V-M双闭环直流可逆调速系统

1、课程设计任务书学生姓名：专业课：讲师：工作单位：标题： V-M双闭环直流可逆调速系统设计初始条件：1.技术数据：晶闸管整流器：Rrec=0.5，Ks=40。负载马达额定值资料：PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0，Ifn=1.14A，GD2=2.96N.m2系统主电路：Tm=0.07s，Tl=0.017s2.技术指标正常状态指标：无静态(静态速度s2，速度范围D10)动态指标：电流超调：5%(额定速度下起始超调：8%，(以不饱和方式计算)已完成的主要任务：(包括课程设计工作量和技术要求，以及编写文档等特定要求)1.技术要求：(1)该调速系统可以

2、进行平稳的速度调节，负载电机可逆运行，具有更宽的速度调节范围(D10)，使系统在运行范围内稳定运行(2)系统静态特性良好，无静态(静态速度s2)(3)动态性能指标：速度超出速度delta n 8%，电流超出delta I 5%，动态速度下降delta n10%，速度调节系统切换过程时间(调整时间)ts1s(4)系统在5%负载或更大负载的变化操作范围内，电流连续(5)调速系统装有过电压、过电流等保护装置，有制动装置2.设计内容：(1)根据主题的技术要求，分析论证，确定主电路的结构类型和闭环调速系统的组成，绘制系统配置的框图(2)调速系统主电路元件的确定和参数计算，包括变压器、电力电子装置、扁平电

3、抗器和保护电路。(3)动态设计计算：根据技术要求动态修改系统，确定ASR调节器和ACR调节器的结构样式，执行参数计算，使调速系统稳定运行，满足动态性能指标的要求(4) V-M双闭环直流可逆调速系统电气原理概要图的绘制(需要计算机图形)(5)创建设计数据、课程设计摘要、设计计算手册计划：浏览资料12月21日至12月23日工作设计12月24日至12月30日校样12月31日教师签名指南：年月日部门主管(或负责任的教师)签署：年月日摘要信息本设计是基于V-M调速系统的直流电动机可逆调速系统，该系统采用工程调整双闭环调速系统的ACR和ASR。主电路采用由晶闸管组成的三相桥式可控整流电路，可逆方案采用两套

4、晶闸管逆并联方式，晶闸管的接触采矿采用由集成芯片TC787组成的触发电路。系统还具有过电压、过电流、缓冲保护等措施。系统无论是正常状态性能还是动态性能，都符合设计要求。关键词：双闭环可逆调速三相桥式整流器TC787目录1概述22设计工作和要求22.1设计工作22.2设计要求33理论设计33.1计划演示33.1.1选择可逆调速程序33.1.2选择控制程序43.2系统设计53.2.1电流调节器设计73.2.1.2确定时间常数73.2.1.3确定电流调节器结构73.2.1.4电流调节器参数计算83.2.1.5验证近似条件83.2.1.6调节器电阻和电容计算83.2.2速度调节器设计93.2.2.1确

5、定速度调节器时间常数93.2.2.2选择速度调节器结构93.2.2.3速度调节器参数计算93.2.2.4验证近似条件103.2.2.5调节器电阻和电容10计算3.2.2.6速度超冲检查114系统主电路设计114.1主电路原理图和说明114.2主电路参数的计算和选择124.2.1整流变压器计算124.2.2扁平反应器计算134.3选择晶闸管部件134.4保护电路设计144.4.1过电压保护电路144.4.2过流保护电路144.4.3缓冲电路设计145控制和驱动电路设计155.1触发电路设计155.2调节器设计165.3系统辅助电源设计176总结和经验186.1设计摘要186.2经验18参考文献1

