黄石理工学院毕业设计（论文）
摘 要
转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，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，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析。 关键词： 双闭环； 转速调节器；电流调节器
黄石理工学院毕业设计（论文）
Abstract
Speed and current double closed-loop D.C governor system is a D.C speed controlled system which has fairly good performance and the most extensive apply. Based on the characteristic of thyristor, it adjusts voltage by regulating the trigger angle “α” of SCR. In paper, D.C motor speed controller is using of current and speed double closed-loop speed control circuit. The energy of power circuit is supplied of three-phase full-bridge controlled rectifier. Firstly, determines the entire design the plan and the diagram. Secondly, make sure the structure of power circuit and the design of elements , and calculate the element parameter，including rectifier transformer, thyristor, reactor and protection circuit. Thirdly, actuates the electric circuit the design including to trigger the electric circuit and the pulse.Last, The paper mainly focuses on the design of speed controller circuit. In order to realize the rotational speed and the electric current two kind of negative feedbacks, may establish two regulators in the system, adjusts the rotational speed and the electric current separately, namely introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately, between the two implements the nesting joint.Make sure the structure of the circuit and design the elements firstly, then, calculate the element parameter, including the settling voltage, speed regulator, current regulator, trigger circuit, detection circuit and Voltage-Stabilizing Circuit. Secondly , the paper simulate the speed control system with MATLAB/SIMULINK.
key words：two closed-loop; current regulator ; speed regulator
黄石理工学院毕业设计（论文）
目 录
前 言 ............................................................... 1 1 绪 论 ............................................................. 2
1.1直流调速系统的概述 ............................................ 2 1.2研究课题的目的和意义 .......................................... 2 1.3设计内容和要求 ................................................ 3
1.3.1设计要求 ................................................ 3 1.3.2 设计内容 ................................................ 3 1.3.3 技术参数 ................................................ 4 1.4 双闭环直流调速系统设计框图 ................................... 4 2 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成 ........................... 6
2.1主电路的选择与确定 ............................................ 6 2.2 双闭环调速系统的组成 ......................................... 8 2.3稳态结构框图和动态数学模型 ................................... 11
2.3.1 稳态结构框图 ........................................... 11 2.3.2 动态数学模型 ........................................... 12
3 主电路各器件的选择和计算 .......................................... 14
3.1 交流变压器容量的计算和选择 .................................. 14 3.2 整流元件晶闸管的选型 ........................................ 16 3.3 电抗器设计 .................................................. 17 3.4主电路保护电路设计 ........................................... 19
3.4.1过电压保护设计 ......................................... 19 3.4.2过电流保护设计 ......................................... 22
4 驱动电路的设计 .................................................... 25
4.1晶闸管的触发电路 ............................................. 25 4.2脉冲变压器的设计 ............................................. 27 5 双闭环调速系统调节器的动态设计 .................................... 30
5.1 电流调节器的设计 ............................................ 30 5.2 转速调节器的设计 ............................................ 32 6 基于MATLAB/SIMULINK的调速系统的仿真 .............................. 38
黄石理工学院毕业设计（论文）
小 结 .............................................................. 42 致 谢 .............................................................. 43 参考文献 ............................................................ 44 附 表 .............................................................. 45
黄石理工学院毕业设计（论文）
前 言
直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高。针对直流电机调速的方法也很多，目前国内外也研究了一些调速的控制器。例如已经用于实际生产的直流电机无级电子调速控制器采用国际先进的IGBT大功率模块器件和独特自行设计的PWM微电子控制技术，以及节能反馈电路和丰富的保护功能控制电路。适用于无轨机车、矿山井下窄轨机车、磨床、木工机械、服装制作、纺织、造纸印刷等场所。该控制器具有调速平稳，安全可靠，提高生产效率；直流电机正反转控制简便；可以与计算机连接控制等特点。
直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式为最好，调压调速是调速系统的主要调速方式。直流调压调速需要有专门的可控直流电源给直流电动机，随着电力电子的迅速发展，直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管，将晶闸管的单向导电性与相位控制原理相结合,构成可控直流电源,以实现电枢端电压的平滑调节。
本设计的题目是双闭环直流电机调速系统的设计。采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管—电动机调速系统作为调节电枢供电电压需要的可控直流电源。由于开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有要求则采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题内容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对控制器的两个调节进行了详细地设计。概括的整个电路的动静态性能，并各个部分的保护和晶闸管的触发电路设计，最后将整个控制器的电路图设计完成,并且进行仿真。
1