学 号：
课 程 设 计
题 目
VM双闭环直流逆调速系统设计
学 院
动化
专 业
电气工程动化
班 级
电气
姓 名
指导教师
2010
年
X
月
X
日
课程设计务书
学生姓名： 专业班级： 电气
指导教师： 工作单位： 动化学院
题 目 VM双闭环直流逆调速系统设计
初始条件：
1．技术数：
直流电动机：PN3KW UN220V IN175A nN1500rmin Ra125Ω 堵转电流 Idbl2IN 截止电流 Idcr15IN GD2353Nm2
三相全控整流装置：Ks40 Rrec1 3Ω
波电抗器：RL0 3Ω
电枢回路总电阻 R285Ω 总电感 L200mH
电动势系数： (Ce 0132Vminr)
系统电路：(Tm016s Tl007s)
滤波时间常数：Toi0002s Ton001s
参数：Unm*10V Uim*10V Ucm10V σi≤5 σn≤10
2．技术指标
稳态指标：静差（静差率s≤10 调速范围 D≥20 ）
动态指标：转速超调量δn≤10电流超调量δi≤5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤05s
求完成务
1．技术求：
(1) 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽调速范围（D≥10）系统工作范围稳定工作
(2) 系统静特性良静差（静差率s≤2）
(3) 动态性指标：转速超调量δn＜8电流超调量δi＜5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤1s
(4) 系统5负载变化运行范围电流连续
(5) 调速系统中设置电压电流等保护制动措施
2．设计容：
(1) 根题目技术求分析证确定电路结构型式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
(2) 调速系统电路元部件确定参数计算（包括变压器电力电子器件波电抗器保护电路等）
(3) 动态设计计算：根技术求系统进行动态校正确定ASR调节器ACR调节器结构型式进行参数计算调速系统工作稳定满足动态性指标求
(4) 绘制VM双闭环直流逆调速系统电气原理总图（求计算机绘图）
(5) 整理设计数资料课程设计总结撰写设计计算说明书
时间安排：
课程设计时间周半分三阶段：
（1） 复关知识查阅关资料确定设计方案约占总时间20
（2） 根技术指标技术求完成设计计算约占总时间40
（3） 完成设计文档整理约占总时间40
指导教师签名： 2010 年 X月 X 日
系（责教师）签名： 年 月 日
目录
摘……………………………………………………………………………1
1设计务求……………………………………………………………2
11设计务………………………………………………………………2
12设计求………………………………………………………………3
2双闭环调速系统总体设计………………………………………………4
3电路设计………………………………………………………………5
31电路电气原理图说明…………………………………………6
32波电抗器参数计算………………………………………………6
33 变压器参数计算……………………………………………………7
34晶闸元件参数计算………………………………………………8
35保护电路………………………………………………………………8
4电流调节器设计…………………………………………………………9
41电流环结构框图化简………………………………………………9
42电流环参数计算……………………………………………………10
421确定时间常数…………………………………………………10
422电流调节器结构选择………………………………………10
423计算电流调节器参数………………………………………11
424校验似条件…………………………………………………11
425计算调节器电阻电容……………………………………12
5转速调节器设计………………………………………………………14
51转速环结构框图化简……………………………………………14
52转速环参数计算…………………………………………………15
521确定时间常数…………………………………………………15
522转速调节器结构选择………………………………………15
523转速调节器参数计算………………………………………16
524校验似条件…………………………………………………16
