双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计设计目的1通过对实际综合.doc

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计 一、设计目的 1、通过对实际综合实验的培养，加强资料收集整理能力、自习能力； 2、熟悉相关实验装置； 3、加深对运动控制系统课程的认识理解，培养良好的专业理论水平和实际设计能力； 4、了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成以及各单元模块的作用。 二、设计要求 1、静差率； 2、过渡过程较为平稳； 三、双闭环调速系统的构成 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统（简称双闭环调速系统）是由单闭环调速系统发展而来的。采用转速负反馈和调节器的单闭环转速系统可以实现转速调节无静差，且采用电流截止负反馈作限流保护可以限制启（制）动时的最大电流。但是，单闭环调速系统存在以下问题需要解决。 1、在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调节，系统的动态性能不够好。在采用电流截止负反馈和转速负反馈的单闭环调速系统中，一个调节器需完成两种调节任务：正常负载时是实现速度调节，过载时进行电流调节。一般而言，在这种情况下，调节器的动态参数无法保证两种调节过程同时具有良好的动态品质。 2、系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程。 在单闭环调速系统中，采用电流截止负反馈环节限制了最大电流，但它并不能很理想地控制电流的动态波形。系统启动时，电流达到最大值后会随着转速的上升，反电势的增加而迅速下降。这样，电动机的启动转矩也迅速下降，从而使启动加速过程变慢，其启动电流及转速波形见图1左图所示，而有些调节系统，如龙门刨床、轧钢机等经常处于正、反转状态，为了提高生产率，要求尽量缩短过渡过程的时间。因此，希望能充分利用电动机所允许的过载能力，在启动过程中保持电流（转矩）为允许的最大值不变，以使系统尽可能用最大的加速度启动，转速直线上升，达到稳态转速后，尽快使电流下降为稳态值，并转入稳态运行。这样的理想启动过程波形示于图1右图中，这就是调速系统在最大电流（转矩）受限制的条件下的最佳启动过程。 图1 直流电动机启动的过渡过程 实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，图1右图所示理想波形不能实现，只能尽量逼近。为了获得近似理想地过渡过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。 1、晶闸管整流器及其保护电路 如下图所示，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。晶闸管可控整流器的功率放大倍速在以上，门极电流可以直接用电子控制；响应时间是毫秒级，具有快速的控制作用。 系统原理图 在理想情况下，和之间呈线性关系： = 式中：-----平均整流电压； -----控制电压； -----晶闸管整流器放大系数。 实际整流电路图如下，还要考虑晶闸管的保护问题。由于晶闸管具有办半导体器件共有的弱点，承受过电压和过电流的能力差，短时间的过电压和过电流就会造成元件的损坏。为了晶闸管装置能长期可靠运行，除了选择元件外，还须针对元件工作的条件设置恰当的保护措施。这里主要用到过电压保护和限制。 在保护电路中，阻容吸收电路的参数计算式根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量存储起来为依据的。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效地抑制尖峰过电压。串电阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振荡。 2、转速调节器与电流调节器 在转速、电流双闭环调速系统中，既要控制转速，实现转速无静差调节，又要控制电流是系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，其关键是处理好转速控制与电流控制之间的关系，就是将二者分开，用转速调节器调节转速，用电流调节器调节电流。与之间实现串级连接，即以的输出电压作为电流调节器的电流给定信号，再用的输出电压作为晶闸管触发电路的移相控制电压。从闭环反馈的机构看，转速环在外面为外环，电流环在里面为内环。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具有输入、输出限幅电路的调节器，且转速与电流采用负反馈闭环。 图3 系统原理图 调节器输出限幅值的整定 在双闭环系统中转速调节器的输出电压是电流的电流给定信号，其限幅值为最大电流给定值，因此，的