第一章 总体方案原理与设计
第一章 总体方案原理与设计
1.1双闭环直流调速系统原理：
双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。 在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-1当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
在实际工作中,我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图2-1b所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
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第一章 总体方案原理与设计
+ UURRCRASLM R- + UTRCACGT V LM - + U+ UL UId M M + R- UR n - + R T- 图1-1 双闭环调速系统电路原理
1.2双闭环直流调速系统的总体方案设计
在电动机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电动机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（ 转矩） 为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。
转速、电流双闭环直流调速系统组成为了实现转速和电流两种负反馈的双闭环控制，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［9］。转速和电流两个调节器一般都采用调节器，以便获得良好的静、动态性能。该方案的原理框图如图1-2
图1-2 直流调速系统方案设计原理框图
设计要求
已知电机参数为：PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，Ce=1.82V.min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω，允许过载倍数λ=1.5，
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第一章 总体方案原理与设计
触发整流环节Ks=75，Tl=0.031s，Tm=0.112s，调节器输入输出最大电压为10V，设计双闭环调速系统，达到最理想的调速性能。
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第二章 初步参数的计算
第二章 初步参数的计算
图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有
双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于右图。在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。第I阶段电流上升的阶段（0 ~ t1）第 II 阶段恒流升速阶段（t1 ~ t2）第 Ⅲ 阶段转速调节阶段（ t2 以后）。
电流调节器结构的选择
根据设计要求并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为WACR（S）
=Ki（τis +1）/τis
Ki-------电流调节器的比例系数； τi------电流调节器的超前时间常数。 检查对电源电压的抗干扰性能：
Tl /T∑I =0.0167s/0.0057s=2.93,参照教材中表2-3的典型型系统动态抗扰性能， 各项指标都是可以接受的。
图2-7 电流环等效近似处理后校正成为典型I系统框图
2.1 转速调节器（ASR）的设计
确定时间常数
1）电流环等效时间常数 1=2T?i=2*0.0037=0.0074 K2)转速滤波时间常数Ton=0.01s 3)转速环小时间常数近似处理
T?on?2T?i?Ton?0.0174s
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第二章 初步参数的计算
（2）选择转速调节器结构 1.3.5 转速调节器结构的选择
转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型II系统，系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。
图2-8转速环等效近似处理后校正成为典型II系统框图
（3）计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为
?n?hT?n?5?0.0174?0.087s
转速开环增益
KN?(h?1)6??396.4s?22222hT?n2?25?0.0174
于是，ASR的比例系数
Kn?(h?1)?CeTm6?0.05?1.820?0.1125??29.11
2h?RT?n2?5?0.0069?0.14?0.0214
（4）检验近似条件 转速环截止频率为
?cn?KN?1?Kn/?n?34.5s?1
电流环传递函数简化条件
13KT?i?1135.1?63.8s?1 满足近似要求
3?0.0037
2）转速小时间常数近似处理条件
13KTON?1135.1?38.8s?1 满足近似要求
3?0.01
（5）计算调节器电阻和电容
转速调节器原理图如图2-1，R0=40kΩ，则
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