晶闸管直流电机调速系统的设计.doc

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最后画出了调速控制电路的电气原理图关键词：双闭环；转速调节器；电流调节器目　　录摘　　要 1Abstract 2前 言 31绪论 51.1直流调速系统的概述 51.2 设计内容要求 72 V—M调速系统方案 72.1直流电动机的调速方法 72.2调速系统的性能指标 112.2.1静态调速指标 112.2.2调速范围 112.2.3静差率 112.2.4 动态调速指标 122.2.5跟随性能指标： 122.2.6抗扰性能指标 132.3开环调速系统 142.4单闭环调速系统 152.4.1单闭环有静差调速系统 152.4.2调速系统的稳态特性 152.5双闭环调速系统 202.5.1双闭环直流调速系统的组成 202.5.2双闭环直流调速系统总设计框图 202.5.3 系统设计原理 213晶闸管可控整流装置 253.1可控整流电路 253.2 电子电路主电路的选择 263.2.1主电路的结构形式 274触发电路 294.1触发电路种类 294.2触发电路选择 304.3电参数 34结　　论 36参 考 文 献 38致　　谢 39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直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。

本设计的题目是晶闸管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,1绪论 1.1直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。

直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以掌握直流双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。

相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大1.2 设计内容要求直流电动机：60KW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻， min/r要求：调速范围D=20，静差率s≤5%设计内容：1. 确定调速系统方案2. 主电路选择3. 触发电路选择4. 调速系统稳态参数计算5. 绘制电气系统原理图2 V—M调速系统方案2.1直流电动机的调速方法调速的定义： 在某一具体负载情况下，通过改变电动机或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变根据直流电机转速方程 式中 n— 转速（r/min）； U — 电枢电压（V）； I — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ WΩ ）； Φ — 励磁磁通（Wb）； Kе— 由电机结构决定的电动势常数。

由直流电机转速方程可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压 U；工作条件： 保持励磁 F Φ= FΦN ； 图1 调压调速特性曲线 保持电阻 R = Ra调节过程： 改变电压 UN →U, U↓→ n↓ ，n0 ↓¯ 调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移 （2）减弱励磁磁通 Φ ； 图 2 调磁调速特性曲线 工作条件： 保持励磁 Φ = ΦN ； 保持电压 U =UN ；调节过程： 增加电阻 Ra →R­↑ R ↑­→n ↓¯，n0不变；调速特性： 转速下降，机械特性曲线变软3）改变电枢回路电阻 R工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ；图 3 调阻调速特性曲线 调节过程 减小励磁 FΦN→Φ↓ ® F¯ Φ ↓→ n ↑，n0 ↑调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软0三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。

改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主2.2调速系统的性能指标静态调速指标和动态调速指标2.2.1静态调速指标调速范围、静差率2.2.2调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速 和最低转速 之比叫调速范围，用字母D表示，即 2.2.3静差率 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δ 与理想空载转速 之比，称为静差率即 或用百分数表示, 显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的它与机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，稳速精度越高 结论1： 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围2.2.4 动态调速指标自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标抗扰性能指标2.2.5跟随性能指标： 在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用性能指标来描述。

常用的阶跃响应跟随性能指标有tr — 上升时间σ — 超调量ts — 调节时间 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标图 4 突加扰动的动态过程2.2.6抗扰性能指标抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力常用的抗扰性能指标有DΔCmax — 动态降落 tv — 恢复时间 一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主 2.3开环调速系统在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统开环控制系统由控制器与被控对象组成（见图）控制器通常具有功率放大的功能 图 5 开环控制系统闭环控制系统：可以将控制的结。