VM双闭环直流调速系统课程设计报告

1、VM双闭环直流调速 统课程设计报告集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#实 训报 告课程名称：专业实训 专业：班级： 学号：姓名： 指导教师:-成绩：完成日期:2015年1月15日任务书题目：直流调速系统的设计设计内容及要求：单闭环直流调速系统和双闭环直流调速系统的设计（-）主回路方案确定主要电气设备的计算和选择：1、整流变压器的计算2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算。3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计 算.（-）控制回路选择反馈元件的选择，调节器的设计（三）画出闭环调速系统电气原理图（四）撰写设计说明书（报

2、告）设计环境:主要由主电路和控制电路组成，主电路由开关，变压器，晶闸管整流装置， 保护器件，直流电动机和测速装置组成，控制电路主要由运算放大器构成的控制器 组成。实现目标：1、使学生进一步熟悉和掌握闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基 本方法和步骤。2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其计算。4、掌握电流、速度调节器的典型设计方法。5、掌握电气系统线路图绘制方法。6、掌握撰写实训报告的方法。1单闭环直流调速系统主电路设计单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电 动机轴上装一台测速发电机SF,引出与转

3、速成正比的电压Uf与给定电压t/d比 较后，得偏差电压(/，经放大器FD，产生触发装置CF的控制电压Uk，用以控制 电动机的转速，如图所示。电压放大器整流触发装置电动机负载速度检测;直流调速系统原理框图直流电机，额定电压20V,额定电流7A,励磁电压20V,最大允许电流40 A o整流变压器额定参数的计算为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确 定之后，晶闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确 计算整流变压器次级电压U?。(1) 二次侧相电流和一次侧相电流在精度要求不高的情况下，变压器的二次侧相电压U2的计算公式：几种整流线路变压器电压计算系统参数

4、，如表所示。表几种整流线路变压器电压计算系统电路模式单相全波单相桥式三相半波二相桥式AC所以变压器二次侧相电压为：t/2 =1.35x200.9 =30V变压器的二次侧电流12的计算公式： 几种整流线路变压器电流1皿2系数，如表。表几种整流线路变压器电流Id/I2电路模式电阻性负载电感性负载单相全控桥三相全控桥查表得，A = 1 o变压器的二次侧电流：yTA变压器的一次侧电流i!的计算公式：一次侧电流：=/2= 7x30三220 = 0.954(2) 变压器容量整流电路为单相桥式，取加=m =加2 = 1。二次容量：52 = m2U2I2 = 1 x 30 x 7 = 210W次容量:3=1x

5、220x0.95 = 209W平均计算容量：S = *(S+S2)= 209.5W整流器件晶闸管的参数计算及选择额定电压Utn、电流Itn、功率Ptn。整流元件的最大值电压Utm和额定电流的计算系数K(b如表所示。表整流元件的最大值电压Ug和额定电流的计算系数Kh电路模式Ue电阻性(K)电感性(Ke)单相桥式二相桥式查表得，%严迈U2、Kjb = 0.45取 UrN=30V, ITN = 40A, P,N = 5200W ,选择 MEKD-ZL-50 型号整流模 块一个。阻容保护电路的参数计算及选择单相变压器交流侧过压过流保护电容C和电阻R的计算：变压器励磁电流百分比：在101000Kv情况下

6、，取410。变压器的短路电压百分比：在10-lOOOKv情况下，S%取510。几种常见单相晶闸管阻容保护电路如图所示。图单相RC保护电路几种常见三相晶闸管阻容保护电路如图，图所示。图三相RC角型保护电路图三相压敏电阻保护电路控制电路设计单相整流模块参数(1) 工作频率f为50Hz。(2) 输入线电压范围VIN (RMS)为30450VAC。(3) 控制信号电压VCON为0 10VDC。(4) 控制信号ICON10MAo (5)、输出电压不对称度 6%o(6) 输出电压温度系数 600PPM/Co(7) 模块绝缘电压 VISO (RMS) 22500V。整流模块内部电路及使用和安装：(1) 单相

