基于水泵恒压供水的双闭环直流调速系统课程设计.docx

摘要本文实现了用转速电流双闭环直流调速系统控制水泵恒压供水 的设计.转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广 的直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制 等优点，在电气传动系统中得到了广泛的运用.转速、电流双闭环调 速系统，使电流环作为控制系统的内环，转速环作为控制系统的外环, 以此来提高系统的动态和静态性能本文是按照工程设计的方法来设 计转速和电流调节器的使电动机满足所要求的静态和动态性能指 标电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I型系统，而转速环以 抗扰性能为主，即应选用典型II型系统为主关键词：水泵 直流双闭环调速系统 电流调节器 转速调节器引言在现代工业中，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 制技术在调速控制技术中，电流、转速双闭环调速系统又有着非比 寻常的作用。

所以对电流、转速双闭环调速系统的研究尤为的重要第一章主电路方案的确定1.1主电路方案的确定通过恒压水泵实现恒压供水的工作原理：通过安装在出水管网上 的压力传感器，测得水管所受压力，再通过压敏电阻与给定电压的分 压从而改变水泵的给定信号，通过电流、转速双闭环调速系统实现水 泵转速的调节，最后使水泵恒压供水直流电动机：Pn=3KW , Un=220V , In=17. 5A , nN=1500r/min , Ra=l. 25 Q堵转电流 Idbi=2. 2In ,截止电流 Idcr=l. 6In , GD=3. 57N. m2三相全控整流装置：Ks=40 , Rrec=l. 3Q平波电抗器：Rl=O. 3Q电枢回路总电阻R=2. 85 Q，总电感L=200mH ,电动势系数：(Ce= 0. 132V. min/r)系统主电路：(T =0. 16\0. 18s , Tx=0. 07\0. 08s)滤波时间常数：Toi=0.002s , 0.01s,其他参数：Unm*=12V , Uim=12V , UC=12V , jW5% , dWlO图1-11.2主电路接线方式的确定第二章整流变压器的选择2.1整流变压器的参数计算变压器副边电压采用如下公式进行计算:"dmax + “口 丁A0 coscir^ ~CUsh — k ‘2N 丿已矢口 "dmax = 220V,取 “T =1V n = 2 A = 2.340 = 0.9 min = 10Ush = 0.05则S220 + 2x12.34 x 0.9(0.9848 - 0.5 x 0.05 x 1)= 110V因此变压器的变比近似为:Ux _ 3803.45一次侧和二次侧电流h和L的计算L=l. 05X287X0. 861/3. 45=75AI2=0. 861X287=247A变压器容量的计算S产X 380 X 75=85. 5kVAS2=m2U2I2=3X 110X247=81. 5kVAS=0. 5X (Sj+S2) =0. 5X (85. 5+81. 5)=83. 5kVA因此整流变压器的参数为：变比K=3. 45,容量S=83. 5kVA2.2整流变压器的选择根据2. 1整流变压器参数的计算可选择以下三相整流变压器： 额定功率：90 (KVA) 电压比：380/110 (V)绕组数目：双绕组第三章可控硅原件的选择晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压和反向重复峰值电压URRM 中较小的标值作为该器件的额定电压。

晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电 流的1.5-2倍在桥式整流电路中晶闸管两端承受的最大正反向电压均为屁2, 晶闸管的额定电压一般选取其最大正反向电压的2-3倍带反电动势负载时，变压器二次侧电流有效值L是其输出直流电流有效值 Id的一半，而对于桥式整流电路，晶闸管的通态平均电流171=^^ I.则在本设计中晶闸管的额定电流Ivt(av)= (1. 5-2) 12. 37A,额定电压UN= (2-3) *311V第四章平波电抗器的选择4.1平波电抗器的参数计算Ud=2. 34U2cos a山二山二220V,取a=QU2=—乙一=—=94.017 IV2.34 cos 0 2.34Id鋅(5%-10%) IN,这里取 10% 则L=0. 693x5rd min0.693x94.01710.1x17.537.2308M4.2平波电抗器的选择第五章可控硅的保护5.1过电压的保护计算对于过电压保护本设计采用RC过电压抑制电路，该装置置于供电变压器的 两侧或者是电力电子电路的直流上，如图5-1所示I 1 I图5-1过压保护电路5.2过电流的保护计算对于过电流保护本设计采用在电力变压器副边每相母线中串接快速熔断器 的方法来保护电路第六章静动态参数计算及两个调节器的设 计6.1静态结构图及参数计算如图6-1所示,为系统的静态结构图，其具体参数如下6.2动态结构图及参数计算如图6-2所示，为系统的动态结构框图，其参数如下6.3ACR设计电流环结构图的简化分为忽略反电动势的动态影响、等效成单位负反馈系 统、小惯性环节的近似处理等环节。

