逻辑无环流双闭环调速系统主电路设计

摘要

在可逆调速系统中，电动机最基本的要素就是能改变旋转方向。而要改变电动机的旋转方向，必须改变电动机电磁转矩的方向。改变电动机电磁转矩的方向有两种办法：一种是改变电动机电枢电流的方向，实际是上是改变电动机电枢电压的极性，第二种是改变励磁磁通的方向。与此对应，V-M系统的可逆线路有两种方式，电枢反接线路和励磁反接可逆线路。对于大容量的系统，从生产角度出发，往往采用既没有直流平均环流，又没有脉动环流的无环流可逆系统，无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量。和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。因此，逻辑无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。

在电力拖动自动控制系统中，逻辑无环流可逆直流调速系统省去了环流电抗器，没有附加的环流损耗，节省变压器和晶闸管的附加设备容量。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。和有环流相比，因换流失败造成的事故率大为降低。

关键词：逻辑无环流可逆直流调速系统逻辑控制器

目录

第一章逻辑无环流双闭环调速系统------------------------------------- 1 1.1逻辑无环流可逆直流调速系统的发展------------------------------ 1 1.2逻辑无环流双闭环调速系统工作原理------------------------------ 2 1.3系统总体参数-------------------------------------------------- 3 第二章调节器设计--------------------------------------------------- 4 2.1电流调节器---------------------------------------------------- 4 2.2速度调节器---------------------------------------------------- 5 第三章主电路设计--------------------------------------------------- 7 3.1主电路原理及说明---------------------------------------------- 7 第四章触发电路设计------------------------------------------------- 8 4.1系统对触发器的要求-------------------------------------------- 8 4.2触发电路及其特点---------------------------------------------- 8 第五章无环流逻辑装置(DLC)设计------------------------------------- 10 5.1无环流逻辑控制器（DLC）的组成-------------------------------- 10 5.2设计原理----------------------------------------------------- 11 5.3设计过程----------------------------------------------------- 12 第六章保护电路设计----------------------------------------------- 17 6.1闸管的保护装置及其计算--------------------------------------- 17

6.1.1过电压保护------------------------------------------------ 18

6.1.2 晶闸管关断过电压保护------------------------------------- 19

6.1.3过电流保护------------------------------------------------ 20 第七章系统参数计算及测定------------------------------------------ 21

7.1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定----------------------- 21 7.2逻辑无环流可逆直流调速系统特性测试-------------------------- 25 总结-------------------------------------------------------------- 28 参考文献----------------------------------------------------------- 29

沈阳理工大学课程设计论文

第一章逻辑无环流双闭环调速系统

1.1逻辑无环流可逆直流调速系统的发展

直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、它励和自励三类，其中自励又分为并励、串励和复励三种。

1840～1955年为探索实验时期：

从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。直至1905年，曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机构，一种建议是将初级放在轨道上，另一种建议是将初级放在车辆底部。这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的科研人员的一剂兴奋剂，以致许多国家的科研人员都投入了这些研究工作。1917年出现了第一台圆筒形直线电动机，事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机，人们试图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。至此从1930~1940年期间，直线电机进入了实验研究阶段，在这个阶段中，科研人员获得了大量的实验数据，从而对已有理论有了更深一层的认识，奠定了直线电机在今后的应用基础。

1956～1970年为开发应用时期：

自1955年以来，直线电机进入了全面的开发阶段，特别是该时期的控制技术和材料的惊人发展，更加助长了这种势头。在这段时期，申请直线机的专利件数也开始急速增加，该时期直线电机专利的增长率超过了所有其他技术领域的平均增长率。到1965年以后，随着控制技术和材料性能的显著提高，应用直线电机的实用设备被逐步开发出来，例如采用直线电机的MHD泵、自动绘图仪、磁头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等。

1971年至今为实用商品时期

从1971年开始到目前的这个阶段，直线电机终于进入了独立的应用时代，在这个时代，各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度已超500km/h，接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米。

1.2 逻辑无环流双闭环调速系统工作原理

逻辑无环流可逆直流调速系统主电路如图 1 所示，两组桥在任何时刻只有一组投入工作（另一组关断），所以在两组桥之间就不会存在环流。但当两组桥之间需要切换时，不能简单的把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁着的一组桥立即开通，因为已经导通晶闸管并不能在触发脉冲取消的一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组桥的触发脉冲的封锁和开放式同时进行，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁着的那组桥已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因没有环流电抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。为此首先应是已导通的的晶闸管断流，要妥当处理主回路中的电感储存的一部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使原晶闸管恢复阻断能力，随后再开通原来封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通.

图1.1 逻辑无环流可逆调速系统原理图

ASR ——速度调节器

ACR1﹑ACR2——正﹑反组电流调

节器

GTF 、GTR ——正反组整流装置

VF 、VR ——正反组整流桥

DLC ——无环流逻辑控制器

HX ——推 装置 TA ——交流互感器 TG ——测速发电机 M ——工作台电动机 LB ——电流变换器 AR ——反号器 GL ——过流保护环节

这种逻辑无环流系统有一个转速调节器ASR ，一个反号器AR ，

采用双电流调

节器1ACR 和2ACR ，双触发装置GTF 和GTR 结构。主电路采用两组晶闸管装置反并联线路，由于没有环流，不用再设置环流电抗器，仍应保留平波电抗器，控制线路采用典型的转速﹑电流双闭环系统，1ACR 用来调节正组桥电流，其输出控制正组触发装置GTF ；2ACR 调节反组桥电流，其输出控制反组触发装置GTR ，1ACR 的给定信号*i U 经反号器AR 作为2ACR 的给定信号*

i U ,这样可使电流反馈信号i U 的极性在正﹑反转时都不必改变，从而可采用不反映极性的电流检测器，在逻辑无环流系统中设置的无环流逻辑控制器DLC ，这是系统中关键部件。它按照系统的工作状态，指挥系统进行自动切换，或者允许正组触发装置发出触发脉冲而封锁反组，或者允许反组触发装置发出触发脉冲而封锁正组。 1.3 系统总体参数