7、整流模块内部电路，如图所示。图单相整流模块(2) 模块的使用安装模块电流规格选择：为保证设备运转正常，选取的模块电流应为负载电流 的3倍，整个运行过程，负载电流不能超过模块的额定电流。环境要求：模 块的存贮和工作场所应干燥、通风、无尘、无腐蚀性气体。工作环境温度范围 为-25C +45C。安装步骤： 把散热器和风机按通风要求安装好，散热器表面必须平整、光洁。在模 块导热底板与散热器表面均匀涂覆一层导热硅脂，然后用螺钉把模块固定于散 热器上，注意用力要均等。 因模块工作电流较大，必须用带接线鼻的多股铜线进行连接(禁用铝 线).导线截面积按电流密度4A/mm2选取。严禁将铜线直接压接在模块电 极上

8、。 用接线鼻环带将铜线扎紧，以免接触不良而附加发热，然后套上绝缘热 缩管，用热风或热水加热收缩。将接线鼻固定在模块电极上，确保良好的平面 接触，并用螺钉紧固。 注意模块输入输出电极勿掀起，以免损坏模块。 接控制线：接线见图和表所示。图五脚插座的对应顺序表引脚接线+ 12引脚功能引线颜色5脚插座红色GND黑色4GND黑色(灰色)3CON黄色2Econ橙色(褐色)1LM331芯片简介及工作原理LM331采用单电源供电，电源电压VCC,模拟信号Vin的输入范围VCCOV濒率范围为15OOKH乙 非线性低于。模拟信号比 经积分器积分 处理后，在INPUT端变成与输入电压成正比的稳定电流输入，通过LM3

9、31芯 片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号,FOUT端输出的频率信号送到 计算机的计数/定时端口，计算机对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模 拟信号到数字信号的转换。由于LM331的转换线性度直接影响转换结果的准确 性，而通常引起V/F转换产生非线性误差的原因是引脚1的输出阻抗，它使输 出电流随输入电压的变化而变化，因而影响转换精度，为克服此缺点，高精度 V/F转换器在1脚和7脚间加入了一个积分器，这个积分器是由常规运放LF356 和积分电容C4构成的反积分器。LM331外部扩展电路如图所示。图LM331外部扩展电路运算放大LM324芯片简介及工作原理LM324系列运算放大器

10、是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器可 工作在单电源下，电压范围是。它采用14管脚双列直插塑料(陶瓷)封装， 外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用 外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图所示的符号来表示，它有5 个引出脚，其中“+”、为两个信号输入端，P+”、“V-”为正、负电源端， “Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端 V。的信号与该输入端的相位相反；Vi+ (+)为同相输入端，表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图所示。图运算放大器图lm324功能引脚图LM324的特点：(1)

11、 短跑保护输出；(2) 真差动输入级；(3) 可单电源工作：3V-32V ；(4) 低偏置电流:最大lOOnA (LM324A)；(5) 每封装含四个运算放大器；(6) 具有内部补偿的功能；(7) 共模范围扩展到负电源；(8) 行业标准的引脚排列；(9) 输入端具有静电保护功能。光电编码器光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉 冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘 和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方 形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋 转.经发光二极管等电子元件组成的检测装置检

12、测输出若干脉冲信号，通过 计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为 判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90。的两路脉冲信号。光电编码器 E6B2_C接线如图所示。图光电编码器接线图无静差调速采用PI调节器的单闭环无静差调速系统控制结构如图所示。图单闭环无静差调速系统PI调节器控制结构图单闭环调速系统控制电路如图所示。图单闭环调速系统控制电路图单闭环调速系统主电路如图所示。图单闭环调速系统主电路2双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统设计双闭环直流调速系统主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环 节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈

