vm双闭环直流调速系统设计.docx

第一章 设计任务及内容 一．设计题目：某电力拖车V-M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 二.课程设计目的 1.选择控制系统的控制方案。 2.画出系统控制图并计算有关参数。 3.设计电流调节器、转速调节器，选择相关的电路元件。如果采用微机控制，则要求确定算法及软件流程图。 三.设计任务 1.任务的提出 为某电力拖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。 2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。 3.技术数据 晶闸管整流装置：Rrec=0.032ΩΩ，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）。 第2章 主电路选型和闭环系统的组成 一.主电路的选型 V-M双闭环有环流可逆直流调速系统的主回路由两组反并联得到三相全控整流桥VF、VR组成，两组可控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平波电抗器L。?两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路。 二.保护电路的设计 （1）过电压保护:通常分为交流侧和直流侧电压保护。前者常采用的保护措施有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻。这里采用金属氧化物压敏电阻的过电压保护。 （2）过电流保护:在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流保护，二次侧采用熔断器串入主电路的方法来保护电路 保护原理图3-4如下： 三.闭环系统的的组成 为实现转速和电流两种负反馈分别作用，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。二者之间实行嵌套连接。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。 两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压Uim*决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm，图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是输入偏差电压在稳态时为零。为了实现电流的实时控制和快速跟随，希希望电流调节器不要进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和不饱和两种情况。 双闭环直流调速系统的稳态结构图 V-M双闭环有环流可逆直流调速系统原理图 第3章 调速系统参数计算及整定 一.电流调节器参数计算及原理 1.确定时间常数 1）.整流装置滞后时间常数，即三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s。 2).电流滤波时间常数=0.002s。 3).电流环小时间常数之和，取=+=0.0037s。 2.选择电流调节器结构 根据设计要求≤5%，并保证稳态无静差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数： (s)= 检查对电源电压的抗扰性能：，参照典型I型系统动态抗扰性能指标与参数，各项指标都是可以接受的。 3.计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数：=0.017s。 电流环开环增益：要求5%时，应取=0.5，因此 = 于是，ASR的比例系数为 4.校验近似条件 电流环截止频率： 1).闸管整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件。 2).忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 3 满足近似条件。 3).电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件。 5.计算调节器电阻和电容 由图3-2，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为 ，取5 ，取3.5 ，取0.2 按照上述参数，电流环可以达到