设计一个逻辑无环流直流可逆调速系统，基本技术数据如下：

已知参数

1、拖动设备：直流电动机： W P N 185= V U N 220= A I N 1.1= N r n m i n /1600=，过载倍数5.1=λ。

2、负载：直流发电机：W P N 100= V U N 220= A I N 5.0= N r

n m i n /1500= 3、机组：转动惯量22065.0Nm GD =

设计指标

1、D ＝４，稳态时无静差。

2、稳态转速n=1200r/min, 负载电流0.8A 。

3、电流超调量%5≤i σ，空载起动到稳态转速时的转速超调量%15≤n σ

沈阳理工大学课程设计论文

第二章调节器设计

2.1 电流调节器

电流调节器主要由绝对值放大器、比例积分器、积分器并带有电流反馈信号形成的电路组成。电位器分别调整比例器、比例积分器电路的放大倍数。其原理图如下所示：

图2.1电流调节器原理图

电流调节器适用于可控制传动系统中，对其输入信号（给定量和反馈量）时进行加法、减法、比例、积分、微分，延时等运算或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种予定规律变化。其原理图如图2.2所示。它是由下述几部分组成：运算放大器，两极管限幅，互补输出的电流放大级、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。

图2.2电流调节器电路图

电流调节器与速度调节器相比，增加了4个输入端，其中2端接过流推β信号，来自电流变换器的过流信号Uβ，当该点电位高于某值时，VST1击穿，正信

号输入，ACR输出负电压使触发电路脉冲后移。U

Z 、U

F

端接逻辑控制器的相应输

出端，当这二端为高电平时，三极管V1、V2导通将Ugt和Ugi信号对地短接，用于逻辑无环流可逆系统。

晶体管V

3和V

4

构成互补输出的电流放大级，当V

3

、V

4

基极电位为正时，V

4

管（PNP型晶体管）截止，V

3管和负截构成射极跟随器。如V

3

，V

4

基极电位为负

时，V

3管（NPN型晶体管）截止，V

4

管和负截构成射极跟随器。接在运算放大器

输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。元件RP1、RP2、RP3装在面板上，C1、C2的数值可根据需要，由外接电容来改变。

2.2 速度调节器

速度调节器是一个带有电压限幅的PI调节器。它主要有主调节器和最大电压限幅环节组成，调节器的工作与封锁由调节器释放环节所形成的封锁信号所控制。电位器为电压限幅调节。其原理图如下所示：

图2.3速度调节器原理图

速度调节器ASR的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法，减法，比例，积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。

图2.4速度调节器电路图

它由运算放大器，输入与反馈网络及二极管限幅环节组成。其电路图如图2.4所示转速调节器ASR也可当作电压调节器AVR来使用。速度调节器采用电路运算放大器，它具有两个输入端，同相输入端和倒相输入端，其输出电压与两个输入端电压之差成正比。电路运算放大器具有开环放大倍数大，零点漂移小，线性度好，输入电流极小，输出阻抗小等优点，可以构成理想的调节器。图 2.4中，由二极管VD4，VD5和电位器RP2，RP3组成正负限幅可调的限幅电路。由C2，R9组成反馈微分校正网络，有助于抑制振荡，减少超调，R15，C1组成速度环串联校正网络。场效应管V5为零速封锁电路，当4端为0V时VD5导通，将调节器反馈网络短接而封锁，4端为-13V时，VD5夹断，调节器投入工作。RP1为放大系数调节电位器。元件RP1，RP2，RP3均安装在面板上。电容C1两端在面板上装有接线柱，电容C2两端也装有接线柱，可根据需要外接电容。

第三章主电路设计

3.1 主电路原理及说明

逻辑无环流双闭环调速系统的主电路如图3.1所示:

图3.1 无环流可逆直流调速系统主电路

两组桥在任何时刻只有一组投入工作（另一组关断），所以在两组桥之间就不会存在环流。但当两组桥之间需要切换时，不能简单的把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁着的一组桥立即开通，因为已经导通的晶闸管并不能在触发脉冲取消的一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组桥的触发脉冲的封锁和开放同时进行，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁着的那组桥已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因没有环流电抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。为此首先应是已导通的的晶闸管断流，要妥当处理主回路中的电感储存的一部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使原晶闸管恢复阻断能力，随后再开通原来封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通。

第四章 触发电路设计

4.1 系统对触发器的要求

① 为保证较宽的调速范围和可逆运行，要求触发脉冲能够在180°范围内移向。

② 对于三相全控桥式整流电路，为了保证可控硅可靠换流，要求触发脉冲宽度大于60°，或者用双窄脉冲。

③ 对可逆系统，为了防止逆变颠覆和提高工作的可靠性，触发脉冲需要有min β和min α限制

4.2 触发电路及其特点

根据对触发器的上述要求，第一种方法是选用同步信号为正弦波的晶体管触发电路。原理线路见图4.1，这种线路的优点是线路简单，调整容易。理论上移相范围可达180°，实际上由于正弦波顶部平坦移相范围只能有150°左右。移相的线性度就触发器本身来说较差，如把触发器和可控硅看成一个整体则由于相互补偿关系，它的线性度则较好，即控制电压k U 与可控硅整流电压0d U 的控制特性是接近线性的，由于作同步信号的正弦波电压随电源电压的波动而波动，当k U 不变时，控制角α也随电源电压的波动而波动，而可控硅整流电压

