双闭环直流调速系统设计.doc-资料库

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阳泉职业技术学院毕业设计说明书毕业生姓名：专学业：号：指导教师 : 所属系（部）：二〇一一年五月

阳泉职业技术学院毕业论文评阅书题目：双闭环直流调速系统信息系电气自动化专业姓名付惠泽设计时间：2011 年 3 月 7 日～2011 年 5 月 7 日评阅意见：成绩：指导教师：（签字）职务：年月日 I

阳泉职业技术学院毕业论文答辩记录卡系专业姓名答辩内容问题摘要评议情况记录员：（签名）成绩评定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为 100 分制，指导教师为 30%，答辩组为 70%。专业答辩组组长：（签名）年月日 II

摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过 Simulink 进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink i

Abstract: The design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.， thus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth. Keywords: Double-loop, thyristors, the speed regulator, the current regulator，Simulink ii

目录前言 ............................................................... 1 1 绪论 ............................................................. 3 1.1 课程的背景、目的及意义 ........................................ 3 1.2 本课题国内、外研究应用情况 ................................... 3 1.2.1 采用新型电力电子器件 ......................................3 1.2.2 应用现代控制理论 ..........................................4 1.2.3 采用总线技术 ..............................................4 1.3 本课题采用的技术方案及技术难点 ............................... 4 1.4 本设计的主要研究内容 ......................................... 5 1.4.1 建立能够的数学模型 ........................................5 1.4.2 经典控制部分 ..............................................5 1.4.3 仿真部分 ..................................................5 2 总体方案设计 ...................................................... 6 2.1 方案比较 ..................................................... 6 2.2 方案论证 ..................................................... 7 2.3 方案选择 ..................................................... 7 2.4 设计要求 ..................................................... 8 2.5 整流变压器的设计 .............................................. 9 2.5.1 变压器二次侧电压 U2 的计算 ................................. 9 2.5.2 一次、二次相电流的计算 ....................................9 2.5.3 变压器容量的计算 .......................................... 9 2.6 晶闸管元件的选择 ............................................. 10 2.6.1 晶闸管的额定电压 ......................................... 10 2.6.2 晶闸管的额定电流 ......................................... 10 3 单元模块设计 ..................................................... 12 3.1 转速给定电路设计 ............................................ 12 3.2 转速检测电路设计 ............................................ 12 3.3 电流检测电路设计 ............................................ 13 3.4 整流及晶闸管保护电路设计 .................................... 13 3.4.1 过电压保护和 du/dt 限制 ...................................14 3.4.2 过电流保护和 di/dt 限制 ...................................16 3.5 平波电抗器的计算 ............................................. 17 3.6 励磁电路元件的选择 ........................................... 19 3.7 继电器-接触器控制电路设计 ................................... 19 3.8 整流电路参数计算 ............................................ 19 4 双闭环的动态设计和校验 .......................................... 22 4.1 电流调节器的设计和校验 ....................................... 22 4.2 转速调节器的设计和校验 ....................................... 23 4.3 电源设计 ..................................................... 25 4.4 控制电路设计 ................................................ 26 5 触发电路选择与校验 ............................................... 32 5.1 触发电路的选择与校验 ........................................ 32 6 系统调试 ......................................................... 33 6.1 系统的建模与参数设置 ........................................ 33 III

6.2 系统仿真结果的输出及结果分析 ................................ 34 结论 .............................................................. 36 总结与体会 ........................................................ 37 致谢 .............................................................. 39 参考文献 .......................................................... 40 附录 .............................................................. 41 IV

阳泉职业技术学院————毕业设计说明书前言自 70 年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称 KZ—D 调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中 KZ—D 系统的应用还是占有相当的比重。在工程设计与理论学习过程中，会接触到大量关于调速控制系统的分析、综合与设计问题。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。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、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。全数字直流调速装置与早先的模拟直流调速装置相比较，全数字直流调速 1

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