带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计

目录 摘要    2 1主电路的设计    2 1.1变压器参数的设计与计算    2 1.2平波电抗器参数的设计与计算    3 1.3晶闸管元件参数的计算    3 1.4保护电路的设计    4 2反馈调速及控制系统    4 2.1闭环调速控制系统    4 2.2带电流截止负反馈闭环控制系统    5 2.3调节器设定    8 2.4控制及驱动电路设计    9 3参数计算    10 3.1基本参数计算    10 3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计    12 3.3调节器的参数设计与计算    12 3.4调节器串联校正设计    15 4总电气图    16 5心得体会    18 参考资料    18 带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计 摘要 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。 1主电路的设计 1.1变压器参数的设计与计算 变压器副边电压采用如下公式进行计算： 因此变压器的变比近似为： 一次侧和二次侧电流I1和I2的计算 I1=1.05×287×0.861/3.45=75A I2=0.861×287=247A 变压器容量的计算 S1=m1U1I1=3×380×75=85.5kVA S2=m2U2I2=3×110×247=81.5kVA S=0.5×(S1+S2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA 因此整流变压器的参数为：变比K=3.45，容量S=83.5kVA 1.2平波电抗器参数的设计与计算 Ud=2.34U2cos   Ud=UN=220V, 取 =0°      U2= Idmin=(5%-10%)IN,这里取10% 则 L=0.693 1.3晶闸管元件参数的计算 晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电流的1.5-2倍。在桥式整流电路中晶闸管两端承受的最大正反向电压均为 ，晶闸管的额定电压一般选取其最大正反向电压的2-3倍。 带反电动势负载时，变压器二次侧电流有效值I2是其输出直流电流有效值Id的一半，而对于桥式整流电路，晶闸管的通态平均电流IVT= I，则在本设计中晶闸管的额定电流IVT(AV)=523-698A 本设计中晶闸管的额定电压UN=311-466V 1.4保护电路的设计 对于过电压保护本设计采用RC过电压抑制电路，该装置置于供电变压器的两侧或者是电力电子电路的直流上，如图1-1所示。 对于过电流保护本设计采用在电力变压器副边每相母线中串接快速熔断器的方法来保护电路 图1-1过压保护电路 2反馈调速及控制系统 2.1闭环调速控制系统 将开环系统改为单闭环转速负反馈调速系统，并采用PI调节器，就既保证动态性能，又能作到转速的无静差，较好的解决开环系统的不足，此闭环系统的工作原理是：将直流电动机转速变化信号反馈到触发环节，来自动增大或减小触发角α来自动调节整流输出电压Uds，即可达到稳定,其系统结构框图如图2-1所示 图2-1 单闭环转速负反馈系统框图 2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。 通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。电流截止负反馈环节如图2-2中的（a）(b)(c)图： . （a）利用独立直流电源作比较电压          （b） 利用稳压管产生比较电压 （c）封锁运算放大器的电流截止负反馈环节 图2-2电流截止负反馈的环节 图（a）中用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截止电流。图（b）中利用稳压管VS的击穿电压Ubr作比较电压，线路要简单得多，但不能平滑的调节电流值。图（c）是反馈环节与运放的连接电路。 由系统稳态结构可写出该系统两段静特性的方程式： 当 时，引入电流负反馈，静特性变为： 图2-3带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性 静特性的几个特点： （1）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs ，因而稳态速大， 特性急剧下垂。 （2）比较电压 Ucom 与给定电压 Un* 的作用一致， 好像把理想空载转速提高到 （3）两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。当挖土机遇到坚硬的石块而过载电 动机停下，电流也不过是堵转电流，在式（1）中，令 n = 0，得 一般 ,因此 （4）最大截止电流 由给定条件知堵转电流 Idbl=2IN =35A, 截止电流 Idcr=1.5IN=26.25A （5）带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图及结构图如图2-4及图2-5 图2-4带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图 图2-5含电流截止负反馈的转速负反馈原理图 2.3调节器设定 如图2-6微PI调节器即比例积分调节器既结构图用于实现系统的无静差调速系统 图2-6 PI调节器的结构图 比例积分调节器的控制传递函数为： = /   为PI调节器的比例放大系数 = / 为PI调节器超前时间常数。比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。积分调节器到稳态时ΔUn =0，只要历史上有过ΔUn ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压。如图2-7为采用PI调节器单闭环调速系统动态校正特性 图2-7采用PI调节器单闭环调速系统 2.4控制及驱动电路设计 晶闸管触发电路类型很多，有分立式、集成式和数字式，分立式相控同步模拟电路相对来说电路比较复杂；数字式触发器可以在单片机上来实现，需要通过编程来实现，本设计不采用。由于集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，所以本设计采用的是集成触发器，选择目前国内常用的KJ、KC系例，本设计采用KJ004集成块和KJ041集成块。 对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60°。本设计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180°的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。本设计课题是三相全桥控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60O，可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图5.3。 图2-8 三相全控桥整流电路的集成触发控制电路 3参数计算 3.1基本参数计算 1）额定负载时的稳态速降应为: 2）闭环系统应有的开环放大系数： 计算电动机的电动势系数： 开环系统额定速降为： 闭环系统的开环放大系数为： 3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数 设在额定转速下稳态时的给定电压为 ，则须有 故转速反馈环节的放大系数 4) 计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数Kp为: 5)判断系统的稳定性计算： 由已知平波电抗器：RL=0. 3Ω。电枢回路总电阻 R=2.85Ω ，总电感 L=200mH 所以系统中各环节的时间常数： 电磁时间常数Tl: 机电时间常数Tm: 晶闸管装置的滞后时间常数Ts:0.00167S 计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K≤98.67，又因为 K=122.48，所以系统不稳定。 3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 如图3-1.其工作原理是：利用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于可调截至（保护）电流值。当 时，二极管导通，电流截止负反馈信号 加到放大器上去，从而使晶闸管系统输出电压 减小，机械特性呈下垂特性；当 时，二极管截止， 消失。由所给的技术参数值可 。为了减小 所产生的功耗，选择 为 ，可得 。 图3-1电流截止负反馈环节 3.3调节器的参数设计与计算 在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况，这时，必须设计一个合适的动态校正装置，用它来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面要求。 动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 也不是唯一的。在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。 PID调节器中有PD、PI和PID三种类型。由于PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳定精度可能受到影响；由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳定精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的。一般调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性要求差一些，所以采用PI调节器。如图3-2所示：