αcos max 00d d U U =，max do U 随电源电压增高而增高，

而αcos 则随电源电压的增高而减小，故0d U 可维持近于不变。但当电源电压降得太低时，同步电压和控制电压可能没有交点，触发器不能产生触发脉冲，致使可控硅工作混乱，造成事故，所以这种触发器不宜用于电网电压波动很大的场合，此外，正弦波触发器容易受电源电压波形畸变的影响，因此同步电压输入信号必须加R —C 滤波器，移相角度一般要大于30°。

图4.1 同步信号为正弦波的触发电路原理图

第二种方法就是如图4.2所示采用三相全控桥整流电路的集成触发电路，由3个KJ004集成块和1个KJ041集成块构成，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大。

图4.2 三相全控桥整流电路的集成触发电路

触发器还设计有min α和min β保护，保证系统逆变时可靠工作，不致逆变颠覆，

取?=30min β，由于采用逻辑无环流系统，不要求min min βα=，取?=10min α。

第五章 无环流逻辑装置(DLC)设计

5.1无环流逻辑控制器（DLC ）的组成

在无环流控制系统中，反并联的两组整流桥需要根据所要求的电枢电流极性来选择其中一组整流桥运行，而另一组整流桥触发脉冲是被封锁的。两组整流桥的切换是在电动机转矩极性需要反向时由逻辑装置控制进行的。其切换顺序可归纳如下：

①由于转速给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极性反向。

②由转速调节器输出反映这一转矩的极性，并由逻辑装置对该极性进行判断，然后发出切换开始的指令。

③使导通侧的整流桥（例如正组桥）的电流迅速减小到零。

④由零电流检测器得到零电流信号后，经3～ms 5延时，确认电流实际值为零，封锁原导通侧整流桥的触发脉冲。

⑤由零电流检测器得到零电流信号后，经ms 10延时，确保原导通侧整流桥晶闸管完全阻断后，开放待工作侧整流桥（例如反组桥）的触发脉冲。

⑥电枢内流过与切换前反方向的电流，完成切换过程。

根据逻辑装置要完成的任务，它由电平检测、逻辑判断、延时电路和联锁保护电路四个基本环节组成，逻辑装置的功能和输入输出信号如图4所示：

图5.1无环流逻辑控制环节DLC

其输入为电流给定或转矩极性鉴别信号*i U 和零电流检测信号0i U ，输出是控制正组晶闸管触发脉冲封锁信号1U 和反组晶闸管触发脉冲封锁信号2U 。

5.2 设计原理

无环流逻辑控制器的任务是在正组晶闸管工作时，则封锁反组晶闸管，在反组晶闸管工作时，则封锁正组晶闸管。采用数字逻辑电路，使其输出信号以0 和1 的数字信号形式来执行封锁与开放的作用，为了确保正反组不会同时开放，应使两者不能同时为1。系统在反转和正转制动时应该开放反组晶闸管，封锁正组晶闸管，在这两种情况下都要开放反组，封锁正组。从电动机来看反转和正转制动的共同特征是使电动机产生负的转矩。上述特征可以由ASR 输出的电流给定信号来体现。DLC 应该先鉴别电流给定信号的极性，将其作为逻辑控制环节的一个给定信号。

仅用电流给定信号去控制DLC 还是不够，因为其极性的变化只是逻辑切换的必要条件。只有在实际电流降到零时，才能发出正反组切换的指令。因此，只有电流转矩极性和零电流检测信号这两个前提同时具备时，并经过必要的逻辑判断，才可以让DLC 发出切换指令。

逻辑切换指令发出后还不能马上执行，需经过封锁时时间Tdb1才能封锁原导通组脉冲；再经过开放延时时间Tdt 后才能开放另一组脉冲。通常Tdb1=3ms ，Tdt=7ms 。

在逻辑控制环节的两个输出信号之间必须有互相连锁的保护，决不允许出现两组脉冲同时开放的状态。

逻辑控制器装置由PLC 来实现，转矩极性鉴别信号UI*和零电流检测信号Ui0作为PLC 的输入信号X0和X1，再由PLC 的软件来实现逻辑运算和控制。

在逻辑运算判断发出切换指令UF 、UR 后，必须经过封锁延时Udb1和开放延时Udt 才能执行切换命令。用FX2系列PLC 实现时，只要用其内部的1ms 定时器即可达到延时目的。一般封锁延时取Udb1=3ms ，此时封锁原导通组脉冲；再经过开放延时Udt=7ms 开放另一组。若封锁延时与开放延时同时开始计时，则开放延时时间为3+7=10ms ，设延时后的UF'、UR'状态分别用辅助继电器M4、M5表示。

DLC装置的最后部分为逻辑保护环节。正常时，UF'与UR'状态总是相反的；一旦DLC发生故障，使UF'和UR'同时为“1”，将造成两组晶闸管同时开放，必须避免此情况。满足保护要求的逻辑真值表如下表。设DLC的输出信号由PLC 输出端子Y0、Y1输出。其中Y0控制GTF，Y1控制GTR。为了实现逻辑保护，一方面可以用Y0、Y1实现联锁，另一方面还可以用M4、M5接通特殊辅助继电器M8034禁止全部输出，进行双重保护。X2和X3是过压和过流检测信号。

