双闭环直流调速系统.pdfVIP

双闭环直流调速系统

一、课程设计大纲

课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不仅起

着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，

还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。通过课程设计，学生将进一

步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程的知识。

二、课程设计任务书

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（D10），系统在工作范围内能稳定工作。

动态性能指标：转速超调量n8，电流超调量i5，动态速降n810，

调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s。

说明机械负载对调速系统的基本要求（调速、稳速、加减速控制）。

推导该系统的机械特性方程并进行静特性分析（画出稳态结构框

图）。

利用开环频率特性进行校正（在对数坐标纸上画图），使系统满

足性能指标要求。

课程设计内容仿真：利用MATLAB进行系统校正仿真，编写仿真

程序，在课程设计说明书中附仿真曲线图。

三、摘要

本文介绍了双闭环直流调速系统的设计与分析。该系统通过引入

转速负反馈和电流负反馈，分别调节转速和电流，以满足对系统动态

性能的较高要求。在起动过程中，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。双闭环直

流调速系统具有无静差、良好的稳态精度和快速性，被广泛应用于对

动态性能要求较高的领域。本文还通过Matlab对系统进行了数学建

模和仿真，以分析其特性。

四、系统技术数据及要求

直流电动机需要三相直流电源，由三相桥式整流电路将三相交流

380V电源整流为三相直流电源。

五、调速系统的方案选择

系统性能要求：需要明确调速系统的控制目标，包括稳态精度、

动态响应、过载能力等。这些性能指标将直接影响到方案的选择。例

如，对于要求高精度和快速响应的系统，可能需要选择高性能的控制

器和执行机构。

负载特性：不同的负载特性对调速系统的要求不同。例如，对于

恒转矩负载，需要选择能够提供稳定转矩输出的方案而对于变转矩负

载，则需要系统能够适应负载变化，保持稳定的转速。

控制策略：双闭环控制系统通常包括速度环和电流环两个主要控

制环节。速度环负责调节电机的转速，而电流环则负责调节电机的电

流，以保护电机不受过载损害。在选择方案时，需要考虑这两个环节

的协调性和控制策略的复杂度。

经济性：在满足性能要求的前提下，经济性也是一个重要的考虑

因素。这包括系统的初期投资成本、运行维护成本以及能耗等。选择

性价比高的方案，可以降低整体成本，提高经济效益。

可靠性和维护性：系统的可靠性直接关系到生产的连续性和稳定

性。在选择方案时，需要考虑系统的故障率、易损件的更换周期以及

维护的难易程度。

技术成熟度：选择技术成熟、经过市场验证的方案，可以降低开

发风险，缩短开发周期。同时，成熟的技术通常意味着更好的支持和

服务，有利于系统的长期稳定运行。

六、主电路设计与计算

在双闭环直流调速系统中，主电路通常采用三相桥式整流电路来

供电。这种电路具有以下特点：

主电路参数计算包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的

参数计算。

整流变压器用于将电网电压变换为适合晶闸管变流装置的交流

供电电压。设计时需要考虑以下因素：

保护电路用于防止过电压和过电流等情况对系统造成损坏，其参

数计算包括：

通过以上参数计算，可以完成双闭环直流调速系统主电路的设计

与校验，确保系统在实际运行中能够稳定可靠地工作。

七、触发电路的选择

在双闭环直流调速系统中，触发电路的选择是至关重要的。晶闸

管的电流容量越大，要求的触发功率也就越大。对于大中电流容量的

晶闸管，为了保证其触发脉冲具有足够的功率，通常采用由晶体管组

成的触发电路。

在设计中，触发电路可以采用锯齿波同步的触发电路。这种电路

通常由五个部分组成：同步环节、锯齿波形成及脉冲移相环节、脉冲

形成、放大和输出环节、双脉冲形成环节以及强触发环节。通过这些

环节的协同工作，可以产生满足要求