525计算调节器电阻电容……………………………………16
526校核转速超调量………………………………………………17
6控制驱动电路设计……………………………………………………18
7电气原理总图……………………………………………………………19
8总结体会………………………………………………………………20
参考文献……………………………………………………………………21
摘
转速电流双闭环控制直流调速系统性应广直流调速系统具调速范围广精度高动态性易控制等优点电气传动系统中广泛应常电机调速系统转速闭环控制系统电流闭环控制系统二者定程度克服开环系统造成电动机静差率够理想实际设计中常采转速电流双闭环控制系统般电流环(ACR)作控制系统环转速环(ASR)作控制系统外环提高系统动态静态性文工程设计方法设计转速电流调节器电动机满足求静态动态性指标电流环应性应选典型Ⅰ型系统转速环抗扰性应选典型Ⅱ型系统
关键词：直流双闭环 调速系统 电流调节器 转速调节器
1设计务求
11设计务
设计VM双闭环直流逆调速系统
1)技术数：
直流电动机：PN3KW UN220V IN175A nN1500rmin Ra125Ω 堵转电流 Idbl2IN 截止电流 Idcr15IN GD2353Nm2
三相全控整流装置：Ks40 Rrec1 3Ω
波电抗器：RL0 3Ω
电枢回路总电阻 R285Ω 总电感 L200mH
电动势系数： (Ce 0132Vminr)
系统电路：(Tm016s Tl007s)
滤波时间常数：Toi0002s Ton001s
参数：Unm*10V Uim*10V Ucm10V σi≤5 σn≤10
2)技术指标
稳态指标：静差（静差率s≤10 调速范围 D≥20 ）
动态指标：转速超调量δn≤10电流超调量δi≤5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤05s
3) 根题目技术求分析证确定电路结构型式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
4) 调速系统电路元部件确定参数计算（包括变压器电力电子器件波电抗器保护电路等）
5) 动态设计计算：根技术求系统进行动态校正确定ASR调节器ACR调节器结构型式进行参数计算调速系统工作稳定满足动态性指标求
6) 绘制VM双闭环直流逆调速系统电气原理总图（求计算机绘图）
12设计求
1) 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽调速范围（D≥20）系统工作范围稳定工作
2) 系统静特性良静差（静差率s≤10）
3) 动态性指标：转速超调量δn＜10电流超调量δi＜5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤05s
4) 系统5负载变化运行范围电流连续
5) 调速系统中设置电压电流等保护制动措施
2双闭环调速系统总体设计
改变电枢两端电压电动机改变转电枢反接需较容量晶闸装置反程快晶闸单导电性需逆运行时常采两组晶闸控整流装置反联逆线路电动机正转时正组晶闸装置VF供电反转时反组晶闸装置VR供电图1示两组晶闸分两套触发装置控制做互干扰灵活控制电动机逆运行设计采两组晶闸反联方式采三相桥式整流然两组晶闸反联逆VM系统解决电动机正反转运行问题两组装置整流电压时出现便会产生流负载直接两组晶闸间流通短路电流称作环流般说样环流负载益会加重晶闸变压器负担消耗功率环流太时会导致晶闸损坏应该予抑制消防止产生直流均环流应该正组处整流状态Udof 正时强迫反组处逆变状态Udor负幅值Udof相等逆变电压Udor整流电压Udof顶住直流均环流零
中分VFVR控制角两组晶闸装置相两组输出电压样直流均环流零时应
果反组控制角逆变角表示 样控制消环流
图1 两组晶闸控整流装置反联逆线路
系统设计般原：先环外环环开始逐步外扩展里首先设计电流调节器然整电流环作转速调节系统中环节设计转速调节器
图2转速电流双闭环调速系统原理图图3双闭环调速系统结构图图中两调节器ASRACR分转速调节器电流调节器二者串级连接电流调节器输出作转速调节器输入转速调节器输出控制电力电子变换器UPE
两调节器输出带限幅作转速调节器ASR输出限幅电压U*im决定电流定电压值转速调节器ASR输出限幅电压Ucm限制电力电子变换器输出电压Udm
获良静动态性转速电流两调节器般采PI调节器中电路中串入波电抗器抑制电流脉动消脉动电流引起电机发热产生脉动转矩生产机械利影响
图2 双闭环调速系统电路原理图
+
+
+
M
TG
+
