运动控制系统课程设计---转速、电流双闭环不可逆直流调速系统

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1、 - 1 - 运动控制系统运动控制系统 课程设计课程设计 题 目：转速、电流双闭环不可逆直流调速系统 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 完成日期： 2013 年 06 月 27 日 - 2 - 目录.2 1、概述3 1.1、直流调速系统的概述.3 1.2、研究课题的目的和意义.3 1.3、基本参数.3 2、双闭环直流调速系统设计框图4 3、系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成4 3.1、主电路的选择与确定.4 3.2、双闭环调速系统的组成.6 3.3、稳态结构框图和动态数学模型.7 4、主电路各器件的选择和计算.10 4.1、变流变压器容量的计算和选择10 4.

2、2、整流元件晶闸管的类型12 4.3、电抗器设计13 4.4、主电路保护电路设计14 5、驱动电路的设计.18 5.1、晶闸管的触发电路18 5.2、脉冲变压器的设计20 6、双闭环调速系统调节器的动态设计.22 6.1、电流调节器的设计22 6.2、转速调节器的设计23 7、基于 MATLAB/SIMULINK 的调速系统的仿真.28 8、心得体会.30 附表31 附图32 - 3 - 1 1、概述、概述 1 11 1 直流调速系统的概述直流调速系统的概述 三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶 闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流

3、装置使直流电气传动完成了 一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术 的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展， 走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难 以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机 械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而 改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电 动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机

4、、挖掘 机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到 了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上 都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流 调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。 1.2 1.2 研究课题的目的和意义研究课题的目的和意义 在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的 延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流 内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈 回来

5、，抗扰性能大有改善因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比 单闭环系统小得多。用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各 方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而 初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。大多数现代的电力拖动自动控制系统 均可由低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校 正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。这样，就有了建立工程设 计方法的可能性。 1.3 1.3 基本参数基本参数 1. 晶闸管整流装置：0.15Rrec ，=36 s K。

6、2. 负载电机额定数据：PN=100kW，=220V N U，=53.5A N I，1500min N nr， 0.37 a R，1.5。 3. 系统主电路0.58R，0.063 m Ts。 2 2、双闭环直流调速系统设计框图、双闭环直流调速系统设计框图 直流电机的供电需要三相直流电， 在生活中直接提供的三相交流 380V 电源， 因此要进行 整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流 电动机。如图 2.1 设计的总框架。 - 4 - 图 2.1 双闭环直流调速系统设计总框架 三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。 一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的 方法。根据选用的方法，分别计算保护电路的各个器件的参数。 驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整