某矿用电机车双闭环有环流可逆直流调速系统.doc

目 录 1 设计任务与分析 1 1.1 课题的内容与要求 1 1.2 系统概述 1 2 调速系统总体设计 2 3 直流双闭环调速系统电路设计 4 3.1 晶闸管-电动机主电路的设计 4 3.2 转速、电流调节器的设计 5 3.2.1 电流调节器 5 3.2.1.1电流调节器设计 5 3.2.1.2 电流调节器参数选择 6 3.2.2 转速调节器 8 3.2.2.1 转速调节器设计 8 3.2.2.2 转速调节器参数选择 8 4 设计总结 10 参考文献 11 某矿用电机车双闭环有环流可逆直流调速系统 电流调节器及转速调节器的设计 1 设计任务与分析 1.1 课题的内容与要求 为某矿用电机车设计一个调速范围宽、起制动性能好的直流双闭环调速系统，且拟定该系统由大功率晶体管调制放大器给电动机供电。 技术要求 1.该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作。 2.系统静特性良好，无静差（静差率s≤0.2）。 3.动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降 Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s 。 4.系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5.调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。 技术数据 晶闸管整流装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。 负载电机额定数据：Pn=90KW，Un=440V，In=220A，nN=1800r/min， Ra=0.088Ω，λ=1.5。 系统主电路：R∑=0.12Ω，Tl=0.017s, Tm=0.1s 。 电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5In）； 转速反馈系数：α=0.007 min/r（≈10V/ nn）。 1.2 系统概述 直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统是比较基础比较容易掌握的，它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，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。原因是因为在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。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的恒流过程，采用电流负反馈就可以得到近似的恒流过程。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？转速、电流双闭环直流调速系统很好的解决了这个问题。 转速、电流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，采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性, 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的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 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。 如图2-1所示： 图2-1 直流双闭环调速系统 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PI调节器。这样构成的双闭环直流调速系统。 其原理图如图2-2所示： 图2-2 直流双闭环调速系统原理图 直流双闭环调速系统由给定电压、转速调节器、电流调节器、三相集成触发器、三相全控桥、直流电动机及转速、电流检测装置组成，其中主电路中串入平波电抗器，以抑制电流脉动，消除因脉动电流引起的电机发热以及产生的脉动转矩对生产机械的不利影响。 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 晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图如图3-1所示： 图3-1两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路 图中VF和VR是晶正反组闸管可控整流器，它由三相全控桥式整流电路组成，如图3-2所示： 图3-2 三相全控桥式整流电路 通过调节触发装置GT的控制电压来移动脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。 3.2 转速、电流调节器的设计 转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图3-3所示： 图3-3 直流双闭环调速系统动态结构图 由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数按需要选