文档介绍：武汉理工大学
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双闭环直流调速系统设计
摘要
直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能,在高性能的拖动技术领域中,相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟,应用非常广泛的电力传动系统,它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。根据晶闸管的特性,通过调节控制角α大小来调节电压,直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路,调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
摘要 2
1 绪论 3
选题背景 3
方案论证 4
单闭环直流调速系统 4
双闭环直流调速系统 5
本课题主要讨论的问题 6
2 控制系统的设计 6
转速反馈和电流反馈电路设计 6
双闭环直流调速系统总设计框图 7
主电路的设计 8
保护电路的设计 9
9
过电流保护 10
集成触发电路设计 10
转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计 11
电流环的设计 12
转速环的设计 15
3 双闭环直流调速系统在Simulink下的仿真 17
绘制仿真模型原理图 18
仿真波形图 18
4 总结 19
参考文献 20
1 绪论
选题背景
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、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。
直流电动机因具有良好的起、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应用。晶闸管问世后,生产出成套的晶闸管整流装置,组成晶闸管—电动机调速系统。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程,调速范围广,精度高,和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比,晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高,而且在技术性能上也显示出较大的优越性,动态和静态性能均好,且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速,电流环控制输出电流;该系统可以自动限制最大电流,能有效抑制电网电压波动的影响;且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比,因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。
方案论证
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴上装一台测速发电机SF ,引出与转速成正比的电压Uf 与给定电压Ud 比较后,得偏差电压ΔU ,经放大器FD ,产生触发装置CF 的控制电压Uk ,用以控制电动机的转速,如图1-1 所示。
图1-1 单闭环直流调速系统原理图
此方案采用单闭环的速度反馈调节时整流电路的脉波数m = 2 ,3 ,6 ,12 ,…,其数目总是有限的,比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此,除非主电路电感L = ∞,否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响,主要有:(1) 脉动电流产生脉动转矩,对生产机械不利; (2)脉动电流(斜波电流) 流入电源,对电网不利,同时也增加电机的发热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分量外,还含有交流分量。把交流分量引到运算放大器输入端,不仅不起正常的调节作用,反而会产生干扰,严重时会造成放大器局部饱和,从而破坏系统的正常工作。
双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使