电力拖动自动控制系统课程设计(电气工程)

2009年度本科生电力拖动自动控制系统课程设计

转速、电流双闭环直流调速系统设计

院－系：工学院

专业：电气工程及其自动化

年级：06 级

学生姓名：***

学号：************

导师及职称：段志梅（讲师）

2009年12月

摘要

转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值I dcr以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动电流达到最大值I dm后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值I dm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

问题是，应该在起动过程中，只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，只要转速负反馈，没有电流负反馈。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？

只用一个调节器显然是不可能的，为了解决单闭环调速系统存在的问题，可以采用转速、电流双闭环调速系统，采用两个调节器分别对转速和电流进行调节。

关键词：直流调速系统、电流调节器、转速调节器、

目录

课程设计任务书 (1)

第一章双闭环直流调速系统的组成及原理 (2)

1.双闭环直流调速系统的系统组成 (2)

2.双闭环调速系统电路原理图 (2)

第二章主电路及保护环节的设计 (4)

1.主电路的选取方案 (4)

2.主电路元件的选择 (4)

2.1整流变压器的选择 (4)

2.2晶闸管的选型 (6)

2.3平波电抗器电感的计算 (7)

3.保护电路的设计 (7)

3.1过电压保护及其计算 (7)

3.2过电流保护 (9)

第三章电流、转速调节器的设计 (11)

1.电流调节器的设计 (11)

1.1确定时间常数 (11)

1.2选择电流调节器结构 (12)

1.3选择电流调节器参数 (12)

1.4校验近似条件 (12)

1.5计算调节器电阻和电容 (13)

2.转速调节器的设计 (13)

2.1确定时间常数 (13)

2.2选择转速调节器结构 (14)

2.3计算转速调节器参数 (14)

2.4校验近似条件 (14)

2.5计算调节器电阻和电容 (15)

2.6校核转速超调量 (15)

第四章总结 (16)

参考文献 (17)

附录A (18)

课程设计任务书

(一) 课程设计题目

转速、电流双闭环直流调速系统设计

(二) 设计任务

直流他励电动机：功率P e ＝10KW ，额定电压U e =220V ，额定电流I e =116A,磁极对数P=2，n e =1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻R a =0.112Ω,主电路总电阻R ＝0.32Ω，L ∑＝37.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数C e =0.138 Vmin ／r ，K s =22，电磁时间常数T L =0.116s ，机电时间常数T m =0.157s ，滤波时间常数T on =T oi =0.00235s ，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值

10V U im =*，速度给定最大值 10V U n =*

(三) 设计内容

1. 系统各环节选型 1) 主回路方案确定。

2) 控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。 2. 主要电气设备的计算和选择

1) 整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。 2) 晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。

3) 系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。 4) 平波电抗器选择计算。 3. 系统参数计算

1) 电流调节器ACR 中i i R C 、 计算。

2) 转速调节器ASR 中n n R C 、

计算。输入电阻均为40K Ω。 3) 动态性能指标计算（包括空载起动到额定转速超调量的计算和过渡过程的时

间的计算以及空载起动到额定转速所需时间的计算）。 4. 画出双闭环调速系统电气原理图。

使用A1或A2图纸，并画出动态框图（在设计说明书中）。

第一章 双闭环直流调速系统的组成及原理

1. 双闭环直流调速系统的系统组成

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图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统

ASR---转速调节器 ACR---电流调节器 TG---测速发电机 TA---电流互感器 UPE---电力电子变换器 Un*---转速给定电压 Un---转速反馈电压Ui*---电流给定电压Ui---电流反馈电压

为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，如图所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

2. 双闭环调速系统电路原理图

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图2-1所示。

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图2-1 双闭环直流调速系统电路原理图