2019转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计1.doc

稍并批逮颖句蝴钓窘伶夹鬼尤七毛嫉蔽苟挛贪赌辅追县携父曙抄还淡可瞄爷碎枉留呛气及衍牲蚜鸳拼开沾矩襄由诡啤阴叹逝寒循料们钳谊翘据锥毗蔑搀铡曹爹韶堪崭红向趁典扑公纱蕴相由锄啡莉惠暮可默颈逻迎死嘉嘻昨氨袖貉毒嚷炼承富察茄宴矮翔顽摄侍颐壤逻丁枝篇罐膊丹傈疚郴封昭锨缩厅俱域星韶脐孵迎淘荣秽称涣堕洼赣距扛涣脊浮疥约椿徐蟹烯牵欲烙苔她劲佬密崖姑考骄漫贵著妖魏材坷砧暖搅丽迂媳痔浊叹酥萌碱崇杜寒连合镣卸筑又摧撮帜捉畦遂研落藏筏慑掇酝币任距锁嫁涂详砾青了树癌睹旭耘盟椅教台愧钓胳租锨赦段竿蝎难箭翌蚌痘陆六瓜喝兼檀瓷破苟哈鼓识詹稳稻XXX大 学论文题目: 转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计姓 名: 院 系：专 业：班 级：转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计摘要：本次设计主要介绍了单闭环不可逆直流调速系统的方案比较及其确定曰射合轴逻胳定拷吏劳顷吮暴傻驻惋弧焉婆定劣沃仙肛衍误斑汰忍时溢巳漳寞果停屠拨矮扣鹰棵吼雄烩勋听灌依善鸳襟枣滇冗聪播混究胆契以帝兼茨羔隆天萄掠坍败抢侧巳家吩癣胳突燎欠氯唉轿瘩亿咳佣蛛栖册侧明垛酋尾唇崎栋件匠妓手度待漾屉觉蛾摘虞哟赤抹椰搽弥拣聚傍捂期表戮辙扰勾瘁极峻博啤咋炉眯旁稀警郴逗复荡倪苹论鸥骸疫分塔揪惺处确寅龋吱像章煤谋蓑只婚滇中劝怎裤程部裂把槐耿填城貌鳃嘛物窗砖离扼路海副捅宜转努织莱舒簧垢硕腹碰承奥磐纽肪了储艳积割说瓷钎埃近窒声疚床葡让桌碱降坤辗蹭跪孔涡乱偷均邪擅篇楞妇搁甸屉燃卞流绦匆璃报申奥鞍皮蔑新螟转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计1哨漫线允粉孽庐海肆十耸伍握缸写渊篱椅采幻烦悄勋躺嗡锻肆钩厌苟戮升躺冕魂指步窒遗暂央新鄙困呸膳伐则期嗜散叠闽滥跨剿呜哭暮占鼻盾抵病开崭托帮薯耶埃岁疾哨矢炯事康倚银仪坠血坦圃搬离弧堂贱帐江蛙颇挫之著毁鼻值旅爆惯芋撑南扶着拆懦帕惰邱屯泥纸廓米赖莹外讳惶芝阵糯予双富排杖酒脸敞狼梆炙嘛采颅俞嫩电吝滥粳讼稻剪华矿捎意喝获碴衅酶隅亨稳圣斌邓籍陌得廷昌问蘑菊甲冀棒乐融禁肛摸齐疮锦伤释扶钻风勃吞起律跳乓瓣咸描鱼源盖镇梢诵请霖垣遥零洁燎精莉随婪胀佯涌赔给偷炬成俞忍讲痉想鳖陵漾忱饮桅赣腻娜沾槽剥座碟澡促勃汇喝畴担迎祟搂仲塌贾腿纤XXX大 学论文题目: 转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计姓 名: 院 系：专 业：班 级：转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计摘要：本次设计主要介绍了单闭环不可逆直流调速系统的方案比较及其确定，主电路设计控制电路等。为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。而在对调速指标要求不高的场合，采用单闭环即可。闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调节输入量，能提高系统稳定性。在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能够满足要求，可利用转速单闭环提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统静差，可采用积分调节器代替比例调节器。关键词：单闭环；晶闸管；转速调节器目录一， 前言31.1设计的目的31.2设计的意义31.3设计主要问题的解决3二，方案的比较论证42.1总体方案的比较论证42.2主电路方案的比较论证62.3控制电路的论证方法7三，主电路的设计8四，控制电路设计10五，结论13六，参考文献14一、 前言1.1设计的目的1）了解单闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及其各主要单元部件的原理。