+
RP2
n
U*n
R0
R0
Uc
Ui
TA
L
Id
Ri
Ci
Ud
+
+
R0
R0
Rn
Cn
ASR
ACR
LM
GT
V
RP1
Un
U*i
LM
M
UPE
IdL
Ud0
Un
+
+
Ui
ACR
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Uc
Ks
Tss+1
Id
1
Ce
+
E
b
T0is+1
1
T0is+1
ASR
1
T0ns+1
a
T0ns+1
U*n
n
图3 双闭环调速系统结构框图
3电路设计
31电路电气原理图说明
电路采转速电流双闭环调速系统电流环(ACR)作控制系统环转速环(ASR)作控制系统外环提高系统动态静态性二者串级连接电流调节器输出作转速调节器输入转速调节器输出控制电力电子变换器UPE改变电机转速通电流转速反馈电路实现电动机静差运行
图4 系统电气原理框图
32波电抗器参数计算：
Ud234U2cos
UdUN220V 取0°
U2
Idmin(510)IN里取10
L0693
33变压器参数计算
变压器副边电压采公式进行计算：
变压器变似：
次侧二次侧电流I1I2计算
I1105×287×086134575A
I20861×287247A
变压器容量计算
S1m1U1I13×380×75855kVA
S2m2U2I23×110×247815kVA
S05×(S1+S2)05×(855+815)835kVA
整流变压器参数：变K345容量S835kVA
34晶闸元件参数计算
晶闸额定电压通常选取断态重复峰值电压UDRM反重复峰值电压URRM中较标值作该器件额定电压晶闸额定电流般选取通态均电流152倍桥式整流电路中晶闸两端承受正反电压均晶闸额定电压般选取正反电压23倍
带反电动势负载时变压器二次侧电流效值I2输出直流电流效值Id半桥式整流电路晶闸通态均电流IVTI设计中晶闸额定电流IVT(AV)523698A
设计中晶闸额定电压UN311466V
35保护电路设计
电压保护设计采RC电压抑制电路该装置置供电变压器两侧者电力电子电路直流图5示
电流保护设计采电力变压器副边相母线中串接快速熔断器方法保护电路
图5 压保护电路
4电流调节器设计
41电流环结构框图化简
电流环结构图简化分忽略反电动势动态影响等效成单位负反馈系统惯性环节似处理等环节
般情况系统电磁时间常数 Tl远机电时间常数Tm转速变化电流变化慢电流环说反电动势变化较慢扰动动态性设计电流环时暂考虑反电动势变化动态影响DE≈0时电流环图6示
Ud0(s)
+
Ui (s)
ACR
1R
Tl s+1
U*i(s)
Uc (s)
Ks
Tss+1
Id (s)
b
T0is+1
1
T0is+1
图6 忽略反电动势动态影响电流环动态结构图
果定滤波反馈滤波两环节等效移环时定信号改
成U*i(s) b 电流环便等效成单位负反馈系统图7示
+
ACR
Uc (s)
Ks R
(Tss+1)(Tl s+1)
Id (s)
U*i(s)b
b
T0is+1
图7 等效成单位负反馈系统电流环动态结构图
Ts T0i 般Tl 作惯性群似作惯性环节时间常数
T∑i Ts + Toi
电流环结构图终简化成图8
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
图8 电流环简化结构图
42电流环参数计算
421确定时间常数
1)整流装置滞时间常数 Ts表1三相桥式电路均失控时间Ts00017s
2 )电流滤波时间常数设计初始条件已出Toi0002s
3)电流环时间常数T∑Ts+Toi00037s
表1 种整流装置失控时间
422电流调节器结构选择
稳态求希电流静差理想堵转特性采 I 型系统够
动态求实际系统允许电枢电流突加控制作时太超调保证电流动态程中超允许值电网电压波动时抗扰作次素电流环应性应选典型I型系统
电流环控制象双惯性型校正成典型 I 型系统显然应采PI型电流调节器传递函数写成
式中 Ki — 电流调节器例系数
ti — 电流调节器超前时间常数
检查电源电压抗扰性：参典型Ⅰ型系统动态抗扰性指标参数关系表格出项指标接受
423计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：tiTl007s
电流环开环增益：求δi＜5时应取KIT∑i05
ACR例系数：
424校验似条件
电流环截止频率：ciKI1351s1
晶闸整流装置传递函数似条件：
满足似条件
忽略反电动势变化电流环动态影响条件
满足似条件
电流环时间常数似处理条件
满足似条件