Ti(s) +图8电流环的简化结构图电流环参数的计算(1) 确定时间常数1) 整流装置滞后时间常数Ts,三相桥式电路的平均失控时间T尸0.0017s2) 电流滤波时间常数本设计初始条件已给出，即Toi=0. 002s3) 电流环小时间常数之和Tv=Ts+Tol=0. 0037s(2) 电流调节器结构的选择从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用I型系 统就够了从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大 的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰 作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统 电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的 电流调节器，其传递函数可以写成TXS检査对电源电压的抗扰性能：2L = _2^L = 21.621,参照典型I型系统动0.0037态抗扰性能指标与参数的关系表格，可以看出各项指标都是可以接受的3) 计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：zfTi=0. 08s电流环开环增益：要求5 ;<5%时，应取KTTEi=0. 5,因此0.5 _ 0.5丁口 ~ 0.0037135.1s"于是，ACR的比例系数为:K&R 135.1x0.07x2.8540x0.31172.1617(4) 校验近似条件电流环截止频率：fWci=KT=135. lsj晶闸管整流装置传递函数的近似条件：= =196.1 满足近似条件3Ts 3x0.0017忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件(5) 计算调节器电阻和电容由图9,按所用运算放大器取R„=40kQ,各电阻和电容值为Rt = KtR0 =2.1617x40H2 = 86.468H2 取 86H2三=0.08 尸=0.9302//F 取 0.95//F540xl03* & 86xl03取 0.2//F按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为5 1=4, 3%<5%,满足设计要求6.4ASR设计(1) 确定时间常数1) 电流环等效时间常数l/Kg由电流环参数可知K仏尸0.5,则= 2x0.0037 = 0.0074s2) 转速滤波时间常数Lno根据已知条件可知Tcn=0. 01s3) 转速环小时间常数Tg”。

按小时间常数近似处理，取= —+ 7；,, =0.0074+ 0.01 = 0.0174sKr(2) 选择转速调节器结构为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该 包含在转速调节器ASR中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因 此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型系统， 这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求由此可见，ASR也应该采用PI 调节器，其传递函数为(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Tn = hT》n =5x0.0174 ==0.087s转速环开环增益为"2忧「2x52x0.01742「曲ASR的比例系数为K”11.888（力+ 1）05 _ 6x0.3117x0.132x0.162haRT. ~ 2x5x0.0067x2.85x0.0174Ln(4) 检验近似条件转速环截止频率为 cocn = ^L = KNTn = 396.4x0.087 = 34.5s"D电流环传递函数简化条件为满足近似条件2)转速环小时间常数近似处理条件为满足近似条件(5) 计算调节器电阻和电容根据图12,取R0=40kQ,则R” =KnR0 =11.888x40胚2 = 475.52^2 取475M2；T n f)R7—十玮而"。

点2般 取0.2歼on-an(6) 校核转速超调量当h=5时，查询典型II型系统阶跃输入跟随性能指标的表格可以看出 6=37.6%,不能满足设计要求实际上，上述表格是按照线性系统计算的，而 突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况 重新计算超调量此时超调量为：17.5x2.85=2(如匹)仇—冷辱血= 2x0.812x2x 回 x 0~0174 =8.9%Cb n Tm 1500 0.16能满足设计要求第七章系统总体结构图及各部分工作原理7.1系统总体结构图7.2各部分工作原理。