带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计

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1、带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计一、绪论科学技术的发展日新月异，科技产品涵盖着我们生活的方方面面。电动机作为一种便利的带动工具，是我们生活和工业生产中重要的不可缺少的一部分，人类的生产生活已经离不开它。对于我们来说，如何高效精确地控制电机的运转，并且最低的成本去实现，才是我们最值得深入研究的课题。直流电动机具有良好的起、制动性能，方便控制，易于实现，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也较为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自

2、动控制中，虽然，在调速的高效性方面存在着局限性，但综合各方面来看，它任然有它独特的运用前景。1.1设计的目的和意义（1）应用所学的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，进行运动系统的初步设计。（2）学会应用MATLAB软件，建立数学模型对控制系统进行仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响；（3）在理论设计与仿真研究的基础上，应用Protel进行控制系统的设计，为毕业设计打下基础。1.2设计要求本课程设计的对象是：直流电机：2.2kW，220V，12.5A，1500转/分。电枢电阻1.2，整流装置内阻1.5，触发整流环节的放大

3、倍数为35，堵转电流，临界截止电流。要求设计一个带直流截止负反馈的转速单闭环调速系统。其主要内容为：（1）测定综合实验中所用控制对象的参数（由实验完成）；（2）根据给定指标设计带电流截止负反馈的转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。（3）按设计结果组成系统，以满足给定指标。（4）研究参数变化对系统性能的影响。（5）在时间允许的情况下进行调试。17带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计1.3设计对象及有关数据（1）完成理论分析：a.调速范围D＝20，静差率S≤10％；b.转速超调σn≤10%(在额定转速时)；c.动态速降小于10％。d.振荡次数小于2次；①进

4、行系统参数计算，完成转速调节器及电流截止负反馈的结构与参数设计；②对整个调速系统的动态性能进行分析；（2）完成系统电气原理图的设计①晶闸管－电动机系统主电路设计②晶闸管整流电路方案的讨论和选择。③整流变压器额定容量、一次侧和二次测电压、电流的选择。④晶闸管的选择及晶闸管保护电路的选择。⑤平波电抗器的计算与选择。⑥触发电路的选择。⑦测速发电机的选择及有关元件的选择与计算。⑧完成系统电气原理图的设计。二、带电流截止负反馈的闭环直流调速系设计方案的选择2.1普通闭环直流调速系统及其存在的问题（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击

5、电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。（2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+k倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。（3）堵转电流---17带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静

6、特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。2.2限流保护—电流截止负反馈的提出为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反

7、馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。2.3直流调速系统调速方案的分析比较与选择调节电动机的转速有三种方法：（1）调节电枢供电电压U。（2）减弱励磁磁通Φ。（3）改变电枢回路电阻R。对于要求在一定范围内的无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。常用的可控直流电源有三种