425计算调节器电阻电容
图9运算放器取R040k电阻电容值
图9 含定滤波反馈滤波 PI型电流调节器
述参数电流环达动态性指标δi43<5满足设计求
5转速调节器设计
51转速环结构框图化简
电流环简化视作转速环中环节接入转速环电流环等效环节输入量应Ui*(s)电流环转速环中应等效
电流环等效环节代电流环整转速控制系统动态结构图便图10示
电流环样转速定滤波反馈滤波环节移环时定信号改成U*n(s)a时间常数1 KI T0n 两惯性环节合起似成时间常数惯性环节中
n (s)
+
Un (s)
ASR
CeTms
R
U*n(s)
Id (s)
a
T0ns+1
1
T0ns+1
U*n(s)
+
IdL (s)
图10 等效环节代电流环转速环动态结构图
转速环结构简图图11
图11 等效成单位负反馈系统惯性似处理转速环结构框图
52转速环参数计算
521确定时间常数
1)电流环等效时间常数1KI电流环参数知KIT∑i05
2)转速滤波时间常数Ton根已知条件知Ton001s
3)转速环时间常数T∑n时间常数似处理取
522选择转速调节器结构
实现转速静差负载扰动作点前面必须积分环节应该包含转速调节器 ASR 中现扰动作点面已积分环节转速环开环传递函数应两积分环节应该设计成典型 Ⅱ 型系统样系统时满足动态抗扰性求见ASR应该采PI调节器传递函数
式中 Kn — 转速调节器例系数
t n — 转速调节器超前时间常数
523计算转速调节器参数
抗扰性较原取h5ASR超前时间常数
转速环开环增益
ASR例系数
524检验似条件
转速环截止频率
1) 电流环传递函数简化条件 满足似条件
2) 转速环时间常数似处理条件
满足似条件
525计算调节器电阻电容
根图12取R040k
图12 含定滤波反馈滤波PI型转速调节器
526校核转速超调量
h5时查询典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标表格出满足设计求实际述表格线性系统计算突加阶跃定时ASR饱符合线性系统前提应该ASR退饱情况重新计算超调量时超调量：
满足设计求
6控制驱动电路设计
晶闸整流电路通控制触发角控制触发脉起始相位控制输出电压保证整流电路正常工作应确保触发角正确时刻电路中晶闸施加效触发脉
简化设计程设计中采集成触发器TC787作晶闸触发电路元器件
TC787具功耗功强输入阻抗高抗干扰性移相范围宽外接元件少等优点装调简便需片芯片完成三相桥式晶闸驱动工作驱动控制原理图图13示
图13 驱动控制电路原理图
7电气原理总图
8总结体会
设计基VM调速系统直流电机逆双闭环调速系统电动机静差运行通定电压调节准确快速实现电机转速调节电动机满足设计求求项性指标
课程设计综合运动控制原理电力电子技术电力拖动控制技术等知识更完成设计重新复遍原学知识加深知识理解提高知识应力时认识课程间紧密联系门课程认真学时问思考做理联系实际时学中注意细节知识细节决定着成功否意识合作重性遇会问题动学老师请求帮助认真听取意见建议认真改正问题
参考文献
1 陈伯时电力拖动动控制系统——运动控制系统北京：机械工业出版社2007
2 杨荫福段善旭泽云电力电子装置系统北京：清华学出版社2006
3 王兆安黄俊电力电子技术北京：机械工业出版社2007
4 李发海王岩电机拖动基础第三版北京：清华学出版社2005
5 李友善动控制原理北京：机械工业出版社2007
科生课程设计成绩评定表
姓 名
性
男
专业班级
电气工程动化
课程设计题目： VM双闭环直流逆调速系统设计
课程设计答辩质疑记录：
成绩评定：
序号
评定项目
评分成绩
1
选题合理目明确（10分）
2
设计方案正确具行性创新性（20分）
3
设计结果（例：硬件成果软件程序）（25分）
4
态度认真学刻苦遵守纪律（15分）
5
设计报告规范化参考文献充分（少5篇）（10分）
6
答辩（20分）
总分
终评定成绩（优良中格格评定）
指导教师签字：
2010年 07 月 日
武 汉理工学
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学 号：
课 程 设 计
题 目
VM双闭环直流逆调速系统设计
学 院
动化
专 业
电气工程动化
班 级
电气
姓 名
指导教师
2010
年
X
月
X
日
课程设计务书
学生姓名： 专业班级： 电气
指导教师： 工作单位： 动化学院
题 目 VM双闭环直流逆调速系统设计
初始条件：
1．技术数：
直流电动机：PN3KW UN220V IN175A nN1500rmin Ra125Ω 堵转电流 Idbl2IN 截止电流 Idcr15IN GD2353Nm2