表5.1 逻辑真值表

M4 M5 Y0 Y1

0 0 0 0

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 禁止

5.3设计过程

①电平检测器

U，二逻辑装置的输入有两个：一是反映转矩极性信号的转速调节器输出*

i

U，他们都是连续变化的模拟量，而逻是来自电流检测装置反映零电流信号的

0i

辑运算电路需要高、低电位两个状态的数字量。电平检测器的任务就是将模拟量转换成数字量，也就是转换成“0”状态（将输入转换成近似为V

0输出）或“1”状态（将输入转换成近似为V

输出）。

15

采用射极偶合触发器作电平检测器。为了提高信号转换的灵敏度，前面还加了一级差动放大和一级射极跟随器。其原理图见图5.2。

图5.2 电平检测器原理图

电平检测器的输入输出特性如图5.3所示，具有回环特性。由于转速调节器的输出和电流检测装置输出都具有交流分量，除入口有滤波外，电平检测需要具有一定宽度的回环特性，以防止由于交流分量使逻辑装置误动作，本系统电平检测回环特性的动作电压mV U r 1001=，释放电压mV U r 802=。调整回环的宽度可通过改变射极偶合触发器的集电极电阻实现。

图5.3 电平

检测器输入输出特性 转矩极性鉴别器的输入信号为转速调节器的输出*i U ，其输出为T U 。电机正转时*i U 为负，T U 为低电位（“0”态），反转时*i U 为正，T U 为高电位（“1”态）。

零电流检测器的输入信号为电流检测装置的零电流信号0i U ，其输出为I U 。有电流时0i U 为正，I U 为高电位（“1”态），无电流时0i U 为0，I U 为低电位（“0”态）。

②逻辑运算

电路的输入是转速极性鉴别器的输出T U 和零电流检测器输出I U 。系统在各种运行状态时，T U 和I U 有不同的极性状态（“0”态或“1”态），根据运行状态的要求经过逻辑运算电路切换其输出去封锁脉冲信号的状态（“0”态或“1”态），由于采用的是锗管触发器，当封锁信号为正电位（“1”态）时脉冲被封锁，低电位（“0”态）时脉冲开放。利用逻辑代数的数学工具，可以设计出具有一定功能的逻辑运

算电路。

设正转时*i U 为负，T U 为“0”；反转时*i U 为正，T U 为“1”；有电流时*i U 为正，I U 为“1”；无电流时*i U 为负，I U 为“0”。

1U 代表正组脉冲封锁信号，1U 为“1”时脉冲封锁，1U 为“0”时脉冲开放。 2U 代表反组脉冲封锁信号，2U 为“1”时脉冲封锁，2U 为“0”时脉冲开放。 T U 、I U 、1U 、2U 表示“1”，T U 、I U 、1U 、2U 表示“0”。

按系统运行状态，可列出各量要求的状态，如表5.2所示，并根据封锁条件列出逻辑代数式。

表5.2 逻辑判断电路各量要求的状态 运 行 状 态

T U I U 1U 2U 正向起动，I=0

0 0 0 1 正向运行，I 有

0 1 0 1 正向制动，I 有

1 1 0 1 正向制动，I=0

1 0 1 0 反向起动，I=0 1 0 1 0 反向运行，I 有 1 1 1 0 反向制动，I 有

0 1 1 0 反向制动，I ＝0

0 0 0 1

根据正组封锁条件：

2221U U U U U U U U U U I T I T I T ++= （5-1） 根据反组封锁条件：

1112U U U U U U U U U U I T I T I T ++= （5-2） 逻辑运算电路采用分立元件，用或非门电路较简单，故将上述（5-1）式和（5-2）式最小化，最后化成或非门的形式。

2221U U U U U U U U U U I T I T I T ++=

)(222I T T I T T U U U U U U U U U +=+=

)()(22I T I T U U U U U U ++=+= （5-3） 1112U U U U U U U U U U I T I T I T ++=

)(111I T T I T T U U U U U U U U U +=+=

)(1I T U U U +=

)(1T I U U U ++= （5-4）

根据（5-3）、（5-4）式可画得逻辑运算电路，如图5.4所示，它由四个或非门电路组成。依靠它来保证两组整流桥的互锁，并自动实现零电流时相互切换。现举例说明其切换过程，例如，整流装置原来正组工作，这时逻辑电路各点状态如图5.4中“1”、“0”所示。

图5.4 逻辑运算电路

图5.5 或非门电路

U由现在要求整流装置从正组切换到反组，首先是转矩极性信号改变极性，

T

U “0”变到“1”，在正组电流未衰减到0以前，逻辑电路的输出仍维持原状（

1

U为“1”，反组封锁）。只有当正组电流衰减到零，零电流为“0”，正组开放。

2

检测器的状态改变后，逻辑电路输出才改变状态，实现零电流切换，这是逻辑电路各点状态如图5.4所示。或非门电路如图5.5所示。

③延时电路

前面的逻辑运算电路保证零电流切换，但仅仅采用零电流切换是不够的。因为零电流检测装置的灵敏度总是有限的，零电流检测装置变成“0”态的瞬间，不一定原来开放组的晶闸管已经断流。因此必须在切换过程中设置两段延时即封锁延时和开放延时，避免由于正反组整流装置同时导通而造成短路。根据这个要求，逻辑装置在逻辑电路后面接有延时电路。

