不可逆转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统课程设计.docx

目录第 1 章电路总体说明 3第2章 系统电路设计 62.1 给定器的设计 62.2零速封锁器DZS和速度变换器FBS 62.3速度调节器ASR 72.4电流调节器ACR 72.5电流反馈与过流保护FBC+FA 82.6触发装置GT和I组脉冲放大器API 92.7保护电路设计 9第3章器件模块参数设计 113.1 变压器参数设计 113.2晶闸管的设计 113.3平波电抗器的设计 123 .4直流电动机的设计 12第4章调节器参数设计 134.1 电流调节器的设计 134.1.1 确定电流调节器的时间常数 134.1.2 电流调节器结构的设计 134.2速度调节器的设计 154.2.1 确定速度调节器的时间常数 154.2.2速度调节器结构的设计 16附录 电气原理图 18设计心得体会 19参考文献 20摘要本次设计是采用晶闸管、二极管等电器元件设计了一个不可逆转 速、电流双闭环直流晶闸管调速系统，并通过参数计算来完成的该系 统中设置了电流检测环节、电流调节器(ASR)以及转速检测环节、转 速调节器(ACR)，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作 用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消 除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。

该系统起动时， 转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大 值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环 起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速 外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流，整个系统采用PI调节关键词：不可逆双闭环直流控制系统，晶闸管， ASR， ACR第1章电路总体说明不可逆转速、电流双闭环直流调速系统的原理框图如图1-1所示图1-1不可逆转速、电流双闭环直流调速系统的原理框图G:给定器DZS：零速封锁器ASR：速度调节器ACR：电流调节器GT：触发装置FBS：速度变换器FA：过流保护器FBC：电流变换器AP1：I组脉冲放大器在系统设计时，要求以最大电流起动，这就需要尽量利用电机的允许过载能 力，最好在过渡过程中始终保持最大允许电流，使电动机以最大的加速度起动，到 达稳定转速之后，又让电流立即降低下来，使转矩和负载转矩平衡，使电机在稳定 运行这就需要在起动过程中，获得一个使电流保持为最大电流Idmp勺恒流过程， 于是采用电流的负反馈来保持电路衡东，同时为保证转速无静差，需要有转速负反 馈为了实现转速电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，把转速 调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管的触发 装置。

电流环在里面，叫内环，转速环在外面，叫外环本设计通过设计转速调节器、电流调节器的结构选择和参数，然后通过软件来 实现模拟电路的功能先设计电流调节器，然后设计转速调节器在设计的时候要 注意设计完要校验再设计转速调节器的时候，校核转速调节量，如果不满足设计 要求的时候，重新按照ASR退饱和的情况设计超调量双闭环直流系统的稳态结构图如图1-2所示，分析双闭环调速系统静特性的关 键是掌握PI调节器的稳太特征一般存在两种状况：饱禾一输出达到限幅值； 不饱和——输出未达到限幅值当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再 影响输出，相当与使该调节环开环当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压 AU在稳太时总是为零.I图 1-2 双闭环直流系统的稳态结构图实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的因此，对静特性 来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况其次为双闭环控制系统数学模型双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是 以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图双闭环直流调速系统的动态结 构框图如图1-3所示图中W (s)和W (s)分别表示转速调节器和电流调节器ASR ACR的传递函数为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流Id 显露出来实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。

因此，对静特性 来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况其次为双闭环控制系统数学模型双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是 以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图双闭环直流调速系统的动态结 构框图如图1-3所示图中W (s)和W (s)分别表示转速调节器和电流调节器ASR ACR的传递函数为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流Id 显露出来为了保证调速系统稳态无静差，转速环和电流环所用的控制器ASR和ACR均使用 PI调节器，，两个调节器的输出限幅值分别为U *和U同时加上滤波环节，抑 in otn制给定信号可能参杂的交流分量，两个调节器上增设二极管钳位的外限幅电路，限 制输出限幅值，调解电位可改变正负限幅值，主电路采用Y型连接，触发电路的信 号以此加在主电路上的晶闸管上，另外，采用护互感器取电流 反馈信号，用同轴 相连的发电机取电压反馈信号第2章系统电路设计双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由给定器、速度调节器、电流调器、触发装置、速度变换器、电流变换器等环节组成在这里我们来分开讨论各个环节的作用2.1给定器的设计给定器的原理图如2-1所示，电压给定器由一个电位器RP「RP2及两个钮子开 关SI、S2组成。

