接触器反向V-M转速电流双闭环直流调速系统毕业设计(论文)word格式.doc
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1、燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目:接触器反向转速电流双闭环直流调速系统学院(系): 年级专业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称: 目 录第一章 接触器反向-双闭环直流调速系统综述- 3 -1.1接触器反向-双闭环直流调速系统概述- 3 -1.2控制对象及设计要求- 3 -第二章 直流调速系统总体方案设计- 4 -2.1接触器反向-双闭环直流调速系统的组成框图- 4 -2.2接触器反向-双闭环直流调速系统的原理图:- 5 -第三章 直流调速系统主电路设计- 5 -3.1主回路结构与参数计算- 5 -3.1.1 电动机参数计算- 6 -3.1.2 整流电路参数计算- 7 -3.2
2、主电源电路设计- 8 -3.3晶闸管触发电路- 8 -3.4接触器反向运行主电路- 9 -3.5励磁电路参数设计- 10 -第四章 直流调速系统调节器设计- 10 -4.1确定时间常数- 10 -4.2电流调节器设计- 11 -4.2.1 电流调节器结构的选择和参数的计算- 11 -4.2.2 校验近似条件- 12 -4.2.3 电流调节器实现- 13 -4.3转速调节器设计- 14 -4.3.1 电流环的等效闭环传递函数- 14 -4.3.2 转速调节器结构的选择和参数的计算- 14 -4.3.3 校验近似条件及转速超调量- 15 -4.3.4 转速微分负反馈减少超调量- 16 -4.3.5
3、 转速调节器的实现- 16 -第五章 直流调速系统辅助电路及保护电路- 17 -5.1转速及电流反馈环节设计- 17 -5.2给定器设计和限幅电路设计- 18 -5.3稳压电源设计- 18 -5.4电气控制线路- 18 -5.5接触器方向控制电路- 19 -5.6各种保护电路- 19 -5.6.1 主电路过电压的保护- 19 -5.6.2 晶闸管过电压保护和过流保护- 20 -设计心得- 21 -参考文献- 22 -第一章 接触器反向-双闭环直流调速系统综述1.1接触器反向-双闭环直流调速系统概述本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统。系统模型由晶闸管-直流电动机组成的主电路和转速电流
4、调节器组成的控制电路两部分组成。控制电路设置两个PI调节器,分别调节转速和电流,形成转速电流双闭环直流调速系统。1.2控制对象及设计要求Z2-40型直流电动机铭牌参数型号 Z2-40 额定容量(KW)40额定电压(V)300额定电流(A)148最大电流(A)296额定转速(rpm)910额定励磁(A)0.61GD2(Kgm2)1.0电枢电阻Ra()0.04电枢电感La(mH)2.05其他参数整流侧内阻Rn()0.046整流变压器漏感LT(mH)0.75电抗器直流电阻RH()0.75电抗器电感LH(mH)4 设计要求为:1.调速范围D=20,静差率S5%。在整个调速范围内要求转速无级、平滑可调。
5、2.动态性能指标:电流环超调量i5%;空载起动到额定转速时转速超调量n10%。第二章 直流调速系统总体方案设计接触器反向-双闭环直流调速系统,主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流,通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速,并通过接触器反向来实现电机的反转运行。在直流侧串有平波电抗器,为电机提供稳定可靠的电源。在直流交流侧安置了保护装置,保证各元器件能安全的工作,同时由于使用了转速电流双闭环控制,使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。2.1接触器反向-双闭环直流调速系统的组成框图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
6、流负反馈。二者之间实行嵌套连接,如图所示。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。2.2接触器反向-双闭环直流调速系统的原理图: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的电路原理图如上图所示。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Uc为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的,转速调节器ASR的输出
7、限幅电压Uim*决定后了电流给定电压的最大值,电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制电压Ucm 限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。第三章 直流调速系统主电路设计3.1主回路结构与参数计算主回路由一系列功能部件构成,包括整流变压器,晶闸管,触发电路,接触器主开关,电动机等系统的主干及各种保护电路和辅助电路,等最重要的组成部分。采用三相可控晶闸管整流电路整流是把交流变直流。通过改变晶闸管触发脉冲的相位从而改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。其主电路图如下:3.1.1 电动机参数计算电动机型号为:Z240=Ra+2Rn+Rh=0.04+20.046+0.075=0.207 =La+2
8、Lt+Lh=2.05+20.75+4=7.55 mH=0.00755 HCe = = =0.3232 VCm = 9.55Ce=1.3055nop = =94.7896 rpm二次侧电压:U2 =185.2677231.5846V,取U2 = 160V3.1.2 整流电路参数计算1)整流变压器参数Udo =UN+IdmaxR=300+2960.207=361.272V又因Udo =2.34U2因此U2 = 154.3897V,取U2 = 160V变比:K = = 1.375;二次侧电流:I2 =0.816148=120.768 (A)一次侧电流:I1 = = =87.831 (A)S=3U1I
9、1=3220V87.831A=57969 VA 2)整流晶闸管参数计算IT(AV)=(1.52)0.368120.768=69.924793.2329 (A)取IT(AV)=100(A)的晶闸管。UTmax=U2=160=391.9184VUT(额)=(23)UTmax =783.8 1175V 取UT(额)=1000V因此可选择1000V/100A的晶闸管2)平波电抗器的选择及计算平波电抗器:平波电抗器用于整流以后的直流回路中。输出的整直电压中总是有纹波的,需要由平波电抗器加以抑制。电路如右图:对于三相桥式整流电路:=14810%=14.8 A所以:=7.4919 mH3.2主电源电路设计晶
10、闸管-电动机调速系统(简称V-M系统,又称静止的Ward-Leonard系统),图中VT是晶闸管可控整流器,通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位,即可改变整流电压Ud ,从而实现平滑调速。如下图:可控整流的原理:当晶闸管的阳极和阴极之间承正向电压并且门极加触发信号晶闸管导通,并且去掉门极的触发信号晶闸管依然维持导通。当晶闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信号晶闸管关断。3.3晶闸管触发电路对三相桥式全控整流电路,六个晶闸管需要依次轮流触发。为了确保实现每个晶闸管的准确导通,提供间隔60的双窄脉冲。下图所示为同步信号为锯齿波的触发电路。它由5 个基本
11、环节组成:锯齿波形成与脉冲移相控制环节;同步检测环节;脉冲形成、放大和输出环节;双窄脉冲形成环节和强触发环节。参看上图,双窄脉冲触发的实现原理:1号触发器内送出的负脉冲信号输出第一个触发窄脉冲。经过60后,2号触发器同样送出第一个窄脉冲,同时由该触发器的X端送到与之相连的1号触发器的Y端,使1号触发器电路产生负脉冲从而由1号触发器输出第二个窄脉冲,且第二个脉冲比第一个脉冲滞后60。以下重复这样的过程,循环反复,就会使得六个晶闸管都得到相隔60的触发脉冲。3.4接触器反向运行主电路此设计通过控制由接触器主开关组成的H 桥实现电机的正方转,从而不必增加一组反组整流电路,减少复杂性,节约成本。主电路
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