【正文】 要求，首先滿足主要方面的性能指標要求，而適當降低其他方面的指標。此外，當系統(tǒng)過渡過程結束后，穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準確性。動態(tài)性能指標代表了系統(tǒng)發(fā)生過渡過程時的性能，動態(tài)指標分跟隨指標和抗擾動指標。： 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性對于一個調速系統(tǒng)，電動機要不斷處于起動、制動、反轉、調速以及突加突減負載的過渡過程，此時，必須研究相關電機運行的動態(tài)指標，如穩(wěn)定性、快速性、動態(tài)誤差等。 轉速、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理框圖 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉速無靜差，這時轉速負反饋起主要調節(jié)作用。本系統(tǒng)是基于PWM 控制的直流電機控制系統(tǒng)。 功率因數(shù)高。 調速范圍寬。 使用硅整流器將交流電整流成直流或由蓄電池等直流電源供電, 再由PWM 斬波器進行斬波調壓等。隨著電力電子技術的進步, 發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。確保了系統(tǒng)可靠運行。 本電機調速系統(tǒng)采用脈寬調制方式, 與晶閘管調速相比, 技術先進, 可減少對電源的污染。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可使電機的速度達到并保持一穩(wěn)定值。 隨著電力電子技術的進步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法，其中PWM(脈寬調制)是常用的一種調速方法。 直流電機斬波調速原理是利用可控硅整流調壓來達直流電機調速的目的，利用交流電相位延遲一定時間發(fā)出觸發(fā)信號使可控硅導通即為斬波，斬波后的交流電經電機濾波后其平均電壓隨斬波相位變化而變化。各換向片間互相絕緣。換向器是一種機械整流部件。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。其中主磁極是產生直流電機氣隙磁場的主要部件，由永磁體或帶有直流勵磁繞組的疊片鐵心構成。其構造的主要特點是具有一個帶換向器的電樞。（2） 要求達到的性能指標：，電流超調量，轉速無靜差，且空載起動到額定轉速時的轉速超調量。勵磁回路采用三相橋式晶閘管變流裝置供電，構成勵磁電流閉環(huán)系統(tǒng)控制。主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對電路及各元件參數(shù)的計算和器件的選型，包括整流變壓器，整流元件，保護電路以及電流轉速調節(jié)器的參數(shù)計算。另一方面，需要指出的是電氣傳動與自動控制有著密切的關系，調速傳動的控制裝置主要是各種電力電子變流器，它為電動機提供可控的直流電流，并成為弱點控制強電的媒介。 隨著社會化大生產的不斷發(fā)展，交流調速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和時間上都比較成熟，并且從閉環(huán)控制的角度來看，它有是交流拖動系統(tǒng)的基礎。這是，起動電流成方波形，而轉速是線性增長的。在實際工作中，我們希望在電機最大電流的限制條件下，充分利用電機的允許過載能力。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。采用轉速反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)的調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜差，但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要起制動，突加負載動態(tài)性能速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。它具有動態(tài)響應快，抗干擾能力強等特點。而直流電調速系統(tǒng)調速范圍廣，靜差率小，穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長期內幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。與可控硅脈沖調速方式和電阻調速方式相比，具有明顯的優(yōu)點。目前,市場上用的最多的IGBT直流斬波器,它是屬于全控型斬波器，它的主導器件采用國際上先進的電力電子器件IGBT，由門極電壓控制，從根本上克服了晶閘管斬波器及GTR 斬波器的缺點。晶閘管問世后，生產出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管—電動機調速系統(tǒng)（簡稱VM系統(tǒng)），和旋轉變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。某軋機直流電動機晶閘管調速系統(tǒng)設計目錄摘要………………………………………………………………4第一章 緒 論…………………………………………5第二章 直流調速系統(tǒng)的方案確定…………………………6…………………………………………6……………………………………7 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性…………………………………10第三章 主電路的設計與分析………………………11………………………………………………11 整流電路…………………………………………………16 勵磁回路的選擇…………………………………………17 晶閘管的觸發(fā)電路……………………………………19 KJ004的工作原理……………………………………21 脈沖變壓器的設計…………………………………………23第四章 PWM控制直流調速系統(tǒng)控制電路設計…………25 PWM信號發(fā)生器…………………………………………25 SG3525引腳各端子功能……………………………………27第五章 主電路元部件及參數(shù)計算…………………………32 整流變壓器容量計算……………………………………32 IGBT管的參數(shù)………………………………………………33 三相全控橋整流二極管選擇………………………………34 濾波電容C1的選擇……………………………………34第六章 主電路保護電路設計………………………………34 IGBT的保護設計………………………………………………34 主電路過電流保護電路…………………………………………36…………………………………………………36…………………………………………………39………………………………………………41第七章 勵磁回路元件計算和選擇………………………………42 變壓器的選擇……………………………………………………42 整流元件晶閘管的選型…………………………………………46 第八章 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調節(jié)器的設計………………………47 電流調節(jié)器的設計…………………………………………47…………………………………………51心得體會…………………………………………………………57參考文獻…………………………………………………………58摘 要直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到應用。