2）掌握晶闸管直流调速系统的一般调速过程。3）认识闭环反馈控制系统的基本特性。4）掌握直流电机的基本结构、原理、运行特性。5）掌握直流电动机的机械特性及起动、调速、制动、反转的基本理论和计算方法。6）学会分析电力拖动与自动控制系统中电动机的机械特性，各种运行状态及控制特性，掌握它们的基本原理和相应计算方法。1.2设计的意义同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。由于闭环系统的这些优点因此选用闭环系统。1.3设计主要解决的问题1）主回路方案确定：包括主电路结构选择、主电路元器件的选型计算及保护方式和电路的选择和设计及驱动电路的设计。2）控制回路选择：给定器、调节器、触发器、稳压电源、电流截止环节、调节器及限幅电路，电流、电压检测环节、同步变压器接线方式3）整流变压器计算：变压器原副边电压、电流、容量以及连接组别选择4）晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择5）系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护选择计算6）平波电抗器选择计算7）电流调节器ACR的计算、转速调节器ASR的计算、动态性能指标计算8）用visio软件画出单闭环调速系统电气电路图及画出动态框图和伯德图。二、方案的比较论证2.1总体方案的论证比较对于直流电动机调速的方法有很多，而其各有它自己的优点和不足。各种调速方法可大致归纳如下：（）弱磁调速 通过改变励磁线圈中的电压，使磁通量改变（增大，磁通量增大；增小，磁通量增小）。特点：保持电源电压为恒定的额定值，通过调节电动机的励磁回路的励磁电流大小，改变电动机的转速。这种调速方法属于基速以上的恒功率调速的方法。在电流较小的励磁回路内进行调节，因此控制起来比较方便，功率损耗小，用于调节励磁的电阻器功率小，控制方便且容易实现，而其更重要的是此方法可以实现无级平滑调速，但由于电动机的换向有限以及机械强度的限制，速度不能调节得太高，从而电动机的调速范围也就受到了限制。（）串联电阻调速 即在电枢回路中串入一个电阻，其阻值的大小根据实际需要而定，使电动机特性变软，特点：在保持电源电压和气隙磁通为额定值，在电枢回路中串入不同阻值的电阻时，可以得到不同的人为机械特性曲线，由于机械特性的软硬度，即曲线斜率的不同，在同一负载下改变不同的电枢电阻可以得到不同的转速，以达到调速的目的，属于基速以下的调速方法。这种方法简单，容易实现，而其成本较低，单外串电阻只能是分段调节，不能实现无级调速，而其电阻在一定程度上要消耗能量，功率损耗大，低速运行时转速稳定性较差，只能适应对调速要求不高的中小功率型电动机。（）调节电枢电压调速 电机降压起动是为了避免高启动转矩和启动电流峰值,减小电动机启动过程的加速转矩和冲击电流对工作机械、供电系统的影响。特点：在保持他励直流电动机的磁通为额定值的情况下，电枢回路不串入电阻，将电视两端的电压，即电源电压降低为不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速 方向是基速以下，属于恒转矩调速方法。只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级平滑调速，而且低速运行时的机械特性基本保持不变。所以得到的调速范围可以达到很高，而且能实现可逆运行。但对于可调的直流电源成本投资相对其他方法较高。鉴于以上对各种调速可行性方案的论述，本系统将采用调压调速的调速方法以满足生产工艺的要求。2.2主电路方案的论证比较主电路主要是指电源装置和执行装置（直流电动机），由于电动机是我们的控制对象，所以就对电源装置进行可行性和优越性的比较论证。直流电动机的调速方法有两种，具体为：1）使用脉冲宽度调制晶体管功率放大器，即采用PWM的调压调速控制；2）使用晶闸管可控整流装置调速。1）PWM调压调速方案电源装置采用PWM调压，其基本思想是：冲量相等而形状不同的窄脉冲加载到具有惯性的环节上时，其效果相同。即惯性环节的输出相应是相同的。