【正文】 關(guān)鍵詞：雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) MATLAB 2 目 錄 第 1章 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)任務(wù)書 ???????????????????? 3 第 2章 設(shè)計(jì)方案的選擇 ??????????????? 4 第 3章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成 ?????????? 5 整體 設(shè)計(jì) ????????????????????? 5 主電路?????????????????????? 5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性??????????? 6 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)?????????? ????????? 7 電機(jī)形式的確定 ??????????????????? 10 晶閘管結(jié)構(gòu)型式的確定??????????????? 11 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成???????????????? 11 第 4章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算 ????? 12 整流變壓器容量計(jì)算???????????????? 12 晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算???????????? 13 平波電抗器電感量計(jì)算??????????????? 13 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算???????????????? 14 第 5章 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì) ?????????? ? 17 集成觸發(fā)電路?????????????????? 17 三相橋式全控整流電路分析????????????? 18 第 6 章 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) ?????????? 19 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)????????????????? 19 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)????????????????? 21 檢測電路參數(shù)設(shè)置????????????????? 23 電氣原理總圖及其波形圖???????????????? 24 第 7 章 MATLAB/SIMULINK 仿真軟件 ?????????? 25 仿真軟件介紹???????????????????? 25 仿真軟件操作過程????????????????? 26 第 8 章 仿真設(shè)計(jì) ?????????????????? 27 仿真波形圖???????????????????? 29 第 9 章 仿真結(jié)果分析 ?????????????????? 32 設(shè)計(jì)總結(jié) ?????????????????????? 32 參考文獻(xiàn) ?????????????????????? 33 3 第一章《電 力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)任務(wù)書 一．設(shè)計(jì)題目： VM不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二．技術(shù)數(shù)據(jù) 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：額定功率 KW? ，額定電壓 220nUV? ，額定電流136nIA? ，額定轉(zhuǎn)速 1460 / minnnr? ，磁極對數(shù) 2P? ，勵(lì)磁電壓 220fUV? ，勵(lì)磁電流 ? ，電樞電阻 ??，電樞電感 210aL mH? ，磁場與電樞互感 840afL mH? ，整流器內(nèi)阻 ??， Nm? ，平波電抗器20dL mH? 。但是由于電流截止負(fù)反饋限制了最大電流，加上電動(dòng)機(jī)反電勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達(dá)最大值后迅速降下來，這樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也減小了，使起動(dòng)加速過程變慢，起動(dòng)的時(shí)間久比較長。而轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： VM 不可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 系 別 ：電子信息與控制工程系 專業(yè)班級：自動(dòng)化 091 姓 名：劉帥 學(xué) 號： 20xx2349 日 期： 20xx 年 6 月 5日 1 內(nèi)容摘要 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它被廣泛地應(yīng)用于一般生產(chǎn)機(jī)械需要?jiǎng)恿Φ膱龊?，也被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械等需要高性能電氣傳動(dòng)的設(shè)備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)即速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時(shí)間，所以就希望能夠充分利用晶閘管元件和電動(dòng)機(jī)所允許的過載能力，使起動(dòng)的電流保護(hù)在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升，使過渡過程的時(shí)間大大的縮短。 35 40sK ??,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) ? ，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) ? ，過載倍數(shù) ?? ，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為 12V，輸出限幅為 10V，額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速給定 * 10nUV? ，電流給定最大值 * 10imUV? 。 5．調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動(dòng)措施。 3．驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)計(jì)。 第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇 速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào) 節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時(shí)間，所以希望能夠充分利用晶閘管元件和電動(dòng)機(jī)所允許的過載能力，使起動(dòng)的電流保護(hù)在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升，使過渡過程的時(shí)間大大縮短。 第三章 主電路選型和閉環(huán)系統(tǒng)的組成 整體 設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流 380V 電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。由改變電源電壓調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式 : ? ?0( / ) / 2dan U C e R R T C e C T??? ? ? 注解： dU 整流電壓 , 0R 為 整流裝置內(nèi)阻 ，由此 可知，改變 dU ，可改變轉(zhuǎn)速 n 。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都三相交流電源 三相橋式整流電路 直流電動(dòng)機(jī) 整流 供電 雙閉環(huán)直流調(diào)速機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 保護(hù)電路 圖 V— M 系統(tǒng)原理圖 6 很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實(shí)出較大的優(yōu)越性。 主電路圖如下： 三相全控橋整流電路實(shí)際上是組成三相半波晶閘管整流電路中的共陰極組和共陽極組串聯(lián)電路。為了構(gòu)成一個(gè)完整的電流回路，要求有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè)在共陽極組，另外一個(gè)在共陰極組。 如圖 所示。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截 止 負(fù)反 饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。 圖 主電路原理圖 7 在實(shí)際工作中 ,我們希望在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過 渡 過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。問題是希望在啟動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不 再靠 電流負(fù)反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因?yàn)?PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓 Uc 就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般存在兩種狀況：飽和 —— 輸出達(dá)到限幅值；不飽和—— 輸出未達(dá)到限幅值。因此，對靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 dI 顯露出來，如圖 所示。 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選用 一般可分為下列三種情況： （ 1）電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作，很少起動(dòng)、制動(dòng)或反轉(zhuǎn)。 電動(dòng)機(jī)額定功率的選用 額定功率的選用考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力及起動(dòng)能力三個(gè)方面。 （ 3）校核預(yù)選電動(dòng)機(jī)。 在生產(chǎn)實(shí)際中，還需要考慮具體生產(chǎn)機(jī)械的特殊情況，進(jìn)行補(bǔ)充和靈活運(yùn)用。當(dāng)晶閘管的陽極和陰 極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關(guān)斷。采用 PI 調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。二者之間實(shí)行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。 整流電路 單相全波 三相半波 三相全波 六相半波 U m 22 U * 22 U 26 U 22 U m 2 3 6 6 U d0 ?c o 2U ?c o 2U ?c o 2U ?c o 2U 12 第四章 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算 整流變壓器容量計(jì)算 次級電壓 U2 為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù) 載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓 U2 只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級電壓 U2。 UK%— 變壓器的短路電壓百分比， 100 千伏安以下的變壓器取 UK%=5， 100~1000 千伏安的變壓器取 UK%=5~8 ε 為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。對于本設(shè) 計(jì) KI2 取 , 且忽略變 壓器一 二次側(cè) 之間的 能量損 耗，故：2 0. 81 6 13 6 11 0. 98I ? ? ?A 1 2 1 1 1 2 2 21 / 2( ) 3 37 0 11 0. 98 12 3. 19S S S m U I m U I KV A? ? ? ? ? ? ? ? 晶閘管的電流、電壓定額計(jì)算 題目中要求 晶閘管 整流裝置 recR = , 35 40sK ?? , nI =136A ， 220nUV? 晶閘管參數(shù)計(jì)算如下： 0dU = nU =? 220=242V rmU = nU =? 220=330V vtI =2 nI =2? 136=272A 從《電氣工程師手冊》中查得滿足晶閘管型號選擇的晶閘管型號為： KP500 表 2 KP500 型號 通態(tài)平均電流 IT（ AV） A 正向電流有效值IF(AV)A 重復(fù)峰值電壓 VRRM V 觸發(fā)電流 IGT mA 推薦散熱 器 KP500 500 550 200~20xx ≥ 500 SZ13 平波電抗器電感量計(jì)算 由于電動(dòng)機(jī)電樞和變壓器存在漏感，因而計(jì)算直流回路附加電抗器的電感量時(shí)，要從根據(jù)等效電路