图5.6 延时电路

延时电路如图5.6所示，其工作原理如下：当延时电路输入为“0”时，输出亦为“0”态（1BG 截止、2BG 导通），相应的整流桥脉冲开放。当输入由“0”变为“1”时，电容C 经1R 充电，经一定延时后，1BG 导通，2BG 截止，即输出由“0”延时变“1”。相应的整流桥脉冲延时封锁。其延时时间由C R 1决定，这里整定为ms 3。当输入出“1”变“0”时，电容C 的电荷要经过2R 和1BG 基射极回路放电，经一定延时后，1BG 截止，2BG 导通，即输出由“1”延时变“0”。相应的整流桥脉冲延时开放。其延时时间由2CR 参数决定，这里整定为ms 10，这样就满足了“延时ms 3封锁”、“延时ms 10开放”的要求。

④逻辑保护

逻辑电路正常工作时，两个输出端总是一个高电位，一个低电位，确保任何时候两组整流一组导通，另一组则封锁。但是当逻辑电路本身发生故障，一旦两个输出端均出现低电位时，两组整流装置就会同时导通而造成短路事故。为了避免这种事故，设计有逻辑保护环节，如图5.7.所示。

逻辑保护环节截取了逻辑运算电路经延时电路后的两个输入信号作为一个或非门的输入信号。当正常工作时，两个输入信号总是一个是高电位，另一个是低电位。或非门输出总是低电位，它不影响脉冲封锁信号的正常输出，但一旦两个输入信号均为低电位时，它输出一个高电位，同时加到两个触发器上，将正反两组整流装置的触发脉冲全部封锁了，使系统停止工作，起到可靠的保护作用。

图5.7逻辑保护装置结构图

由电平检测、逻辑运算电路、延时电路、逻辑保护四部分就构成了无环流逻辑装置。其结构如图5.8所示。

图5.8 无环流逻辑装置结构图

第六章保护电路设计

6.1 闸管的保护装置及其计算

晶闸管虽然具备多种优点，但是它承受过电流和过电压的能力较差。为了使

器件能长期的运行，必须采用适当的保护装置。

6.1.1过电压保护

凡超过晶闸管正常工作时承受的最大峰值电压Um的都算过电压，其中一种为操作过电压是由晶闸管装置的拉闸合闸和器件关断等电磁过程引起的过电压，这些操作过程经常发生是不可避免的，另一种过电压是由于雷击等原因为从电网侵入的偶然性浪涌电压，它可能比操作过电压更高，采取过电压保护措施后，应使经常发生的操作过电压限制在额定电压UTN以下，而希望使偶然性的浪涌电压限制在器件的断态和反向不重复峰值电压Udsm和Ursm以下。

⑴交流侧过电压保护

①阻容保护

在变压器二次并联电阻和电容，构成阻容保护电路。

计算单相变压器交流侧过电压保护电容C和电阻R的公式：C≥6i0%S/U22、R≥2.3U22/S（UK%/i0%）1/2

其中：

S—变压器每相平均计算容量、U2—变压器二次相电压有效值、i0%—变压器激磁电流百分数,100KVA以下i0%=7、Uk%—变压器的短路比, 100KVA以下Uk%=5

由以上的公式可得:

C≥6×7×5140.02/1222=14.5μF

R≥2.3×1222/5140.02×（5/7）1/2=5.63Ω

变压器的接法:单相三相二次侧Y接法

阻容装置的接法:与变压器次极并联 Y接法△接法

电容C C C C/3

电阻R R R 3R

由计算得到:电容=C/3=4.83μF、电阻=3R=16.89Ω

双闭环直流调速系统

题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真 已知：直流电动机：P N=60KW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min,λ=2，R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。设计要求：稳态无静差，σ ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。(要求完 i 成系统各环节的原理图设计和参数计算)。 系统各环节的原理图设计和参数计算，包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等，并进行必要的计算。按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。 设计内容与要求：1、分析双闭环系统的工作原理 2、改变调节器参数，分析对系统动态性能的影响 3、建立仿真模型

1．双闭环直流调速系统的原理及组成 对于正反转运行的调速系统，缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，是调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使 电流保持为最大值dmI的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。从闭环结构上看，电流环在里面，称做内环；转速环在外面，称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2．双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压*nU由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三

双闭环直流调速系统

双 闭 环 直 流 调 速 系 统 姓名： 学号： 专业：电气工程及其自动化 日期：2015年12月23日

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。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。 关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器 双闭环直流调速系统的设计 双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。 两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。转速调节器 ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器 ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。 由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

双闭环调速系统课程设计

目录页 第一章绪论 (2) 1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2) 1-2国内外研究情况 (3) 第二章双闭环调速系统设计理论 (3) 2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3) 2-2系统的静，动态性能指标 (4) 2-3非典型系统的典型化 (6) 2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7) 第三章模型参数测定和模型建立 (9) 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9) 3-2模型测定实验的计算分析 (11) 3-3系统模型仿真和误差分析 (18) 第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22) 4-1 设计整定的思路 (22) 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23) 4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25) 4-4系统的实际运行整定 (27) 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨…………………………………… 33 第五章设计分析和心得总结 (34)

5-1实验中出现的问题 (34) 5-2实验心得体会 (35) 第六章实验原始数据 (38) 6-1建模测定数据 (38) 6-2 系统调试实验数据 (39) 第一章绪论 1-1课题背景，实验目的与实验设备 转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。 本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。 本次实验的实验设备包括：

双闭环直流调速系统设计及仿真

双闭环直流调速系统设计及仿真 一转速、电流双闭环控制系统 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。 n n t 图1 转速调节系统理想起动过程 为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。 图2 双闭环直流调速控制系统原理图 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。

图3 双闭环直流调速系统动态结构图 在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。 二双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。 第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，使、、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值，强迫电流迅速上升。当时，，电流调节器ACR的作用使不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，