6、9V-M双闭环直流可逆调速系统设计1概述直流电动机起动、制动性能好，适用于广泛范围的平稳速度调节，广泛应用于轧机、矿山绞车、挖掘机、海洋钻机、金属切削机、纸机、高层电梯等需要高性能可控电气拖动的领域。近年来，交流调速系统发展迅速，但直流拖动系统在理论和实践上成熟，从闭环控制的反馈角度来看，它是交流拖动控制系统的基础，因此直流调速系统在生产生活中起着举足轻重的作用。许多生产机器需要电动机既能同时进行正反，又经常需要快速启动和制动，因此电力牵引系统具有四象限操作的特性，高功率晶闸管没有双导电性等常用的电力电子设备，此时，电力调速系统需要专用的可逆电子和自动控制系统。常用的电机速度控制系统有速度闭环

7、控制系统和电流闭环控制系统，两者都能在一定程度上克服开环系统引起的电机停车率、速度控制范围不满足设计要求的情况。速度、电流双闭环控制系统通常是控制系统的内部环路，速度环用作控制系统的外部环路，提高了系统性能。2设计工作和要求2.1设计工作V-M双闭环直流可逆调速系统设计1)技术数据：晶闸管整流器：Rrec=0.5，Ks=40。负载马达额定值资料：PN=8.5KW，UN=230V，IN=37A，nN=1450r/min，Ra=1.0，Ifn=1.14A，GD2=2.96N.m2系统主电路：Tm=0.07s，Tl=0.017s2)技术指标正常状态指标：无静态(静态速度s2，速度范围D10)动态指标

8、：电流超调：5%(额定速度下起始超调：8%，(以不饱和方式计算)3)根据主题的技术要求，分析论证，确定主电路的结构类型和闭环调速系统的构成，绘制系统构成的框图4)调速系统主电路元件的确定和参数计算，包括变压器、电力电子装置、扁平电抗器和保护电路5)动态设计计算：根据技术要求动态修改系统，确定ASR调节器和ACR调节器的结构样式，执行参数计算，使调速系统稳定运行，满足动态性能指标的要求6)绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理概要图(需要计算机图形)2.2设计要求(1)该调速系统可以进行平稳的速度调节，负载电机可逆运行，具有更宽的速度调节范围(D10)，使系统在运行范围内稳定运行(2)系统静

9、态特性良好，无静态(静态速度s2)(3)动态性能指标：速度超出速度delta n 8%，电流超出delta I 5%，动态速度下降delta n10%，速度调节系统切换过程时间(调整时间)ts1s(4)系统在5%负载或更大负载的变化操作范围内，电流连续(5)调速系统装有过电压、过电流等保护装置，有制动装置3理论设计3.1演示计划3.1.1选择可逆调速程序有多种方法可以使电动机以四象限运转，可以改变直流电动机的电枢两端电压方向、直流电动机的励磁电流方向、电枢电压反向连接法、电枢励磁反向连接法。电枢励磁反向连接方法需要适合小规模控制电动机容量的小晶闸管电源，励磁电路连接了很多电感，调速时电机响应速

10、度慢，需要设计复杂的电路，因此，这种方法不用于设计。电枢电压反应方法可应用于电机容量大的情况，控制电路相对简单，电枢反应过程快，在实际应用中经常使用。电枢电压反转电路可以使用由不同驱动电路驱动的两组晶闸管瘟疫序列方式，防止相互干扰。图3-1两组晶闸管反向并行图在上图中，马达正向转动时，由正组晶闸管装置VF供电。反转时，由反向晶闸管装置VR供电。两套晶闸管由两个触发装置控制，可以灵活控制电动机启动、制动和升、降速。但是，不允许同时整流两组晶闸管，否则会发生电源短路，对控制电路提出了严格的要求。3.1.2选择控制程序方案1:单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个旋转声音反馈的闭环控制系统

