【毕业设计】双闭环直流电机调速系统设计

用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳准快抗干扰等各方面相互有矛盾的静动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。

大多数现代的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近似。

若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统第章绪论校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。

这样，就有了建立工程设计方法的可能性。

设计内容和要求设计要求该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围，系统在工作范围内能稳定工作。

系统静特性良好，无静差静差率。

动态性能指标转速超调量，电流超调量，动态最大转速降，调速系统的过渡过程时间调节时间。

系统在负载以上变化的运行范围内电流连续。

调速系统中设置有过电压过电流保护，并且有制动措施。

主电路采用三项全控桥。

设计内容根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。

调速系统主电路元部件的确定及其参数计算包括有变压器电力电子器件平波电抗器与保护电路等。

驱动控制电路的选型设计模拟触发电路集成触发电路数字触发电路均可。

动态设计计算根据技术要求，对系统进行动态校正，确定调节器与调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。

绘制双闭环直流不可逆调速系统电器原理图要求用计算机绘图，并用或软件进行拖动控制系统仿真以及硬件仿真。

建立传递函数方框图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响第二章双闭环直流调速系统设计框图第二章双闭环直流调速系统设计框图直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。

如图设计的总框架。

图双闭环直流调速系统设计总框架三相交流电路的交直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压电流保护。

般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。

根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。

根据选用的方法，分别计算保护电路的各个器件的参数。

驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。

采用性能良好的驱动电路，可使是电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率可靠性和安全性都有重要的意义。

驱动电路的基本任务，就是就将信息电子电路穿来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。

本设计使用的是晶闸管，即半控型器件。

驱动电路对半控型只需要提供开通控制信号。

对与晶闸管的驱动电路叫作触发电路。

所以对晶闸管的触发电路也是重点设计。

直流调速系统中应用最普通的方案是转速电流双闭环系统，三相交流电源三相桥式整流电路直流电动机整流供电双闭环直流调速机驱动电路保护电路第三章系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成采用串级控制的方式。

转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。

电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。

转速电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。

本课题设计主要是设计双闭环的中两个调节器参数计算与检测。

最后是用对整个调速系统进行了仿真分析。

第三章系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成第三章系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成主电路的选择与确定直流调速系统常用的直流电源有三种旋转变流机组静止式可控整流器直流斩波器或脉宽调制变换器。

机组供电的直流调速系统在世纪年代以前曾广泛地使用着，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机还要仪态励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。

年晶闸管问世，已生产成套的晶闸管整流装置，即右图晶闸管电动机调速系统简称系统的原理图。

通过调节处罚装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。

和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不进在经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也现实出较大的优越性。

直流斩波器电动机系统的原理图示于图，其中用开关符号表示任何种电力电子开关器件，表示续流二极管。

当导通时，直流电源电压加到电动机上当关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经续流，两端电压接近于零。

如此反复，得到电枢端电压波形，如图所示，好像是电源电压在时间内被接上，又在时间内被斩断，故称斩波。

这样，电动机得到的平均电压为章双闭环调速系统调机器的动态设计满足近似条件。

计算调节器电阻和电容由图，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为，取，取，取按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。

转速调节器的设计确定时间常数电流环等效时间常数。

由前述已知，，则转速滤波时间常数，根据所用测速发电机纹波情况，取图含滤波环节的型电流调节器第五章双闭环调速系统调机器的动态设计转速环小时间常数。

按小时间常数近似处理，取选择转速调节器结构按照设计要求，选用调节器，其传递函数式为计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，先取，则的超前时间常数为则转速环开环增益可得的比例系数为式中电动势常数，转速反馈系数。

检验近似条件转速截止频率为第五章双闭环调速系统调机器的动态设计电流环传递函数简化条件为满足简化条件。

转速环小时间常数近似处理条件为满足近似条件。

计算调节器电阻和电容根据图所示，取，则，取，取，取校核转速超调量图含滤波环节的型转速调节器第五章双闭环调速系统调机器的动态设计当时，查附表典型型系统阶跃输入跟随性能指标得，，不能满足设计要求。

实际上，由于附表是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，饱和，不符合线性系统的前提，应该按退饱和的情况重新计算超调量。

计算超调量。

设理想空载起动时，负载系数，已知，，，，，，。

当时，由附表查得，而调速系统开环机械特性的额定稳态速降式中电机中总电阻调速系统开环机械特性的额定稳态速降为基准值，对应为额定转速。

根据式计算得不能满足设计要求。

校核动态最大速降设计指标要求动态最大速降。

在实际系统中，可定义为相对于额定转速时的动态速降。

由，第五章双闭环调速系统调机器的动态设计时，查附表得，不满足动态最大转速降指标。

转速超调的抑制从计算得的退饱和超调量，可知不满足动态指标要求，因此需加转速微分负反馈。

加入这个环节可以抑制甚至消灭转速超调，同时可以大大降低动态速降。

在双闭环调速系统中，加入转速微分负反馈的转速调节器原理图如图所示。

和普通的转速调节器相比，在转速反馈环节上并联了微分电容和滤波电阻，即在转速负反馈的基础上再叠加个带滤波的转速负反馈的基础上再叠加个带滤波的转速微分负反馈信号。

含有转速微分负反馈的转速环动态结构框图如下图所示图带转速微分负反馈的转速调节器第五章双闭环调速系统调机器的动态设计图含有转速微分负反馈的转速环动态结构框图转速微分负反馈环节中待定的参数是和，其中转速微分时间常数，转速微分滤波时间常数是以选定，，只要确定，就可以计算出和了。

由工程设计方法，近似计算公式得设理想空载起动时，负载系数，已知，，，，。

设计要求动态最大超调，取转速超调量为，则则微分电容滤波电阻第五章双闭环调速系统调机器的动态设计再次校核动态速降根据附表，带转速微分负反馈时，转速微分时间常数相对值又因为设计要求动态最大转速降，即则。

上述已求出动态速降的基准值所以参照附表可知，当时，，当时，而现在，需要满足，符合上式要求。

可知满足要求。

校核调整时间根据附表，在转速微分时间常数相对值时，，则调整时间，满足设计要求。

上述的超调校正选取是根据设计要求条件来选取的，即从开始选起，逐步减小并验证动态转速降以及调节时间，看是否满足要求。

最后选择为最佳整定超调。

从以上分析可得出结论，带转速微分负反馈的直流调速系统不仅使转速超调大大减小，而且大大降低动态速降。

第七章基于的调速系统的仿真小结本文是对双闭环直流电机调速系统的设计，通过几周的努力对该电路有了较为深入的研究，也进步熟悉了双闭环直流调速系统的结构形式工作原理及各个器件的作用和设计。

本设计的主要工作是设计直流调速控制器的电路，设计的电路都是模拟电路，详细地介绍了器件的保护电流调调节器转速调节器以及晶闸管的触发电路的设计过程，当然还有其它电路的设计，最后得到整个调速控制的电路原理图。

课程设计期间，借用图书馆的书籍以及通过网络上的搜索，查阅了许多关于本设计的书籍和资料，学会了如何使用现有的图书馆资料，让我真正的把在大学里学的数字资源检索教程课程运用到实践的生活中，让我也体会到理论的重要。

在指导老师的指导下，并与有共同设计内容的同学交流，分析整理和研究课题，先确立了设计基本思路，遇到问题及时与指导老师沟通，在老师的指点和自己的努力，最后完成了整个设计。

设计中，通过查阅书籍，在了解的情况下运用公式按要求设计出所要的型号。

运用了绘制电气原理图及简单电路图，些简单的图形用画图板和中的画图工具画出来。