双闭环直流调速系统

转速、电流双闭环调速系统 班级：铁道自动化091 姓名：陈涛 指导老师：严俊 完成日期：2011-10-31 湖南铁道职业技术学院

目录 摘要 (3) 一、直流调速介绍 (4) 1、调速定义 (4) 2、调速方法 (4) 3、调速指标 (4) 二、双闭环直流调速系统介绍 (5) 1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5) 2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6) 3、PI调节器的稳态特征 (7) 4、起动过程分析 (8) 5、动态性能 (11) 6、两个调节器的作用 (11) 三、总结 (12)

摘要 随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进，以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。 本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统，通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的，通过对电力拖动自动控制系统的学习，我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势，它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。 通过这次的学习，我懂得了很多，具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，在这次的论文中，我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统，使我这一系统有了更进一步的了解。

转速、电流双闭环调速系统 一、直流调速介绍 1、调速定义 调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。 2、调速方法 1.调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无 级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方 法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 3.改变电枢回路电阻 <。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 3、调速指标 1．调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围），

双闭环直流调速系统

1引言 在工业生产中，许多生产机械为了满足生产工艺要求，需要改变工作速度：例如，金属切削机床，由于工件的材料、被加工的尺寸和精度的要求不同，速度就不同。另外轧钢机，因为轧制品种和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。 生产机械的调速方法可以采用机械的方法取得，但是机械设备的变速机构较复杂，所以在现代电力拖动中，大多数采用电气调速方法。电气调速就是对机械的电动机进行转速调节，在某一负载下人为地改变电动机的转速。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，适宜在较大范围内调速．在许多需要高性能可控电力拖动领域中得到广泛的应用。近年来交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它是交流拖动控制系统的基础，所以应该很好地掌握直流调速系统。 目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要。所以需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重研究其控制规律﹑性能特点和设计方法。首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成，接着说明该系统的静特性和动态特性，最后用工程方法设计转速与电流两个调节器。 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，首先要具有较高的机电能量转换效率；其次应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。

2双闭环直流调速系统介绍 2.1闭环调速系统的组成 根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。 调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入转速闭环将使调速系统可以大大减少转速降落。 图2.1 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图 上图为带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图。在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG ，从而得出与被调量转速成正比的负反馈电压n U ，与 给定电压* n U 相比较后，得到转速偏差电压n U ，经过放大器A ，产生控制电压c U 输入到电 力电子变换器UPE 中，用来控制电动机转速n 。图中，UPE 是由电力电子器件组成的变换器，它的输入端接三相交流电源，输出为可控的直流电压d U 。 2.2转速﹑电流双闭环直流调速系统的组成]2[ 采用PI 调节器组成速度调节器ASR 的单闭环调速系统，既能得到转速的无静差调节，又能获得较快的动态响应。从扩大调速范围的角度来看，他已基本满足一般生产机械对调速的要求。但是对于系统的快速启动、突加负载动态速降等，单闭环系统还不能满足要求。有些生产机械经常处于正反转工作状态，为了提高生产率，要求尽量缩短启动、制动和反转过度过程的时间，当然可用加大和过渡过程中的电流，即加大动态转矩来实现，但电流不能超过晶闸管和电动机的允许值。为了解决这个矛盾，可以采用电流截止负反馈环节。它与转速负反馈调速系统结合在一起，可以专门用来控制电流。但它只能是在超过临界电流I 值以后，

双闭环控制系统设计

双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic

process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10

双闭环直流调速系统工作原理

双闭环直流调速系统设计 内容摘要 电机自动控制系统广泛应用于各行业，尤其是工业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电.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。有效地控制电机，提高其运行性能，具有很好的现实意义。本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理以及介绍变频调速技术的发展概况，变频调速技术的发展趋势关键词：双闭环控制系统，转速控制环，系统现状，发展趋势 英文翻译：Electrical automatic control system widely used in various industries, especially in industry. Most of the production machinery used in these industries motor as a prime mover. Effectively control electricity. Dc motor has a good start, braking performance, adaptable to smooth speed regulation in large scale, in many need to speed or fast forward and reverse has been widely used in the area of electric drive. Effectively control motor, improve its operation performance, has the very good practical significance. I ntroduced in this paper, based on the engineering design to the design of dc speed regulating system, the working principle of the double closed loop control system of dc speed regulating and also I ntroduce the development general situation and the development trend Key words: double closed loop control system, speed control loop, th e status quo，the development of trend 一：引言 矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是“四大运转设备”之一。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。 近几年，交流调速飞速发展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、

直流电机双闭环调速系统设计.

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个

双闭环直流调速系统设计说明

第一章设计概述 一、课程设计的性质和任务： 本课程是电气自动化本科专业学生学习完《直流调速系统》或《电力拖动控制系统》课程后进行的一个重要的独立性实践教学环节。其任务是通过设计双闭环直流调速系统的全过程，培养学生综合应用所学的直流调速知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次较全面的设计训练，为毕业设计和实际工程设计奠定基础。 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统是一种典型的自动控制系统。这种调速系统只有两个调节器，即速度调节器（ASR）和电流调节器(ACR)，两个调节器作串级连接，其中速度调节器的输出信号作为电流调节器的输入信号，从而形成一环套一环的转速、电流双闭环结构。这种转速、电流双闭环调速系统，在突加转速给定信号的过程中表现为一个恒电流加速系统，而在稳态和接近稳态的运行中又表现为一个无静差调速系统，因此各项性能指标较系统开环时提高许多。 本此课程设计的目的就是同学们在调试、设计一个典型的调速系统后，能够掌握自控系统调试、设计的方法，步骤及其调试原则，加强同学们的动手能力和对理论知识的理解。 自控系统调试所遵循的原则： 先部分，后系统：即首先对系统的各个单元进行调试，然后再对整个系统进行调试。 先开环，后闭环：即首先进行开环调试，然后再对系统闭环进行调试。 先环，后外环：即首先对环进行调试（如在本此调试中就应先对电流环进行调试）,然后再对外环进行调试（如本此调试中的速度环调试）。 本次系统调试是在DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置上进行。整个调试完成后要求系统达到以下指标：