三相全控整流装置：Ks40 Rrec1 3Ω
波电抗器：RL0 3Ω
电枢回路总电阻 R285Ω 总电感 L200mH
电动势系数： (Ce 0132Vminr)
系统电路：(Tm016s Tl007s)
滤波时间常数：Toi0002s Ton001s
参数：Unm*10V Uim*10V Ucm10V σi≤5 σn≤10
2．技术指标
稳态指标：静差（静差率s≤10 调速范围 D≥20 ）
动态指标：转速超调量δn≤10电流超调量δi≤5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤05s
求完成务
1．技术求：
(1) 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽调速范围（D≥10）系统工作范围稳定工作
(2) 系统静特性良静差（静差率s≤2）
(3) 动态性指标：转速超调量δn＜8电流超调量δi＜5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤1s
(4) 系统5负载变化运行范围电流连续
(5) 调速系统中设置电压电流等保护制动措施
2．设计容：
(1) 根题目技术求分析证确定电路结构型式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
(2) 调速系统电路元部件确定参数计算（包括变压器电力电子器件波电抗器保护电路等）
(3) 动态设计计算：根技术求系统进行动态校正确定ASR调节器ACR调节器结构型式进行参数计算调速系统工作稳定满足动态性指标求
(4) 绘制VM双闭环直流逆调速系统电气原理总图（求计算机绘图）
(5) 整理设计数资料课程设计总结撰写设计计算说明书
时间安排：
课程设计时间周半分三阶段：
（1） 复关知识查阅关资料确定设计方案约占总时间20
（2） 根技术指标技术求完成设计计算约占总时间40
（3） 完成设计文档整理约占总时间40
指导教师签名： 2010 年 X月 X 日
系（责教师）签名： 年 月 日
目录
摘……………………………………………………………………………1
1设计务求……………………………………………………………2
11设计务………………………………………………………………2
12设计求………………………………………………………………3
2双闭环调速系统总体设计………………………………………………4
3电路设计………………………………………………………………5
31电路电气原理图说明…………………………………………6
32波电抗器参数计算………………………………………………6
33 变压器参数计算……………………………………………………7
34晶闸元件参数计算………………………………………………8
35保护电路………………………………………………………………8
4电流调节器设计…………………………………………………………9
41电流环结构框图化简………………………………………………9
42电流环参数计算……………………………………………………10
421确定时间常数…………………………………………………10
422电流调节器结构选择………………………………………10
423计算电流调节器参数………………………………………11
424校验似条件…………………………………………………11
425计算调节器电阻电容……………………………………12
5转速调节器设计………………………………………………………14
51转速环结构框图化简……………………………………………14
52转速环参数计算…………………………………………………15
521确定时间常数…………………………………………………15
522转速调节器结构选择………………………………………15
523转速调节器参数计算………………………………………16
524校验似条件…………………………………………………16
525计算调节器电阻电容……………………………………16
526校核转速超调量………………………………………………17
6控制驱动电路设计……………………………………………………18
7电气原理总图……………………………………………………………19
8总结体会………………………………………………………………20
参考文献……………………………………………………………………21
摘