13、分 别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASRO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，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转 速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当作ACR的输 入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。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具有输入输出限幅功能的PI调节器， 且转速和电流都采用负反馈闭环。该系统原理框图如图所示。电压 卜AS卜闫 整流秒发装置 H 电动机 卅 负载 T速度检测图双闭环直流调速系统原理框图主电路设计本组双

14、闭环直流调速系统设计参数如下：直流他励电动机：功率Pe二，额定电压Ue=220V,额定电流Icm磁极对数 P=l, ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻主电路总电阻R二Q, Ks=27,电磁时间常数Tf,机电时间常数Tm=,滤波时间常数入Ton=,过 载倍数A电流给定最大值= 8V ,速度给定最大值U； = 10V , 0二A, a =Vmin /。整流变压器额定参数的计算(1) 一次侧相电流和二次侧电流在精度要求不高的情况下，变压器的二次侧相电压U?的计算公式：查表得，A = 2.34。所以变压器二次侧相电压为：U2 =1.3x 220-2.34 = 122.22V变压器

15、的二次侧电流12的计算公式：查表得，A = 1.22。变压器的二次侧电流：I2 = Id =6.5-1.225.33/1变压器的一次侧电流li的计算公式：一次侧电流：人=厶= 5.33x122.22 4-220 2.96A(2) 变压器容量整流电路为三相桥式，取加=m =加2 = 3。二次容量:S2 =m2U2I2 =3x 122.22x5.331954.3W次容量:S=加口人=3x220x2.96 = 1953.6W平均计算容量：5 = 1(S1+S2) = 1953.95VV整流器件晶闸管的参数计算及选择额定电压Utn、电流Itn、功率Ptn。查表得，UTm = y/6U2, Ktb =

16、0.368 o取UTN = 598.75V , 7=5.382/1, PTN = 3222.45VV ,选择三相整流模块 F18 系列SD57-16型号阻容保护电路的参数计算及选择(1) 单相变压器交流侧过压过流保护电容C和电阻R的计算：变压器励磁电流百分比：在10-lOOOKv情况下，取410。变压器的短路电压百分比：在10-lOOOKv情况下，S%取510。1953 95C6x5x- ，- 3.92uF 取122.22-R 2.3x 122-22 -xVF 心 17.6Q 取 20Q1953.95(2) 保护电容的耐压值计算双闭环直流调速系统主电路双闭环直流调速系统主电路如图所示。图双闭环

17、直流调速系统主电路双闭环直流调速系统控制电路的设计转速、电流双闭环设计原则双闭环直流调速系统控制电路转速、电流双闭环设计原则：先内环后外 环。ACR电流环的设计(1)确定时间常数三相桥式电路的平均时空时间：人=00017$电流滤波时间常数：L =0.00315电流环时间常数：冬=Ts + Tm = 0.0017 + 0.003 1 = 0.0048$(2)选择电流调节器结构因此电流环可按根据设计要求而且互=卫空 =0.6875v 10Tg 0.0048典型I型系统设计。电流调节器选用PI型，其传递函数为：（3）选择电流调节器参数ACR超前时间常数：r, =Tt = O.O33s。 机电时间常数

18、：Tm=o电流环开环增益：要求7,. F = 031“F ,取O33“F现在,J 一 = - x./ 3忻3 V（5）计算调节器电阻和电容电流调节器原理图，按所用运算放大器取心=40口，各电阻和电容值计算如下=1.013x400 = 4.520,取40K1C产沪册存叫“碱，取两按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为：丁 = 43%“满足现在，3店-= 3Xy 001 5_1 = 34,025-1 % 满足(5) 计算调节器电阻和电容按照转速调节器原理，取&)=400,则(6) 校核转速超调量退出饱和超调量的计算公式：5” =(兰严)2(兄-2)巴叫殳Cbn Tg当力=5时，兰込= 81.2%, An = 厂/皿血=555r/min叩Ce 0.13，因此 r,=81.2%x2xl.5x x = 6.8%10%,15000.