运动控制系统课程设计_双闭环直流调速系统

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1、太原理工大学现代科技学院运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号2010102366姓名王韶雨指导教师李铁鹰太原理工大学现代科技学院运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号2010101271姓名张浩宇指导教师李铁鹰目录一、设计任务21、设计对象参数22、性能指标23、课程设计的主要内容和要求23.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计23.2控制电路的设计2二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计31、整流电路和整流器件的选择32、整流变压器参数的计算33、整流器件的保护44、平波电抗器参数的计算45

2、、触发电路的选择4三、直流双闭环调速系统原理图设计51系统的组成52系统的电路原理图63直流双闭环调速系统调节器设计63.1获得系统设计对象83.2电流调节器的设计93.3转速调节器的设计13四、系统起动过程分析18一、设计任务1、设计对象参数（1）Pnom=30KW（2）Unom=220V（3）Inom=136A（4）nnom=1460r/min（5）Ra=0.2Ω（6）RΣ=0.6Ω（7）Ce=0.2v.min/r（8）RΣ=0.18Ω（9）KS=42（10）Toi=0.002s（11）T0=0.01s（12）λ=1.5（13）U*nm=8V(14)U*im=8V2

3、、性能指标σi≤5%σn≤10%3、课程设计的主要内容和要求3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计（1）整流电路和整流器件的选择（2）整流变压器参数的计算（3）整流器件的保护（4）平波电抗器参数的计算（5）触发电路的选择3.2控制电路的设计（1）建立双闭环不可逆直流调速系统的动态数学模型（2）电流调节器的设计计算（3）转速调节器的设计计算23二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计1、整流电路和整流器件的选择目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图1所示，其中阴极连接在一起的三个晶体管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连

4、接在一起的三个晶体管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。三相桥式全控整流电路图2、整流变压器参数的计算采用三相双绕组变压器。设计参数如下：U2N=UN=220V；I2N=IN=136A；额定容量：SN=sqr(3)*U2N*I2N=518.23KV·A23三相双绕组变压器原理图233、整流器件的保护电力电子器件中不可避免的会发生过电压，会损坏电力电子器件。对于大容量的电力电子装置，可以采用如下图所示的反向阻断式RC电路来限制和吸收过电压。反向阻断式RC电路4、平波电抗器参数的计算负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软。当电流断续时，随着Id的增

5、大，转速n（与反电动势成比例）降落很大，机械特性较软，相当于整流电源的内阻增大。较大的电流峰值在电动机换向时容易产生火花。同时，对于相等的电流平均值，若电流波形底部较窄，则其有效值越大，要求电源的容量也大。为了克服以上缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。总电感：L∑=TlR∑=0.002*0.6=1.2mH平波电抗器的电感量：L=L∑-0.693U2/Idmin=2.74mH5、触发电路的选择如图所示的晶体管触发电路，它由V1，V2组成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当V1，V

6、2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。VD1和R3是为了V1，V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。23三、直流双闭环调速系统原理图设计1系统的组成转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广、性能很好的直流调速系统。采用PI调节的单闭环直流调速系统可以在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，单闭环系统就难以满足要求了。图1理想快速启动过程电流和转速波形如题1所示，为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值2

7、3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，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别在系统中起作用，可以在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）连接，如图2所示。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U