直流调速系统设计实训报告

1 单闭环直流调速系统

对于单闭环直流调速系统来说，转速是输出量，一般我们引入的是转速负反馈构成闭环调速系统。转速负反馈系统是在电动机上安装一台测速电机TG，引出和输出量转速成正比的负反馈电压Un，和转速给定电压Ua*进行比较，得到偏差电压ΔUa，经过放大器A,产生驱动或触发装置的控制电压Uct，与控制电动机的转速，组成了反馈控制的闭环调速系统。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。而一般采用的比例调节器的调速系统还是有静差，为了消除静差，可用积分调节器替代比例调节器。

反馈控制系统的规律是如果要想维持系统中的某个物理量基本不变，就要引用该量的负反馈信号去与恒量给定相比较，组成一个闭环系统。对于调速系统来说，如果想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变化，最有效和最直接的方法就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。

1.1 主电路设计

直流调速系统电路的组成主要由主电路和控制电路两大部分组成，知道了电路组成的两大部分后，就应该确定主电路的接线方式和系统的控制方案。整流变压器由变压部分和整流部分组成，其变压部分将电网电压降压并变成稳定的交流电，整流部分将变压后的交流电整流为恒定40V的直流电压供给直流电动机的励磁回路，整流变压器变压后的交流电两端另接一个单相桥式全控整流电路，输出的可调直流电加在直流电动机的电枢回路。保护环节采用的是过电压保护的一种--阻容吸收，将其并联在整流变压器二次侧起到保护电路的作用。

主电路的设计需要准备的资料：

1 单相整流模块：MZKD-ZL-50

了解其功能，技术参数，电路内部结构，外部接法，控制线管脚接法，安装说明

2电机参数：直流电机，额定电压24V，额定电流6A，励磁电压24V，最大允许电流50A，了解电机不同的接线形式，重点掌握电机他激（并激）方式

为了防止系统内部瞬间过电压冲击（主要为断路器、接触器开断产生的操作过电压）,过流，浪涌等对重要电气设备的损伤，就要增加保护电路的设计，通常的电路保护的方法有过压保护和过流保护。阻容保护是属于过压保护的常见一个方法，它是将合适的电阻和电容串联之后并联在电路中以达到保护电路的作用，可将阻容保护置装放在变压器的二次侧或直流侧，也可以并联在整流元件两端。此外，压敏电阻也是一种常见的过压保护，并联在保护器件两端起到保护的作用。在三相整流电路交流侧有星型连接和角型连接。熔断器属于过电流保护，串联在电路中使用。

阻容吸收电路的参数计算根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量为依据。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效的抑制尖峰过电压。串连电阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振荡。

凡是超过晶闸管正常工作的电压即承受的最大峰值电压的都算过电压。产生过压的原因是电路中电感元件聚集的能量骤然释放或是外界侵入电路的大量电荷累积。按过压保护的部位来分，有交流侧保护，直流侧保护和元件保护。元件保护主要是通过阻容吸收电路。阻容吸收电路的参数计算式根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量存储起来为依据的。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效的抑制尖峰过电压。串阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振荡。以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

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s o 图1.2直流侧过压保护

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102-⨯≥c c C U f I πA

I C 2610478.810605.4502--⨯=⨯⨯⨯⨯≥πW

44.032.1508478.04R IC 4~322R

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=⨯⨯==）（2 过流保护

过电流保护：过电流保护就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作

的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保

护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号。采

用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过流保护措施。

图1.4 晶闸管两端的电压保护

3 器件保护

由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升可能烧坏PN 结，造成元件内部短路或开路。晶闸管发生过电流的原因主要有：负载端过载或短路；某个晶闸管被击穿短路，造成其他元件的过电流；触发电路工作不正常或受干扰，使晶闸管误触发，引起过电流。晶闸管允许在短时间内承

受一定的过电流，所以过电流保护作用就在于当过电流发生时，在允许的时间

内将过电流切断，以防止元件损坏。晶闸管过电流的保护措施有下列几种：

快速熔断器：普通熔断丝由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔断，这样就起不了保护作用，因此必须采用专用于保护晶闸管的快速熔断器。快速熔断器用的是银质熔丝，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏之前熔断，这是晶闸管过电流保护的主要措施。

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b 1.2 控制电路设计1.2.1 LM331芯片工作原理

LM331是美国NS 公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。

LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内低到4.0V 电

源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽,可达100dB ，线性度好,最大

非线性失真小于0.01% ,工作频率低到0.1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高,数

字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F 或F/V 等变换电路,并且容易保证转换精度。

LM331器件管脚图及管脚功能

图1.5 LM331器件管脚图

引脚1 CO 电流输出端使用中，通过一个电阻与电容的并联网络接地或用

作V/f 变换时与引脚6相连，接一个电阻与电容的并联网络到给定电压设定端。

引脚2 IREF 参考电流输入端通过一个可调电阻接地，该可调电阻设定内部

的工作电流，所以电阻要采用稳定的无感电阻，其温漂更小。

引脚3 fO 频率输出端用作V/f 变换器时该端接地，用作V/f 变换器时，该

端通过一个电阻接VS 或单独的输出电源后作为频率输出端。 引脚4 GND 地端作为整个系统工作地端，使用中与VCC 地相连。

引脚5 R/C 定时比较器时间设置端分别通过一个电阻和电容接VS 地端。