直流电机双闭环调速控制系统设计.doc

1 设计任务： 1.1 技术数据 （1）用线性集成电路运算 放大器作为调节器的转速、电流无静差直流控制系统，主电路由晶闸管可控整流电路供电的V-M系统 电动机：额定数据 24V,1.25A,1000r/min, 飞轮转矩:Kgm*m=7.0, 过载倍数1.5 晶闸管可控整流电路：三相桥式整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次测线电压U2l=230V V-M系统电枢回路总电阻：R=1Ω 测速发电机：永磁式，额定数据23.1W,110V,0.21A,1900r/min （2）稳态性能指标 生产机械要求调速范围: D=10；静态率: s%≤5% （3）动态性能指标 起动超调量:σn %≤15% σ %≤5% 扰动产生的动态偏差:(n-n)/n *100%≤10% ; 恢复时间: t≤0.5s （4）对起动、停车的快速性无特别要求 1.2 要求完成的任务 画出双闭环调速控制系统的结构原理框图（等效传递函数框图）； 给出控制系统各部分的电路图，并详细说明该部分的功能实现方法或换算与推导过程； 给出控制系统完整的总体电路图，以附件的形式粘在设计报告末尾 2 直流电机双闭环系统的组成 2.1 双闭环系统总体原理结构方案设计……………………………………. 直流电机双闭环系统原理图及其描述 图2-1 直流电机双闭环系统原理图 转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结构如图2-1所示。 双闭环控制电流调速系统的特点是电机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电机电枢的电流。当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电机电流增大，从而使电机获得加速转矩，电机转速上升。当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即给定电流减小，并通过电流环调节使电机电流下降，电机将因为电磁转矩减小而减速。在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电机的加速，使电机的启动时间最短，在可逆调速系统中实现电机的快速制动。在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电机快速制动。 2.2 双闭环系统各组成部分电路方案设计………………………………… 2.2.1 晶闸管整流电路及保护电路 如下图，为晶闸管整流电路原理图，其中整流变压器以Y/Y连接。 三相桥式全控整流电路的特点： 2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。 对触发脉冲的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相180°。 图2-2 三相桥式全控整流电路原理图 ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。 需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 可采用两种方法： 一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。 在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、du/dt保护和di/dt保护也是必要的。 2.2.2 触发控制电路……………………………………………………… 1) 晶闸管触发 在进行调速系统的分析和设计时，可以把晶闸管触发和整流装置当作系统中的一个环节来看待。 应用线性控制理论进行直流调速系统分析或设计时，须事先求出这个环节的放大系数和传递函数。 实际的触发电路和整流电路都是非线性的，只能在一定的工作范围内近似看成线性环节。 如有可能，最好先用实验方法测出该环节的输入-输出特性，即曲线，图2-5是采用锯齿波触发器移相时的特性。设计时，希望整个调速范围的工作点都落在特性的近似线性范围之中，并有一定的调节余量。 晶闸管触发和整流装置的放大系数可由工作范围内的特性率决定，计算方法是: (2-1) 图2-5 晶闸管触发与整流装置的输入-输出特性和的测定 如果不可能实测特性，只好根据装置的参数估算。 例如： 设触发电路控制电压的调节范围为 Uc = 0~10V 相对应的整流电压的变化范围是 Ud = 0~220V 可取 Ks = 220/10