转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计

转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计

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1、《运动控制》课程设计题目:转速,电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计系部:自动化系专业:自动化班级:自动化1班学号:114230061142302511423015姓名:杨力强.丁珊珊.赵楠指导老师:刘艳日期:2014年5月26日-2014年6月13日15一、设计目的1、应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动控制系统的初步设计。2、应用计算机仿真技术,通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。3、在原

2、理设计与仿真研究的基础上,应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计,为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。二、系统设计参数直流电动机控制系统设计参数:(直流电动机(3))15输出功率为:5.5Kw电枢额定电压220V电枢额定电流30A额定励磁电流1A额定励磁电压110V功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数1S电枢允许过载系数=1.5额定转速970rpm15直流电动机控制系统设计参数15环境条件:电网额定电压:380/220V;电网电压波动:10%;环境温度:-40~+40摄氏度;环境湿度:10~

3、90%.控制系统性能指标:电流超调量小于等于5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;调速范围D=20;静差率小于等于0.03.15151、设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统。主电动机技术数据为:,,,电枢回路总电阻,机电时间常数,电动势转速比,Ks=40,,Ts=0.0017ms,电流反馈系数,转速反馈系数,试对该系统进行初步设计。2、技术指标要求电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间,电流超调量,空载起动到额定转速时的转速超调量。三、主电路方案和控制系统确定主电路选用直流脉宽调速系统

4、,控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流,逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。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,

5、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原理图15如图所示1、PWM变换器的选用PWM变换器有可逆和不可逆两类。可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种。由于题目要求须事先电动机可逆运行,故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管IGBT构成H型双极性控制PWM变换器。其中,电源电压Us选用不可控电力二极管25JPF40整流提供,并采用大电容C进行滤波。功率管开关管应承受2

6、Us的电压,为此选用FGA25N120AN绝缘栅双极晶体管IGBT并接在功率开关管两端二级管用在IGBT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流。FGA25N的参数:Vce=200V,Ic=15A。选用10CTF30型电力二极管,If=10A,Urm=300V。采用单相交流220V供电,变压器二次电压为67V,桥式整流二极管最大反向电压大于电源的幅值的2倍,最大整流电流按2倍额定电流考虑。选25JPF40,If=25A,Urm=400V。整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波,并在负载变化时保持电压平稳。另外,当脉宽调速系

7、统的电动机减速或停车时,贮存在电动机和负载转动部分的动能将由电容器吸收,所以所用的电容较大,这里选用4000uf,电压按大于2倍电压选择。152、传感器以及测速发电机的选用由于题目要求需要对电流进行采样,故此这里我们选用霍尔电流传感器HNC-025A,HNC-025A传感器所能测量的额定电流为5A、6A、8A、12A、25A,当原边导线经过电流传感器时,原边电流IP会产生磁力线,原边磁力线集中在磁芯气隙周围,内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的,大小仅为几毫伏的感应电压,通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边

8、电流IS,并存在以下关系式:IS*NS=IP*NP。在外环中,我们需要有速度的反馈,这里我们选用永磁式ZYS231/110型作为测速机。3、驱动电路选用驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM信号放大至足以保证IGBT可靠导通或关断的程度。同时具有实

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