排放要做到强弱电分开，交直流分开。为增强抗干扰能力，各种信号线和反馈线要各自穿铁管隔离。设备的外围金属框架部分必须有接地点。5检查电机的电刷是否接触良好，电机的

41、旋转方向是否正确。6根据电路图和接线图认真检查各元、器件和电路板的位置与外部接线是否正确，检查各个设备之间的连接线是否无误，检查主回路的连线是否正确。各连接线头都应接触良好，接插件应接触紧密。7在接通电源之前应对绝缘受损或受潮的设备进行修复和干燥处理，然后再进行绝缘检查。绝缘检查一般根据元器件的工作耐压来选用合适的兆欧表或万用表。8所有的开关和控制手柄要放在规定的位置。62系统的调试对系统进行调试首先应掌握控制系统的原理，熟悉各系统的各控制单元的线路及其控制功能。了解系统应满足的各项性能指标，以及各调节器的校正参数等。调试前应准备好所需的各种测量仪器仪表。调试过程按一定的顺序进行：621 调试

42、顺序1调整好各种控制电源，将各电路板拆下，各控制电源在空载情况下，调整和检查其输出电压的幅值。2先调试系统的各控制单元，然后进行系统调试。3先调试控制回路，后调试主电路。4主电路通电时先低压后高压，先接入电阻负载，后换接至电动机。5先调试和检验各保护环节，然后才投入运行。6双环系统的调试应先调整内环，再调整外环。7调试系统时，电动机投入运行应先轻载后重载，先低速后高速。8先调试和检验系统的静态性能指标，后调试系统的动态性能指标。622 控制单元的调试调节器的调试因为本设计采用的调节器均为反馈型调节器，因此可直接调试。首先将放大器组成比例调节器，用示波器高频档观察输出是否有自激振荡。如有，可调整

43、放大器外接的消振电路参数来消除自激振荡。振荡消除后，对调节器进行调零。调零时将各个输入端接地，用万用表测量输出端，调整调零电位器或同相输入端对地接外接电阻值，使输出为零。根据调节器在系统中所需的限幅值，调整其正、负限幅电位器时输出达到限幅值。2触发器主电路电源断开，检查触发器同步电压、电源电压接线是否正确。电压幅值应满足要求。用示波器检查各触发板输出脉冲波形是否正确。若不正确，应先解决触发板电路上的问题。外加控制信号或调整偏置电压值，观察各触发板输出脉冲能否移相。用示波器观察触发电路的输出脉冲。控制电压为零，调偏置电压确定脉冲相位。由于本设计的双脉冲触发，应检查和调整使各相双脉冲的间隔为600

44、。3调试其他控制单元调试的基本方法为：根据各控制单元的工作原理，分析其输出输入关系，外加输入信号，测量其输出，检查和调试其静、动态工作特性，使之满足系统的要求。623 主电路及保护电路1检查主电路三相电源线及相序是否正确。若相序不对，调换任意两相进线即可。2去掉各控制单元电路，外加控制电压至触发电路，调试触发电路与主电路的脉冲移相控制。3负载实验时可先用电阻性负载代替电动机。4调节控制电压，观察主电路的电压波形是否正常，是否可同时移相。若每相的波形不对称，应检查是三相电源不对称还是触发电路的输出脉冲相位不对称，应调整并解决之。若之电路波形不正常应查找原因和解决问题。5过电流保护装置的调试应该增

45、加负载使主电路电流达到规定的动作值，然后检查和调整过电流继电器，使其准确动作。检验系统的继电保护装置，看过电流继电器动作时主电路是否能正常跳闸。6在主电路带电阻负载工作一切正常后，可将电阻负载去掉，换上电动机。电动机接上励磁后应先检查励磁回路是否正常。无异常情况下，缓慢增加控制电压，观察主电路工作情况以及电动机和系统各机械运动部分是否正常。若发现异常，应及时排除故障。增大控制电压使电动机转速达到额定值，测量转速反馈电压并调整使之达到转速最大给定值。624电流环的调试1检查调节器校正参数是否为设计值，装入电流调节器的单元电路板，接入一给定电压，接入电流反馈信号线。2电枢接入主电路，电动机空载，不

