目录
摘要 ....................................................................................................................... 1 第1篇 直流电动机调速系统的设计 ................................................................. 2 1 绪论 ................................................................................................................... 2 2直流调速系统的方案确定 ................................................................................ 3
2.1 系统技术数据及要求 ............................................................................ 3 2.2 调速系统的方案选择 ............................................................................ 3 3主电路设计与计算 ............................................................................................ 5
3.1 主电路的设计 ........................................................................................ 5 3.2整流变压器的设计 ................................................................................. 5 3.3晶闸管元件的选择 ................................................................................. 7 3.4 主电路的保护设计与计算 .................................................................... 7 3.5 平波电抗器的计算 .............................................................................. 11 3.6 励磁电路元件的选择 .......................................................................... 13 4 触发电路的设计 ........................................................................................... 14
4.1 触发电路的选择 .................................................................................. 14 4.2 同步变压器设计 .................................................................................. 16 4.3 控制电路的直流电源 .......................................................................... 17 5 双闭环的动态设计和校验 ............................................................................. 18
5.1电流调节器的设计和校验 ................................................................... 18 5.2转速调节器的设计和校验 ................................................................... 20 6 直流调速系统MATLAB仿真 .................................................................... 22
6.1 电流环系统的建模与参数设置 .......................................................... 22 6.2 系统仿真结果的输出及结果分析 ...................................................... 23 6.3 转速环系统的建模与参数设置 .......................................................... 25 第2篇 交流调速系统建模与仿真 ................................................................... 27 1 闭环控制的变压调速系统及其静特性 ......................................................... 27 2 闭环变压调速系统的近似动态结构框图 ..................................................... 28 3 交流调压调速系统的Matlab仿真 ............................................................... 29
3.1 交流调压调速系统的建模 .................................................................. 29
4 交流调压调速系统的仿真 ............................................................................. 32 小结 ..................................................................................................................... 35 参考资料 ............................................................................................................. 36
黄石理工学院 课程设计报告
摘要
本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。
本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。
关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真
Abstract
This paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental results can be accurate visual observation of speed - current double closed-loop speed control system startup process can be designed to facilitate the regulation of the various parameters and control strategies and to analyze their multi-system performance and achieved good results. But how to handle the speed control and current control between the relationship? After repeated study and practice, and finally found that if in the system set up two regulators, respectively, regulate speed and current in series connection between the practice, that is, the output of speed regulator as the input current regulator ACR, and then current regulator's output as the control voltage thyristor triggering device, then the regulatory role of these two will be able to complement one another by.
In this paper, MATLAB software components of the simulink pairs of closed-loop speed control system of the DC simulation results show that the application of MATLAB for system simulation is convenient, efficient and high reliability.
Key words: Double-Loop DC Motor Control systems, thyristor, DC motors, MATLAB, simulation
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第1篇 直流电动机调速系统的设计
1 绪论
在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。随着工艺技术的不断发展，各种生产机械根据其工艺特点，对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种不同的要求，这些不同的工艺要求，都是靠电动机及其控制系统和机机械传动装置实现的。可见各种拖动系统都是通过控制转速来实现的，因此，调速控制技术是最基本的电力拖动控制技术。
由于直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转及调速等性能，目前在调速领域中仍占主要地位。按供电方式，它可分交流机组供电、水银整流供电和晶闸管供电三类。晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。因此，在国内外已取代了其他两种供电方式。目前，我国的直流调速控制主要在以下几个方面进行着研究。
① 提高调速的单机容量。我国现有最大单机容量为7000kW，国外单机容量已达14500kW。
② 提高电力电子器件的生产水平，增加品种。20世纪50年代末出现的无自关断能力的半控型普通晶闸管是第一代电力电子器件。70年代以后，出现了能自关断的全控型器件，如电力晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力场效应管（MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）等称之为第二代电力电子器件，使得变流器结构变得简单、紧凑。80年代后，出现了电力集成电路（PIC），属于第三代电力电子器件，在PIC中，不仅含有主电路的器件，而且把驱动电路以及过压、过电流保护、电流检测甚至温度自动控制等电路都集成在一起，形成一个整体。当今，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。
③ 提高控制单元水平。目前国内使用较多的仍是小规模集成运放和组件构成的交直流调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的，目前，国外的第四代产品以微处理机为基础，具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。
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2直流调速系统的方案确定
2.1 系统技术数据及要求
技术数据：直流电机额定功率Pn=48KW；额定电压Un=230V, 额定电流In=209A,极对数2P=2,转速nn=1450r/min；电枢电阻Ra=0.3Ω ,励磁电压UL=220V, 励磁电流IL=1.6A。
设计要求：电枢回路总电阻取R=2Ra；总飞轮力矩：GD2=2.5GDa2系统调速范围D=10,静差率S≤ 5%；稳态无静差，电流超调量σi%≤ 5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量σn≤10%。
2.2 调速系统的方案选择
因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。并设有电流反馈，以提高电机的动态快速性以及进行限流保护。调速系统的结构框图如图2-1所示。
与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负
*反馈电压Un，与给定电压Un相比较后，得到转速偏差电压?Un，经转速调节器
放大后，作为电流调节器的给定，与电流反馈信号相减后得到电流偏差?Ui，经电流调节器放大后，去控制触发器的导通角，从而改变输出电压，达到变压调速的目的。
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