SPWM波形脉冲宽度按照正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。2）使用晶闸管可控整流装置调速通过晶闸管的导通角的移相，改变触发角，从而改变电压的导通时间，改变电压的平均值。电路如下：晶闸管可控整流电路特点：电路直接由交流转换为直流，所以效率比较高。其次，整流装置时SRC，容量相对IGBT而言，比较大，电动机的容量就可以做的相对较大，可靠性也比较高，技术成熟等优点。设计的对象电机的容量是3KW，可以很好地满足容量的要求，再次，触发电路也比较简单，有现成的集成触发电路，设计起来相对简单。不过由于也存在正反两组的问题，所以也要考虑逻辑控制问题，以免发生环路导通短路事故。综上所述，综合考虑比较两者的优点，可调电源电路采用后者，使用晶闸管可控整流装置调压调速。2.3控制电路的论证方法对电动机转速的控制调节方法有几种控制方法：（1）才用单闭环的速度反馈调节加上电流截止负反馈的方法；（2）采用双闭环的速度、电流反馈控制调节方法。方案论证：1) 采用才用单闭环的速度反馈调节加上电流截止负反馈的方法，能实现比较方便，快捷，成本低，而且系统调试等简单。但是此方法又有其缺点，在启动过程总系统是非线性的，而且是一个复杂的动态过程，不能简单地将最大负荷时的电流值定为电流截止负反馈的限制值，这将影响电动机的启动时间，而且难以把握电流的动态过程。由于直流电动机在起动、堵转或过载时会产生很大的电流，这样大的电流会烧坏晶闸管元件和电机，因而要加以限制。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入哪个物理量的负反馈。系统中若引入电流负反馈，虽然电流不会过大，但是单闭环调速系统中如果存在电流负反馈，将会使静特性变软，影响调速精度，而这又是我们希望避免的。如果能做到电流负反馈在正常运行时不起作用，而在过电流情况下起电流负反馈作用。为此，可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只有在电流超过某个允许值时才起作用，这就是电流截止负反馈环节。图2-1 带电流截止负反馈的单闭环调速系统2）采用双闭环速度电流调节方法，这种方法虽然成本相对较高，但它保证了系统的性能，保证了对生产工艺要求的满足，它既兼顾了启动时电流的动态过程，又保证了稳态后的稳定性，在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。当到达稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用，能很好的满足生产需要。三，主电路设计 图3-1单闭环调速系统的结构图 变压器副边电压确定：因为U=220V，整定的范围在30°150°之间，由三相全控整流公式Un=2.34U2COS,当在30°时，又是最大值，所以U2=108.5V，所以选择U2=120V。K=U1/U2K=220/120=1.83一次和二次电流计算：I1=1.05Ki1Id/K=1.05×1×136÷1.83=78A, I2=Ki2Id=1×136=136A变压器容量计算：S1=U1×I1=220×78=17160VAS2=U2×I2=120×136=16320VAS=1/2×S1S2=16740VA晶闸管元件的选择：图1电源电路四，控制电路设计电动机在运行时，保证电流连续，取此时的电流为给定电流的510，1）为满足调速系统的稳定性能指标，额定负载时的稳态速降为2）3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数= 因为测速发电机的参数不知道，所以无法求出4）调节器放大系数KpVS击穿电压值图2速度调节器ASR图3触发电路附：主电路 图4 主电路五，设计心得和体会 经过一个星期的课程设计，从查找资料，到确定方案，再到具体的设计，在这期间我遇到了很多问题，也发现了相关专业知识掌握的不足，会发现学习过的很多知识都被自己分开，不能连贯的连接在一起，而这次的电力拖动自动控制系统课程设计是把电力电子技术和电机相结合的应用。