转速电流双闭环直流调速系统的设计说明

《电力拖动与运动控制系统》课程设计------

转速电流双闭环直流调速

系统的设计

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目录

一设计任务 (3)

二设计要求 (3)

三．设计的基本思路： (3)

四．设计过程 (4)

1确定转速、电流反馈系数 (4)

2.电流环的设计 (5)

3.转速环的设计 (6)

五．硬件电路图设计 (9)

1 系统主电路图绘制 (9)

2 系统触发电路图 (9)

3 电流环电路 (12)

4.转速环电路： (13)

4.控制电路总体电路图 (14)

六．心得体会： (15)

七参考资料 (15)

一 设计任务

设计一转速、电流双闭环直流调速系统，采用他励直流电动机、晶闸管三相全控桥式整流电路，其数据如下：

直流电动机：PN=60KW ，UN=220V ，IN=305A ，Nn=1000r/min ；

晶闸管整流触发装置的放大系数 Ks=30

电磁时间常数：T1=0.012S;

机电时间常数：Tm=0.12s;

反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s,Ton=0.014s;

额定转速时的给定电压：Unm=10V;

调节器饱和输出电压：10V ；

系统调速围：D=20；

系统的静、动态性能指标：无静差，电流超调量5%i δ≤，启动到额定转速时的超调量10%δ≤

二 设计要求

1．确定转速、电流反馈系数；

2．设计电流调节器；

3．用min r M 准则设计转速环，确定转速调节器的结构和参数；

4．计算最低速启动时的转速超调量；

5．绘制系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。

三．设计的基本思路：

转速，电流双闭环调速系统属于多环控制系统。对电流双闭环调速系统而言，先从环（即电流环）出发，根据电流控制要求，确定把电流环校正为那种典型系统。按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环环节之后，把它等效成一个小

惯性环节，作为转速环的一个组成部分。然后用同样的方法进行转速环的设计，每个环的设计都是把该环校正为一个典型系统，以获得预期的性能指标。目前的V-M 调速系统多为带电流环的速度控制系统。双闭环调速系统的动态结构图如下：

四．设计过程

根据双闭环系统的结构图和题目的要求及相关的知识，我们可以进行有关的计算，具体如下：

1确定转速、电流反馈系数

（1）电机的电枢回路电阻Ra

Ω=-⨯⨯=-⨯=0382.0305

60000305220212122N N N N I P I U Ra （2）电势常数Ce

min 2083.01000

0382.03052201⋅⋅=⨯-=-=-r V n R I U Ce N a N N （3）三相桥式晶闸管整流装置的滞后时间Ts

s mf T S 0017.050

62121=⨯⨯== （4）电流反馈系数β

设最大允许电流N dm I I 5.1=，则电流反馈系数为

A V I U dm im /0219.0305

5.110=⨯==β （5）转速反馈系数α ⋅⋅⋅===-min 01.01000

101r V n U N nm α 2.电流环的设计

（1）电流环小时间常数

s T T T s oi i 0042.00017.00025.0=+=+=∑

（2）电流调节器结构的选择

根据设计要求，%5≤i δ，且 109.20042

.0012.01<≈=∑i T T 因此可按典I 系统设计，且选用PI 调节器，其传递函数为

s

s K s W i i i ACR ττ1)(+= （3）确定电流调节器参数

ACR 超前时间常数： s T i 012.01==τ

电流环开环放大系数I K ：要求%5≤i δ时，应按二阶“最佳”系统设计，取 105.1190042

.02121-∑=⨯==s T K i I 从而，ACR 的比例系数为

3.030

0219.0)1.00382.0(012.005.119=⨯+⨯⨯==S i I i K R K K βτ （4）校验近似条件

电流环截止频率：105.119-==s K I ci ω

晶闸管装置传递函数近似条件

S

ci T 31≤ω ci S s T ω>=⨯=-11.1960017

.03131 满足近似条件。

小时间常数近似条件 oi

s ci T T 131≤ω ci oi s s T T ω>=⨯⨯=-169.1610025

.00017.0131131 满足近似条件。

忽略反电势对电流环影响的条件 1

13T T m ci ≥ω ci m s T T ω<=⨯⨯=-1106.79012

.012.01313 （5）计算调节器电阻电容

按所运用运算放大器取Ω=k R 200，则

Ω=⨯==k R K R i i 2203.00

由i i i C R =τ有 F R C i i

i μτ21010

6012.063=⨯⨯== 由014oi oi T R C =

得 F R T C oi oi μ5.010200025.0443

0=⨯⨯== 3.转速环的设计

（1）转速环小时间常数