毕业设计（论文）-单闭环直流调速系统的仿真研究

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1、本科毕业设计说明书(论文）第33页共33页1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。就目前来看，直流调速系统仍然是自动调

2、速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲

3、宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。本科毕业设计说

4、明书(论文）第33页共33页2单闭环直流调速系统2.1开环调速系统及其特性2.1.1V-M系统简介晶闸管—电动机调速系统(简称V-M系统)，其控制系统原理图如图2.1所示。图2.1V-M开环控制系统原理图其主要包括电力主电路和控制电路两部分，V-M直流开环调速系统的主电路由晶闸管变流器VT，电抗器L以及直流电动机M组成。图中VT是晶闸管的可控整流器，它可以是单相或三相的半波、全波、半控、全控等类型。通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。开环系统的结构简单，成本低。在对静差率要求不高的场

5、合，它也能实现一定范围内的无级调速。但是，许多生产机械常对静差率有一定的要求，以满足工艺的需求。在这些情况下，开环系统是不能满足的。2.1.2V-M系统的开环机械特性当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为(2.1)式中是电机在额定磁通下的电动势系数，改变控制角，得一簇平行直线。当电流断续时，由于负载电流较小或回路电感量小而使电动机电枢电流断续，此时机械特性方程要复杂得多(2.2)本科毕业设计说明书(论文）第33页共33页(2.3)式中是阻抗角，q是一个电流脉波的导通角。当阻抗角j值已知时，对于不同的控制角a，可用数值解法求出一族

6、电流断续时的机械特性。对于每一条特性，求解过程都计算到为止，当时，电流便连续了。对应于的曲线是电流断续区与连续区的分界线。下图是完整的V-M系统的机械特性图，如图2.2所示。图2.2完整的V-M系统机械特性综上所述，改善电动机的运行特性，常在主电路串联较大的平波电抗器或避免在轻载下运行，以保证晶闸管电流连续，使系统工作在机械特性曲线状态。2.2单闭环直流调速系统在直流电动机调速系统中，输入电压信号记做。直流电动机是被控对象，直流电动机转速n是被调量，如果被控量n与输入电压信号之间通过反馈环节联系在一起形成闭合回路，则构成闭环调速系统

7、，如果只有一个反馈环节，称为单闭环调速系统。根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，闭环调速系统应该能够大大减少转速降落。转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图2.3所示。与电动机同轴安装一台测速发电机，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压，与给定电压相比较后，得到转速偏差电压本科毕业设计说明书(论文）第33页共33页，经过放大器，产生电力电子变换器所需的控制电压，用以控制电机的转速。图2.3采用转速负反馈的闭环调速

8、系统原理图2.2.1单闭环调速系统的稳态特性分析对闭环调速系统的稳态特性分析先作如下假设：(1)忽略各种非线性因素，假定各环节输入输出都呈线性关系。(2)假定只工作在V-M系统开环机械特性的连续段。(3)忽略直流电源和电位器的内阻。电