電力拖動綜合課程設計
專業班級學號姓名設計題目：v-m雙閉環不可逆直流調速系統
2023年1月
目錄摘要 ii
第一章緒論 - 1 -
第二章課程設計任務與要求 - 2 -
2.1 課程設計簡介 - 2 -
2.2 課程設計基本要求 - 2 -
第三章控制系統設計 - 3 -
3.1 轉速、電流雙閉環直流調速系統的組成 - 3 -
3.2 雙閉環直流調速系統的動態數學模型 - 4 -
3.3 系統的設計 - 4 -
3.3.1 電流調節器的設計 - 4 -
3.3.2 轉速調節器的設計 - 8 -
第四章心得體會 - 12 -
參考文獻 - 13 -
電力拖動自動控制系統是把電能轉換成機械能的裝置，它被廣泛地應用於一般生產機械需要動力的場合，也被廣泛應用於精密機械等需要高效能電氣傳動的裝置中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉矩等。
本文所論述的是「轉速、電流雙閉環直流調速系統轉述單閉環直流調速系統的主電路設計與研究」。主電路設計是依據閘流體-電動機（v—m）系統組成，其系統由整流變壓器tr、閘流體整流調速裝置、平波電抗器l和電動機-發電機組等組成。整流變壓器tr和閘流體整流調速裝置的功能是將輸入的交流電整流後變成直流電；平波電抗器l的功能是使輸出的直流電流更平滑；電動機-發電機組提供三相交流電源。
關鍵字：直流調速閘流體雙閉環
直流調速系統，特別是雙閉環直流調速系統是工業生產過程中應用最廣的電氣傳動裝置之一。廣泛地應用於軋鋼機、冶金、印刷、金屬切削工具機等許多領域的自動控制系統中。它通常採用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的轉速，傳統的控制系統採用模擬元件，如電晶體、各種線性運算電路等，在一定程度上滿足了生產要求。
直流電動機和交流電動機相比，其製造工藝複雜，生產成本高．維修困難，需備有直流電源才能使用。但因直流電動機具有寬廣的調速範圍，平滑的調速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉矩，因此被廣泛地應用於調速效能要求較高的場合。在工業生產中，需要高效能速度控制的電力拖動場合，直流調速系統發揮著極為重要的作用，高精度金屬切削工具機，大型起重裝置、軋鋼機、礦井捲揚、城市電車等領域都廣泛採用直流電動機拖動。
特別是閘流體一直流電動機拖動系統，、具有自動化程度高、控制效能好、起動轉矩大，易於實現無級調速等優點而被廣泛應用。
本文主要是根據三相全波全控整流電路的原理，選擇合適的變壓器、閘流體、平波電抗器以及閘流體保護、觸發電路，組成整流電路。
某電動拖車， v-m雙閉環不可逆直流調速系統，技術要求：
1．該調速系統能進行平滑的速度調節，負載電機不可逆執行，具有較寬的調速範圍（d≥10），系統在工作範圍內能穩定工作。
2．系統靜特性良好，無靜差（靜差率s≤0.2）。
3．動態效能指標：轉速超調量δn＜8%，電流超調量δi＜5%，動態速降δn≤8-10%，調速系統的過渡過程時間（調節時間）ts≤1s 。
4．系統在5%負載以上變化的執行範圍內電流連續。
5．調速系統中設定有過電壓、過電流等保護，並且有制動措施。
1．根據題目的技術要求，分析論證並確定主電路的結構型式和閉環調速系統的組成，畫出系統組成的原理框圖。
2．調速系統主電路元部件的確定及其引數計算（包括有變壓器、電力電子器件、平波電抗器與保護電路等）。
3．驅動控制電路的選型設計（模擬觸發電路、整合觸發電路、數字觸發器電路均可）。
4．動態設計計算：根據技術要求，對系統進行動態校正，確定asr調節器與acr調節器的結構型式及進行引數計算，使調速系統工作穩定，並滿足動態效能指標的要求。
5．繪製v-m雙閉環直流不可逆調速系統的電氣原理總圖（要求計算機繪圖）。
6．整理設計資料資料，課程設計總結，撰寫設計計算說明書。
技術資料：
閘流體整流裝置：rrec=0.032ωω，ks=45-48。
負載電機額定資料：pn=90kw，un=440v，in=220a，nn=1800r/min，ra=0.088ω，λ=1.5。
系統主電路：r∑=0.12ω，tm=0.1s。
如圖3-1所示，轉速調速器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換器upe。從閉環結構上看，電流環在裡面，稱作內環；轉速環在外邊，稱作外環，這就形成了轉速、電流雙閉環系統。
圖3-1 調速、電流雙閉環直流調速系統
為了獲得良好的靜、動態效能，轉速和電流兩個調節器一般都採用pi調節器，這樣構成的雙閉環直流調速系統的電路原理圖如圖3-2所示。圖中標出了兩個調節器輸入輸出電壓的實際極性，它們電力電子變換器的控制電壓uc為正壓的情況標出的，並考慮到運算放大器的倒相作用。
圖3-2 雙閉環直流調速系統電路原理圖
在單閉環直流調速系統動態數學模型的基礎上，考慮雙閉環控制的結構，即可繪出雙閉環直流調速系統的動態結構框圖，如圖3-3所示。