二、DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介 1 装置特点 (1)设计装置采用挂件结构，可根据不同设计容进行自由组合。 (2)装置连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电回路，造成设备损坏。 (3)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，分别设有电压型和电流型漏电保护装置，保护操作者的安全。 (4)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。 图2-1 DJDK-1电力电子技术及电机控制实验装置 2 装置技术参数 (1)输入：电压三相四线制，380V±10%，50Hz。 (2)工作环境：环境温度围为－5～40℃，相对湿度 < 75%，海拔高度 < 1000m。 (3)装置容量：＜1.5kVA (4)电机输出功率：＜200W 3 DJK01电源控制屏

双闭环直流调速系统(精)

直流双闭环调速系统设计 1设计任务说明书 某晶闸管供电的转速电流双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路,基本数据为: 直流电动机：V U N 750=,A I N 780=,min 375r n N =,04.0=a R ，电枢电路 总电阻Ｒ=０.1Ω,电枢电路总电感mH L 0.3=,电流允许过载倍数5.1=λ,折算到电动机轴的飞轮惯量2 2 4.11094Nm GD =。 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ，滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数?? ? ??≈=N I V A V 5.11201.0β 电压反馈系数?? ? ??=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi == V U U U cm im nm 12===* *；调节器输入电阻Ω=K R O 40。 设计要求： 稳态指标：无静差 动态指标:电流超调量005≤i σ;空载起动到额定转速时的转速超调量 0010≤n σ。

目录 1设计任务与分析? 2调速系统总体设计...................................................................................................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计? 3.1晶闸管-电动机主电路的设计........................................................ 3.1．１主电路设计? 3.1.2主电路参数计算................................................................. 3.2转速、电流调节器的设计? 3.２．１电流调节器.................................................................. 3.2．1.1电流调节器设计? ３．2.1.２电流调节器参数选择........................................................ 3.2．2转速调节器.................................................................... 3．2.2.1转速调节器设计.............................................................. 3.2.2.２转速调节器参数选择.......................................................... 4计算机仿真.................................................................................................................................................. 4.1空载起动? ４.２突加负载........................................................................................................................................ 4．3突减负载 5设计小结与体会? ６参考文献.....................................................................................................................................................

双闭环直流调速系统精修订版

双闭环直流调速系统精 修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-

直流双闭环调速系统设计 1设计任务说明书 某晶闸管供电的转速电流双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为： 直流电动机：V U N 750=,A I N 780=,min 375r n N =，04.0=a R ，电 枢电路总电阻R=0.1Ω,电枢电路总电感mH L 0.3=,电流允许过载倍数 5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量224.11094Nm GD =。 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ，滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数?? ? ??≈=N I V A V 5.11201.0β 电压反馈系数?? ? ??=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi == V U U U cm im nm 12===* *；调节器输入电阻Ω=K R O 40。 设计要求：

稳态指标：无静差 动态指标：电流超调量005≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量0010≤n σ。 目 录 1设计任务与分析 ............................................................ 2调速系统总体设计 .......................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计 ............................................... 3.1晶闸管-电动机主电路的设计 ............................................... 3.1.1主电路设计 ............................................................ 3.1.2主电路参数计算 ........................................................ 3.2转速、电流调节器的设计 .................................................. 3.2.1电流调节器 ............................................................ 3.2.1.1电流调节器设计 ...................................................... 3.2.1.2电流调节器参数选择 ..................................................

双闭环直流调速系统的设计及其仿真

双闭环直流调速系统 的设计及其仿真 班级：自动化 学号： 姓名：

目录 1 前言?????????????????????????3 1.1 课题研究的意义??????????????????????3 1.2 课题研究的背景??????????????????????3 2 总体设计方案?????????????????????? 3 2.1 MATLAB 仿真软件介绍???????????????????3 2.2 设计目标????????????????????????? 4 2.3 系统理论设计?????????????????????? 5 2.4 仿真实验????????????????????????9 2.5 仿真结果???????????????????????10 3 结论???????????????????????12 4 参考文献???????????????????????13 1 前言 1.1 课题研究的意义 现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力

电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计为研究和开发的工具。直调调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义[1]。 1.2 课题研究的背景 电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器, 电力电机技术的迅猛发展

运动控制系统双闭环直流调速系统

运动控制课程设计任务书 题目：双闭环直流调速系统设计 使用班级：电气081、082 设计内容 已知电机参数为：PN=500kW，UN=750V，IN=760AΩ，允许过载倍数λ=，触发整流环节Ks=75，Tl=，Tm=，调节器输入输出最大电压为10V，设计双闭环调速系统，达到最理想的调速性能。 主要设计内容包括：1、ACR、ASR调节器类型选择与参数计算。2、系统建模与仿真。3、调节器电路设计。4、主电路设计。5、反馈电路设计。6、触发电路设计。7、故障处理电路设计。 设计步骤 一、总体方案设计 二、参数初步计算。 三、控制系统的建模和MALAB仿真 四、根据仿真结果调整参数 五、主电路及控制电路设计 六、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。 课程设计说明书要求 1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。 2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。 3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。 4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识

