V-M双闭环直流调速系统建模与仿真

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1、武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书摘要本文所论述的是“V-M双闭环直流调速系统建模与仿真”。主电路是晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），系统通过调节器出发装置GT的控制电压Uc来移动出发脉冲的相位，即控制晶闸管可控整流器的输出改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速。V-M系统主要由其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机-发电机组等组成。整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交流电源。关

2、键词：主电路整流变压器晶闸管整流调速装置平波电抗器23武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书1.概述转速电流双闭环控制直流调速系统是性能良好、应用最广的直流调速系统。本章着重阐明其控制规律、性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。双闭环直流调速系统在起动过程中有以下三个特点：(1)饱和非线性控制。随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下表现为不同的结构的线性系统，只能采用分段线性化的方法来分析，不能简单地用线性控制理论来分析整个起动过程，也不能简单地用线性控制理论来笼

3、统地设计这样的控制系统。(2)转速超调。当转速调节器ASR采用PI调节器时，转速必然有超调。超调量一般是容许的，对于完全不允许超调的情况，应采用其他控制方法来一直超调。(3)准时间最有控制。在设备允许条件下实现时间最短的控制称作“时间最优控制”，对于电力拖动系统，在电机过载能力允许的限制下的恒流起动，就是时间最优控制。一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。23武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书1.设计任务及要求2.1设计任务设计

4、一个V-M双闭环直流调速系统，系统的技术参数和技术指标如下：(1)技术数据：晶闸管整流装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。负载电机额定数据：PN=90KW，UN=440V，IN=220A，nN=1800r/min，Ra=0.088Ω，λ=1.5。系统主电路：R∑=0.12Ω，Tm=0.1s(2)技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2,调速范围D≥10）动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算）2.2设计要求1．技术要求：(1)该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具

5、有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2)系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）(3)动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s(4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续(5)调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施2．设计内容：(1)根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2)根据双闭环直流调速系统原理图,分析转速调节器和电流调节器的作用,(3)通过对调节器

6、参数设计,得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。(4)绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）(5)整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书23武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书3.理论设计3.1系统设计图1转速、电流双闭环直流调速系统ASR---转速调节器ACR---电流调节器TG---测速发电机TA---电流互感器UPE---电力电子变换器Un*---转速给定电压Un---转速反馈电压Ui*---电流给定电压Ui---电流反馈电压为了实现转

7、速和电流两种负反馈分别起作用，可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。两者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。由图1中的内容，可以分析出电流调节器和转速调节器的作用：（1）电流调节器的作用：①作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随外环调节器的输出量变化②对电网电压波动起及时抗

8、扰作用③在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。④当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。23武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书（2）转速调节器的作用：①转速调节器是调速