46、加励磁。先将给定电压调为零，合上电源开关，观察电枢回路应电压为零，电流也为零。3缓慢增加给定，观察主电路电流波形是否正常。4突加给定信号，观察主电路电流波形。适当调整电流调节器的参数，使电流内环的性能指标满足要求。如果电流上升过程冲击较大，振荡次数多，可减小电流调节器的放大系数。如果电流变化缓慢，波形不饱满，可适当加大电流调节器的放大系数。625 速度环的调试1检查转速调节器的校正参数是否为设计值，装入转速调节器单元电路板。2接入转速给定信号和转速反馈信号线。接入电动机励磁，电动机空载。3缓慢增加转速给定信号，观察电动机先低速，后高速情况下的运转是否正常。突减转速给定信号，观察电动机停车过程是

47、否正常。4加入转速给定阶跃信号，用长余辉慢扫描示波器观察转速反馈端的信号波形，即电动机起动的转速过渡过程。调整转速调节器的参数使转速的过渡过程满足动态性能要求。5在电流环和转速环都调试正常后，给电动机带上负载，先低速后高速突加给定起动，系统带负载进行调试。用示波器同时观察起动过程电流、转速波形，复核并调整有关参数使其满足性能指标。在调速范围内的低速和高速情况下，突加负载或突减负载，观察系统在负载扰动作用下电流及转速的抗扰调节过程，调整有关参数使其满足性能指标。总结与体会本设计为V-M双闭环直流调速系统设计，通过三相变压整流装置将三相交流电压整流为直流电压。其中对主电路的结构及元件包括变压器，晶

48、闸管以及电抗器的参数进行了计算和选取。确定了电流调节器和转速调节器的结构并按照设计参数要求对调节器的参数进行了计算和确定。 通过本次设计使我对电力拖动自动控制系统有了进一步的认识和了解，掌握了用工业设计法对双闭环调节器的设计方法。对电力电子器件在工业发展中所起的巨大作用也有了认识。另外在设计过程中遇到了一些难题，在自己查找多方资料并和同学相互讨论的情况下终于找到了解决的方法。这使我明白理论和实际是存在一定偏差的，计算结果并不能代表实际数据。总的来说这次设计让我受益匪浅，对我来说是一次很好的经历。致 谢本次毕业设计中，得到许多老师和同学的帮助，让我更好更快地了解、熟悉和掌握本课题的内容和主要任务

49、，从而让我有了直接的工作方向和较充分的思想准备。在这里，我郑重地对所有帮助过我的同学和指导过我的老师表示感谢。另外，我要特别感谢我的指导老师孙军老师，他给我的是对我永远都有益处的经验和学习方法，从他那里我学到了如何学习基本和专业知识的技巧，以及一丝不苟的学习态度。在这里，我也要郑重地感谢我的指导老参考文献1 王兆安，黄俊 主编 电力电子技术，第四版,机械工业出版社，20032 杨威,张金栋 主编，电力电子技术，重庆大学出版社，20023 陈伯时，电力拖动自动控制系统运动控制系统，第三版，机械工业出版社，20034 莫正康，电力电子应用技术，第三版，机械工业出版社，20005 黄俊 王兆安 电力

50、电子变流技术 第三版 机械工业出版社 20056 阮毅 陈伯时 电力拖动自动控制系统 第4版 机械工业出版社 20097 王兆安 刘进军 电力电子技术 第5版 机械工业出版社2009附录V-M双闭环不可逆直流调速系统电气原理图外文资料稳压电源的概述：能为负载提供稳定交流电源的电子装置。又称交流稳压器。有关交流稳压电源的参数及质量指标可参见交流稳压电源。各种电子设备要求有比较稳定的交流电源供电，特别是当计算机技术应用到各个领域后，采用由交流电网直接供电而不采取任何措施的方式已不能满足需要。随着电源技术的发展,80年代又出现了下列3种新型交流稳压电源。补偿式交流稳压器：又称部分调整式稳压器。利用补

51、偿变压器的附加电压串接在电源与负载之间,随着输入电压的高低,用断续式的交流开关（接触器或晶闸管）或用连续式的伺服电动机来改变附加电压的大小或极性，把输入电压高出部分(或不足部分)减去(或加上)，从而达到稳压目的。补偿变压器容量仅为输出功率的1/7左右,具有结构简单、造价低廉的优点，但稳定度不高。数控式交流稳压器和步进式稳压器：由逻辑元件或微处理机构成控制电路，按输入电压高低转换变压器初级匝数，使输出电压获得稳定。静化式交流稳压器：由于具有良好的隔离作用，能消除来自电网的尖峰干扰而得到应用。电保镖稳压器Potentiometer outlineAn overview of the power supply: Electronic devices that can provide stable AC power to the load. Also known as AC voltage regulator. The relevant param