本文首先明確了設計的任務和要求，在了解了轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的調速原理后依次對晶閘管相控整流調速系統(tǒng)的主電路，保護電路，檢測電路和觸發(fā)電路進行了設計，并且計算了相關參數(shù)。該斬波器既能為煤礦窄軌電機車配套的調速裝置，針對不同的負載對象，做一些少量的改動又可用于其它要求供 電電壓可調的直流負載上。關鍵字：雙閉環(huán)控制 單項全控橋 三相橋式 IGBT第一章 緒 論 許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)，動態(tài)性能。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是直流調速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應用非常廣泛的電力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉矩。但它只在超過臨界電流值以后強烈的復返快作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)定轉速后又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)定運行。這是在最大電流轉矩的條件下調速系統(tǒng)所能的得到的最快起動過程。所以直流調速系統(tǒng)在生活中有舉足輕重的作用。本設計報告首先根據(jù)設計要求確定調速方案和主電路的結構形式。第二章 直流調速系統(tǒng)的方案確定 采用轉速、電流負反饋構成雙閉環(huán)調速系統(tǒng)主回路采用三相全控橋不可逆系統(tǒng)。技術數(shù)據(jù)：（1） 直流電動機數(shù)據(jù)：電動機型號：Z262, 220V，1500rpm，允許過載倍數(shù)，電樞回路電阻，系統(tǒng)運動部分的轉動慣量。 直流電機由定子和轉子兩部分組成，其間有一定的氣隙。直流電機的定子由機座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。直流電機的轉子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉軸等部件構成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個整體。換向器質量對運行可靠性有很大影響。為了達到控制直流電機目的，在控制回路加入了速度、電壓、電流反饋環(huán)路和PID調節(jié)器來防止電機由于負載變化而引起的波動和對電機速度、電壓、電流超常保護。其基本原理是用改變電機電樞(定子)電壓的接通和斷開的時間比(占空比)來控制馬達的速度，在脈寬調速系統(tǒng)中，當電機通電時，其速度增加；電機斷電時，其速度減低。最近幾年來，隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展及單片機的廣泛應用，使調速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。為使整個系統(tǒng)能正常安全地運行, 設計了過流、過載、過壓、欠壓保護電路, 另外還有過壓吸收電路。 直流電動機轉速的控制方法可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法兩類。如: 由交流電源供電, 使用晶閘管進行相控調壓。PWM 驅動裝置與傳統(tǒng)晶閘管驅動裝置比較, 具有下列優(yōu)點: 需用的大功率可控器件少, 線路簡單。 電流波形系數(shù)好, 附加損耗小。可以廣泛應用于現(xiàn)代直流電機伺服系統(tǒng)中。 此設計采用雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)。當負載電流達到Idm時，對應于轉速調節(jié)氣的飽和輸出Uim＊，這時電流調節(jié)器起主要調節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這對于提高產品質量和勞動生產率，保證系統(tǒng)安全運行是很有意義的。跟隨指標與抗擾指標都表征系統(tǒng)過渡過程的性能，之所以要分別列出，是由于同一個調速系統(tǒng)，其跟隨指標和抗擾動指標并不相同，不同的生產機械對這兩類指標的要求也是不一樣的。一般來說，總是希望最大超調和最大動態(tài)速降小一點，振蕩次數(shù)少一些，調整時將及恢復時間短一點，穩(wěn)態(tài)誤差小一點，即希望能達到穩(wěn)、準、快。直流系統(tǒng)中調速范圍D、靜差率S、和額定轉速之間的關系：在直流電動機變壓調速系統(tǒng)中，一般以作為最高轉速，若額定轉速下的轉速降落為，則該系統(tǒng)的靜差率應該是最低轉速時的靜差率，即：則最低轉速為：而調速范圍為：由上式可見，要求s值要求越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。PWM變換器有不可逆和可逆兩類，可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。不可逆PWM變換器分為無制動作用和有制動作用兩種。電源電壓一般由交流電網(wǎng)經不可控整流電路提供。 簡單的不可逆PWM變換器電路 （a）原理圖 （b）電壓和電流波形圖電力晶體管VT的基極由頻率為f，其脈沖寬度可調的脈沖電壓驅動。電動機電樞兩端的平均電壓為 ，式中，——PWM電壓的占空比，又稱負載電壓系數(shù)。 圖31（b）繪出了穩(wěn)態(tài)時電動機電樞的脈沖端電壓、平均電壓和電樞電流的波型。由于VT在一個周期內具有開關兩種狀態(tài)，電路電壓平衡方程式也分為兩階段，即在期間， ； 在期間。PWM調速系統(tǒng)的開關頻率都較高，至少是1～4kHz，因此電流的脈動幅值不會很大，再影響到轉速n和反電動勢E的波動就更小，在分析時可以忽略不計，視這種簡單不可逆PWM電路中電動機的電樞電流不能反向，因此系統(tǒng)沒有制動作用，只能做單向限運行，這種電路又稱為“受限式”不可逆PWM電路。這種電路組成的PWM調速系統(tǒng)可在第I、II兩個象限中運行。當電動機工作在電動狀態(tài)時，在一個周期內平均電流就為正值，電流分為兩段變化。此時，電源電壓加到電動機電樞兩端，電流沿圖中的回路１流通。因此，電動機工作在電動狀態(tài)時，一般情況下實際上是電力晶體管VT1和續(xù)流二極管