11、。在电机轴上安装速度计发电机TG，将与旋转速度成比例的电压Uf与给定电压Ud进行比较，通过偏置电压 u，放大器FD生成控制电机速度的触发装置CF的控制电压Uk，如图2.1所示。放大器整流触发装置负载电压马达速度检测图3-2单闭环直流调速系统示意图场景2:双闭环直流调速系统该计划主要包括给定链接、ASR、ACR、触发器和整流链接、速度检测链接和电流检测链接。系统中设置了电流调节器ACR和速度调节器ASR，以便转速负反馈和电流负反馈分别工作。电流调节器ACR和电流检测反馈电路构成电流回路。速度调节器ASR和速度检测反馈回路构成了称为双闭环速度调节系统的速度环。因为转速围绕电流环，所以电流环称为内环

12、，速度环称为外环。在电路中，ASR和ACR连接在一起，将ASR的输出作为ACR的输入，ACR控制晶闸管整流器的触发器。为了实现快速的静态和动态性能，两个调节器通常都使用具有输入输出限制功能的PI调节器，速度和电流都使用负反馈闭环。本程序的方块图如图2.2所示。电流检测整流触发装置ASRACR负载电压马达速度检测图3-3双闭环直流调速系统示意图使用单闭环速度反馈调节时，整流电路的脉冲数m=2，3，6，12远远小于直流电动机的每极整流片数。因此，晶闸管电机系统的电流脉动总是产生各种影响，除非主电路电感l=，主要是：(1)脉动电流产生脉动转矩，对生产机器不利。(2)脉动电流(灯电流)进入电源后，对电

13、网不利，电动机的热量也增加。而且，晶闸管整流电路的输出电压除了直流元件外，还包含交流元件。通过运算放大器输入部引导交流元件，不仅没有正常调节效果，还会发生干扰，严重时放大器局部饱和，破坏系统的正常运行。方案2采用双闭环速度电流调节方法，即使相对成本较高，也能保证系统的稳定性能，满足生产过程的要求，同时考虑稳态后速度的稳定和启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有速度负反馈，没有电流负反馈起主要作用，控制速度，实现速度非平稳调整，控制电流，使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳转换过程，从而很好地满足生产需求。综合考虑：1 .在单闭环调速系统中，用一个调节器合

14、成多个信号，各参数之间相互影响，很难调整调节器的动态参数，系统的动态性能不足。2.限制启动电流的电流阻塞负反馈环不能充分利用系统的电动机过载能力，得到最快的动态响应，即最优的切换过程。近似理想的过程，克服多个信号耦合到一个调节器输入部的缺点的最佳方法是分别控制调节的速度和辅助调节的电流，用两个调节器分别控制速度和电流，构成速度、电流双闭环调速系统。因此本文选择方案2作为设计的最终方案。3.2系统设计图2-1是速度、电流双闭环调速系统的示意图。两个调节器ASR和ACR分别由速度调节器和电流调节器连接，将速度调节器的输出作为电流调节器的输入，将电流调节器的输出作为晶闸管整流器的触发装置。电流回路称

15、为内环。旋转环位于外部，称为外部环。两个调节器输出具有阈值，ASR的输出阈值shuim确定电流调节器ACR的规格-mTG-RP2nU*nR0R0UcUi上车lId李CiUd-R0R0RnCnASRACRLMGTvRP1联合国U*iLMmtUPE电动机最大电流的最大电压Uim电流调节器ACR输出限制电压Ucm限制适配器输出最大电压值，限制最小触发角度。图3-4双闭环调速系统电气原理示意图双闭环调速系统的结构经常包括电流检测信号中的交流组件，因此需要根据需要选择过滤时间常数Toi的低通滤波器，如下图所示。过滤抑制反馈信号的交流分量，但给反馈信号延迟时间。为了平衡此延迟，在给定的信号通道上添加一个名为给定过滤链接的相同时间常数的惯性连接。其作用是使给定的信号和反馈信号经过相同的延迟时间，以便与时间相适应，从而方便设计。-IdLUd0联合国-UiACR1/RTl s 1rTmsU*iUcKs