圖3-3 雙閉環直流調速系統的動態結構框圖
按照「先內環後外環」 的設計原則，從內環開始，逐步向外擴充套件。在這裡，首先設計電流調節器，然後把整個電流環看作是轉速調節系統中的乙個環節，再設計轉速調節器。
一、電流環結構框圖的化簡
在圖3-3點畫線框內的電流環中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設計工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉速成正比，它代表轉速對電流環的影響。在一般情況下，系統的電磁時間常數tl遠小於機電時間常數tm,因此，轉速的變化往往比電流變化慢的多，對電流環來說，反電動勢是乙個變化較慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認為電動勢基本不變，即δe≈0。
這樣，在按動態效能設計電流環時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態影響，也就是說，可以暫且把反電動勢的作用去掉，得到電流環的近似結構款圖，如圖3-4所示。
圖3-4 忽略反電動勢的電流環動態結構框圖
如果把給定濾波和反饋濾波兩個環節都等效的移到環內，同時把給定訊號給成ui*（s）/β，則電流環便等效成單位負反饋系統。最後，由於ts和toi一般都比tl小得多，可以當作小慣性而近似的看作乙個慣性環節，其時間常數為t∑i=ts+toi,則電流環結構框圖最終簡化成圖3-5所示。
圖3-5 小慣性環節近似處理後的電流環動態結構框圖
二、電流調節器結構的選擇
首先考慮應把電流環校正成哪一類典型系統。從穩態要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉特性，由3-5可以看出，採用i型系統就夠了。再從動態要求上看，實際系統部允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，以保證電流在動態過程中不超過允許值，而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素。
為此，電流環應以跟隨效能為主，即應選用典型i型系統。
圖3-5表明，電流環的控制物件是雙慣性型的，要校正成典型i型系統，顯然應採用pi型的電流調節器，其傳遞函式可以寫成
wacr（s）=
則電流環的動態結構框圖便成為圖3-6所示的典型形式，其中
ki=圖3-6 校正成典型i型系統的電流環動態結構框圖
三、電流調節器的實現
含給定濾波和反饋濾波的模擬式pi型電流調節器原理圖如圖3-7所示：
圖3-7 模擬式pi型電流調節器原理圖
四、電流調節器的引數計算
根據已知資料得
電機額定電流：in=pn/un=90000/440=204.545(a)
電機電動勢常數：ce=(un-inra)/nn=(440-204.545x0.08)/1800=0.2435(v.min/r)
電樞電流：idn=in=204.545（a）
主電路總電感：l=0.639ud/idmin=(0.639*440)/20.4545=13.74563mh=0.0137h
(idmin=10%idn)
1.確定時間常數
1）電磁時間常數:tl=l/r∑=0.031416 (s)。
2）三相橋式閘流體整流電路的平均滯後時間ts=0.0017s，取電流反饋濾波時間常數toi=0.002s,可得電流環的小時間常數為t∑i =ts-toi=0.
0017s-0.002s=0.0037s。
2.選擇電流調節器結構
根據設計要求δi＜5%，並保證靜態電流無差，可按典型i型系統設計電流調節器。電流環控制物件是雙慣性型的，因此可用pi型電流調節器。
專題六電壓單閉環不可逆直流調速系統 實踐報告
一 實踐操作步驟 先接主電路輸出a b c項，接到三項閘流體主電路 fu1 fu3 fu5 三項閘流體主電路上端輸入短接，下端短接輸入220v。三項閘流體主電路併聯電壓表，串聯直流電流錶和電感。觸發脈衝輸入接其輸出端，pwd 11z的三相同步訊號輸出接pwd 12z a b c的三項同步。調節器的調...
轉速單閉環直流調速系統設計
題目 單閉環不可逆直流調速系統設計 單閉環不可逆直流調速系統最終能較好地執行，從零開始加給定電壓，速度從零開始上公升，系統能夠正常地啟動，使速度公升至給定的速度值。如果從零開始公升速啟動的過程 現了過流報警現象，而此時的轉速並不高，負荷也不是很大的時候，我認為這時雖然各個單元都已經除錯好，但並不等於...
雙閉環直流調速系統課程設計方案解讀
專業 應用電子技術 班級 應用電子1班 學號 32 姓名 吳嘉鑫 設計題目 雙閉環直流調速系統 2012年11月 摘要本文主要針對 交直流傳動控制系統 這門課程中關於雙閉環直流調速系統的特點，結構和動態過程的分析，對該系統進一步了解與學習。在電氣時代的今天，電動機在工農業生產 人們日常生活中起著十分...