摘要 双闭环（转速环、电流环）直流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、抗干扰能力强的优点。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，历来是自动控制系统的主要执行元件，在轧钢及其辅助机械、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、大型起重机、金属切削机床、造纸机、纺织机械等领域中得到了广泛的应用。换向器是直流电机的主要薄弱环节,它使直流电机的单机容量、过载能力、最高电压、最高转速等重要指标都受到限制,也给直流电机的制造和维护添了不少麻烦。然而，鉴于直流拖动控制系统的理论和实践都比较成熟，直流电机仍在广泛的使用。因此，长期以来，在应用和完善直流拖动控制系统的同时，人们一直不断在研制性能与价格都赶得上直流系统的交流拖动控制系统，近年来，在微机控制和电力电子变频装置高度发展之后，这个愿望终于有了实现的可能。在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。 关键词： 双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，MALAB仿真

直流双闭环调速系统

一、 设计要求 1.1已知条件 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机：220V,136A ，1460r/min,r V C e min/132.0?=,允许过载倍数 5.1=λ； 晶闸管装置放大系数：40=s K 电枢回路总电阻： Ω=5.0R 时间常数：s T s T m l 18.0,03.0== 电流反馈系数：A V /05 .0=β 转速反馈系数： V min/V 007.0?=α 1.2设计要求 （1）设计电流调节器，要求电流超调量%5i ≤σ （2）要求转速无静差，空载起动到额定转速超调量%10n ≤σ 二、 理论设计 2.1电流调节器的设计 2.1.1确定时间常数 三相桥式电路失控时间取s T s 0017.0= 电流滤波时间常数取s T oi 002.0= 电流环小时间常数之和取s T T T oi s i 0037.0=+=∑ 2.1.2选择ACR 的结构 因为要求%5i ≤σ且 1011.8<=∑i l T T 所以设计成典I 系统，选择PI 调节器 2.1.3参数的计算 ACR 超前时间常数s T l i 03.0==τ

要求%5i ≤σ，选取I i K T =0.5 所以电流开环增益11.1355 .0-∑≈= s T K i I 则ACR 比例系数为013.1≈=β τs i I i K R K K 2.1.4计算电阻、电容 选取040R K =Ω则 1.0134040.52i i i R K R K ==?=Ω uF R C i i i 75.0== τ uF R T C i oi 2.040 0== 电流环的超调量i %=4.3%<5%σ满足要求 电流调节器原理如图所示。 βI d U ct U i * 电流调节器原理图 2.2转速调节器的设计 2.2.1确定时间常数 电流环等效时间常数s s T K i I 0074.00037.0221 =?==∑ 转速滤波时间常数on T =0.01s

双闭环直流调速系统

第一章 调速系统的方案选择 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的的应用。近年来，虽然高性能的交流调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流拖动控制系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。 直流电动机的稳态转速可以表示为 （1-1） 式中：n ——转速（r/min ）； U ——电枢电压（V ）； I ——电枢电流（A ）； R ——电枢回路总电阻（Ω）； ——励磁磁通（Wb ）； ——由电机结构决定的电动势常数。 由上式可以看出，有三种调速电动机的方法： 1. 调节电枢供电电压U ； 2. 减弱励磁磁通； 3. 改变电枢回路电阻R 。 对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在额定转速以上作小范围的弱磁升速。因此，采用变压调速来控制直流电动机。 1.1 直流电动机的选择 直流电动机的额定参数为： 额定功率KW P N 67=，额定电压V U N 230=，额定电流A I N 291=，额定转速min 1450r n N =， 电动机的过载系数2=λ，电枢电阻Ω=2.0a R 1.2 电动机供电方案的选择 电动机采用三相桥式全控整流电路供电，三相桥式全控整流电路输出的电压脉动较小，带负载容量较大，其原理图如图1所示。三相桥式全控整流电路的特点： 一般变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星型，晶闸管分为共阴极和共阳极。

双闭环直流调速系统的设计

双闭环直流调速系统设计 一、系统组成与数学建模 1）系统组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。 L + - 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压U c为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。

2）数学建模 图中W ASR(s)和W ACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI 调节器，则有 s s K s W i i i ACR 1 )(ττ+= s s K s W n n n ASR 1 )(ττ+= 二、 设计方法 采用工程设计法 1、设计方法的原则： （1）概念清楚、易懂； （2）计算公式简明、好记； 双闭环直流调速系统的动态结构图

（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向； （4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式； （5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。 2、工程设计方法的基本思路: （1）选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。 （2）设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。 一般来说，许多控制系统的开环传递函数都可表示为 ∏∏==++= n 1 i i r m 1j j ) 1() 1()(s T s s K s W τ 上式中，分母中的 sr 项表示该系统在原点处有 r 重极点，或者说，系统含有 r 个积分环节。根据 r=0，1，2，……等不同数值，分别称作0型、I 型、Ⅱ型、……系统。 自动控制理论已经证明，0型系统稳态精度低，而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系统很难稳定。 因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多选用I 型和II 型系统。 三、 电流环设计 反电动势与电流反馈的作用相互交叉，给设计工作带来麻烦。 转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，0≈?E 。 忽略反电动势对电流环作用的近似条件是 l m ci T T 1 3 ≥ω (3-45) 式中ωci ——电流环开环频率特性的截止频率。 图3-19 电流环的动态结构图及其化简 (a)忽略反电动势的动态影响 把给定滤波和反馈滤波同时等效地移到环内前向通道上，再把给定信号改成 ，则电流环便等效成单位负反馈系统。 ) (s W R (s ) C (s )