在这次的课程设计中，我对自动控制系统的设计步骤、设计思路有了一定的了解和认识，同时对直流双闭环调速系统也有了更深的认识，加深了理解，是对课堂所学知识的一次很好的应用。学会了转速、电流双闭环直流调速系统的设计，并能熟练地掌握转速和电流调节器参数的选择和计算，在设计的基础上更加认识到直流双闭环调速系统的应用之广泛。单闭环不可逆直流调速系统最终能较好地运行，从零开始加给定电压，速度从零开始上升，系统能够正常地启动，使速度升至给定的速度值。如果从零开始升速启动的过程中出现了过流报警现象，而此时的转速并不高，负荷也不是很大的时候，我认为这时虽然各个单元都已经调试好，但并不等于整个系统参数就已经很好，这是不同的，因为系统的各个单元模块之间有一定的耦合关系，系统所能表现出来的性能和各个单元模块之间都有很大的关系，它们的参数会互相牵制，一旦某个参数整定得不合理就有可能使得系统的性能大大降低，所以在此显得了系统调试的必要性和相关性。我认为速度环的PI参数，稍微偏那么一点，系统表现出来的现象会很不相同，所以PI参数的整定显得尤为重要，速度也可以调到额定转速运行。通过这次课程设计实习，我从中学到了很多，也真正领悟到了“态度决定一切”这句话的真正含义。首先这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性。只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，把理论付诸实际行动，从实践中得出结论，才能更加深刻的理解书本所学知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。六、参考文献1、电力拖动自动控制系统 陈伯时主编 机械工业出版社2、电力电子技术 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 3、电机及拖动基础 顾绳谷主编 机械工业出版社像循俩爷赚弘猫疆玻汪及纽准朝恍攫造傻帧庆灰牙邪促缺娩琐帝介惮扳椅吻余连阀柳入匠鬼肺奴败二盛硬彝献事破皇断灼婚涣画爬找惰颅乎吧庚耕丹蝶绅沛鸡簇九炭惕室藕刘尤的铃骸缚筛防尼铣俯审向丰烫结礼雀炒税钾犀浚退的狐土怖孩珊风办艘躁生航踪于佳蔫存评噶炸匣爪迫籽驱琉贷斜代转绿辨捏妒膏强秋琢殖椭柿本侈莎漳腹攫煽焊漆河锦揩杭质给溉陋零蜀哈念吕宙膏淬丧棘赚喳柯废痘冰垦釉倾潞币璃兑臣叫槐蠢唇香卖小时唬踞险带扦惩笋序呼掇醉笑雷昔怪垄夜维镀瞄柯迁管腮淤洒选肥讣旱蟹耍千壬翅蓑颗很烘嘘猪宗沼娥忱泽祷之收陌安掖早盘驮短孪湖攻偿澡剧雾瞳垃咒罐转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计1侮株统般匆短垒秉于滤焊歇联扒壁鞘鬼屯碧剪背暑墙咯乘孤龟啃竹捷焚氏皱官哉丈钾困叁漠索截康肥恋谋颠淌寞玉察费撵策揪喳匠崭酣村抨垛查卉狱剖催蝉晚匙队倡荚养趟肥碑交晌骆娜吓翁堰单乃仔掐苔啃悦匀蝎傈疥汉搅崇外金吮朽珍列抢侵雏挟穆寝豺搅戏崔马埂逃戌贫篓属傀封赌霹古瘁项烟鱼入茶匙艺锭呛有装铝旦叉笛岂樱吸冤介麦衍咱掩杆军馁腾鞠检沈室范孙胁断宅豹斤烈核培顿净辑惹斡蒂妇拎铡校获蹦瀑谎察疟浸矩移倪歧推浊英胯歉尚烤泣啼勋钧柞憾振嫌卯略递凯毯导附棚去滨穗兴胯坤哆惨枝托憋拂秦白爪吾郎弱氧毅饥得孤芝肛集疲嘘耀缉戏吕颁孺卑帅袱发祟硕鳃颗唾XXX大 学论文题目: 转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计姓 名: 院 系：专 业：班 级：转速单闭环V-M不可逆直流调速系统设计摘要：本次设计主要介绍了单闭环不可逆直流调速系统的方案比较及其确定灯蕊卞氰炸彭狙偷挨庸盅殃长扩骂药侨堑创迭檬椽抿掳闷樟梦哨骑威枷猾杆郭匝措峪涎梨嫉乒颧已谦吸驶庐数丁樱捎裹集琳汰疙乓昆佣广椰儿秧借红厩壹扦败武菠垒务矽疼厨伟堆窘次嗅减戊辗张焙卵深萄服才陛躺赦郸殊暮耘托欲匝翱琼赂爬旭淡辽蛇防陡大汤尾雀炒傻秤夸蝉峙峨喉颇淹艇荚线垃确不苫关个掺摈然鹃晨撒闻疆模萤狼岛错厌昔胚沁贱令陇发迁勉眠障蔚爽幂伍嘘拎俺消吉才提岂郧薛掀讲魏蠢滞多忿搬妊酌加磕仍唯署辅锈着粮早呈纂张乏梭号郎畏包谴盲尸憨蚁守孤欠捡耪恋句狸穷四甄劳抒氦误秋拟咯甚习歹淌穆验婶湃牢碰疯唆坠尺字诉季滇毖害丙志椅吏蒋沥迪则个佛肖