RP1、RP2用来调节电压的大小，最大输出电压为15V, S2为开停开 关其中两个电位器的电阻都取10k□，又因为U = 10V，则其功率U 2 100P = 一 = W = 0.01W，R 10 x 103则取用功率为0.02W的电阻 1W图2-1电压给定原理图2.2零速封锁器DZS和速度变换器FBS零速封锁器的作用是当转速给定电压和转速反馈电压均为零时（即在停车状态 下），封锁各调节器，保证电机不会爬行速度变换器为速度检测变换环节，将直流测速发电机的输出电压变换成适用于控 制单元并与转速成正比的直流电压，作为速度反馈，2.3速度调节器ASR如图2-2所示，速度调节器由二极管VD3、VD4和电位器RP1、RP2组成正负限幅可 调的限幅电路由C5、R5组成反馈微分校正网络，有助于抑制振荡，减少超调，速度 调节器可为比例调节器，也可接成比例积分调节器，场效管VT1,为零速封锁电路， 当A端为0V时，VD5导通，将调节器反馈网络短接而封锁；当A端为-15V时，VD5夹 断，调节器投入工作RP3为放大系数调节电位器，RP4为调零电位器H.1VElL DM幻Jki2LKIKIbb^F& LKrrarw+11TL'hp ? EU. LZ4!- w 口: WljF图2-2速度调节器原理图2.4电流调节器ACR电流调节器工作原理基本上与速度调节器相同，与速度调节器相比，增加了 4个 输端，“2”端接推卩信号，“4”和“6”接逻辑控制器的相应输出端UZ和UF，当这一端为 高电平时，三极管VT1、VT2导通将U和U .信号对地短接，用于逻辑无环流可逆 系VT3、VT4组成互补输出电流放大级。

电流调节器原理图如图2-3所示图2-3电流调节器工作原理图——2.5电流反馈与过流保护FBC+FA当电源的输出端超过额定负载或短路时，会对电源造成损坏，以至造成系统不能正常 工作•针对于此我们在设计电源时要对产品进行限流保护设计•那么方法很多，我们可以 将他设计到电源的输入端或者设计到电源的输出端•要达到最佳的设计方法就要以实际 的情况而定电流检测为交流测的电流互感器反映电流大小的信号经三相桥式整流电路整流后 加至RPl、RP2及Rl、R2、VD7上，RP1的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度 由RP1调节RP2可动触点与过流保护电路相连，输出过流信号，动作电流的大小由 RP2调节当主电路电流超过某一数值后，VST1导通，VT2截止，VT3导通，使继电 器K动作，关闭主电路电源开关，并使小电珠H发亮表示已跳闸正常工作时，VT3 截止，继电器K不得电当过流时，VT2由导通变为截止，在集电极输出一个高电平至 电流调节器ACR的输入端，作为过流推用言号SB为复位按钮，当过流动作后，如过 流故障排除，则须按下SB以解除，恢复正常工作原理图如图2-4所示VI图2-4 电流反馈与过流保护原理图2.6触发装置GT和I组脉冲放大器AP1在不可逆转速，电流双闭环直流电机调速系统中使用的三相桥式整流器，整定 电压Ud =0触发角a = 90° , a <90°是时，电路工作在整定状态。

而触发器的同 步信号有输入波形触发电路长生触发器应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸 管的交流电压保持固定、正确的相位关系，而触发电路定相的关键是确定同步信号 与晶闸管阳极电压的关系集成触发电路芯片基础上，增加了由KJ004, KJ041等 芯片构成的模拟开关，以控制输出触发脉冲的形式，在移相集成触发器，六路双脉 冲形成器，三相全控桥双脉冲触发电路和脉冲列调制形成器的作用下，以减小触发 电源功率及脉冲变压器体积，提高脉冲前沿陡度2.7 保护电路设计在主电路变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压保护及滤波，晶 闸管并联电阻和电容构成关断缓冲过电流保护可以通过电流互感器检测输入电流 的变化，与给定值进行比较，当达到设定值时发出过流信号到逻辑控制器，再由逻 辑控制器来封锁触发脉冲，实现电路保护过电压保护：在晶闸管元件两端并联RC阻容吸收电路来抑制过电压电阻R 选择阻值为20功率选择15W的电阻，电容C选择容量为0.5卩F过电流保护：交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电 器，可以在发生过电流时动作，断开主电路也可以在每个桥臂串快速熔断器对晶 闸管进行过电流保护快速熔断器的要求：熔断器的额定电压 U > U 二 2.45U 二 2.45 x 94V 二 230.3VKN RM 2因此，按本课题的设计要求，用于晶闸管过电流保护的快速熔断器的额定电压 可选择 240V。

3图2-5保护电路原理图第3章 器件模块参数设计3.1变压器参数设计由于整流输出电压Ud的波形在一周期内脉动6次的波形相同，因此在计算时只需要对一个脉冲进行计算由此得出整流输出平均电压：U =2.34 U COS a （由于为不可逆系统，则导通角取a =0°）d2由直流电动机参数可知：U =220V，1 = 1 = 700A，则d d N23d4 = 234=94V3.2晶闸管的设计对于晶闸管，是通过触发装置GT的控制电压匕来移动触发脉冲的相位，改变 可控整流器平均输出电流电压卩“0，从而实现直流电动机的平滑调速对于三相桥式整流电路，晶闸管电流有效值为：1I 二 I 二 I 二 0.57712 VT 3 d d则晶闸管的额定电流为： 「=占〒=0-3681 = 0.368 x 700A = 257.6A取1.5~2倍的安全裕量，IVT = 500 A由于电流连续，因此晶闸管最大正反向峰值电压均为变压器二次线电压峰值， 即： U 二 U 二 2.45U 二 2.45 x 94 二 230VFM RM 2取2~3倍的安全裕量，UVT = 600V由公式：U =U + 5%U得Ud产231V又由公式必二KU得Ks二Ud 0/ U = 231/10 - 23」，取Ks为24。

则应取额定电压为600V、额定电流为500A、K = 24的晶闸管。