转速电流双闭环控制直流调速系统性应广直流调速系统具调速范围广精度高动态性易控制等优点电气传动系统中广泛应常电机调速系统转速闭环控制系统电流闭环控制系统二者定程度克服开环系统造成电动机静差率够理想实际设计中常采转速电流双闭环控制系统般电流环(ACR)作控制系统环转速环(ASR)作控制系统外环提高系统动态静态性文工程设计方法设计转速电流调节器电动机满足求静态动态性指标电流环应性应选典型Ⅰ型系统转速环抗扰性应选典型Ⅱ型系统
关键词：直流双闭环 调速系统 电流调节器 转速调节器
1设计务求
11设计务
设计VM双闭环直流逆调速系统
1)技术数：
直流电动机：PN3KW UN220V IN175A nN1500rmin Ra125Ω 堵转电流 Idbl2IN 截止电流 Idcr15IN GD2353Nm2
三相全控整流装置：Ks40 Rrec1 3Ω
波电抗器：RL0 3Ω
电枢回路总电阻 R285Ω 总电感 L200mH
电动势系数： (Ce 0132Vminr)
系统电路：(Tm016s Tl007s)
滤波时间常数：Toi0002s Ton001s
参数：Unm*10V Uim*10V Ucm10V σi≤5 σn≤10
2)技术指标
稳态指标：静差（静差率s≤10 调速范围 D≥20 ）
动态指标：转速超调量δn≤10电流超调量δi≤5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤05s
3) 根题目技术求分析证确定电路结构型式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
4) 调速系统电路元部件确定参数计算（包括变压器电力电子器件波电抗器保护电路等）
5) 动态设计计算：根技术求系统进行动态校正确定ASR调节器ACR调节器结构型式进行参数计算调速系统工作稳定满足动态性指标求
6) 绘制VM双闭环直流逆调速系统电气原理总图（求计算机绘图）
12设计求
1) 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽调速范围（D≥20）系统工作范围稳定工作
2) 系统静特性良静差（静差率s≤10）
3) 动态性指标：转速超调量δn＜10电流超调量δi＜5动态速降Δn≤10调速系统渡程时间（调节时间）ts≤05s
4) 系统5负载变化运行范围电流连续
5) 调速系统中设置电压电流等保护制动措施
2双闭环调速系统总体设计
改变电枢两端电压电动机改变转电枢反接需较容量晶闸装置反程快晶闸单导电性需逆运行时常采两组晶闸控整流装置反联逆线路电动机正转时正组晶闸装置VF供电反转时反组晶闸装置VR供电图1示两组晶闸分两套触发装置控制做互干扰灵活控制电动机逆运行设计采两组晶闸反联方式采三相桥式整流然两组晶闸反联逆VM系统解决电动机正反转运行问题两组装置整流电压时出现便会产生流负载直接两组晶闸间流通短路电流称作环流般说样环流负载益会加重晶闸变压器负担消耗功率环流太时会导致晶闸损坏应该予抑制消防止产生直流均环流应该正组处整流状态Udof 正时强迫反组处逆变状态Udor负幅值Udof相等逆变电压Udor整流电压Udof顶住直流均环流零
中分VFVR控制角两组晶闸装置相两组输出电压样直流均环流零时应
果反组控制角逆变角表示 样控制消环流
图1 两组晶闸控整流装置反联逆线路
系统设计般原：先环外环环开始逐步外扩展里首先设计电流调节器然整电流环作转速调节系统中环节设计转速调节器
图2转速电流双闭环调速系统原理图图3双闭环调速系统结构图图中两调节器ASRACR分转速调节器电流调节器二者串级连接电流调节器输出作转速调节器输入转速调节器输出控制电力电子变换器UPE
两调节器输出带限幅作转速调节器ASR输出限幅电压U*im决定电流定电压值转速调节器ASR输出限幅电压Ucm限制电力电子变换器输出电压Udm
获良静动态性转速电流两调节器般采PI调节器中电路中串入波电抗器抑制电流脉动消脉动电流引起电机发热产生脉动转矩生产机械利影响
图2 双闭环调速系统电路原理图
+
+
+
M
TG
+
+
RP2
n
U*n
R0
R0
Uc
Ui
TA
L
Id
Ri
Ci
Ud
+
+
R0
R0
Rn
Cn
ASR
ACR
LM
GT
V
RP1
Un
U*i
LM
M
UPE
IdL
Ud0
Un
+
+
Ui
ACR
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Uc
Ks
Tss+1
Id
1
Ce
+
E
b
T0is+1
1
T0is+1
ASR
1
T0ns+1
a
T0ns+1
U*n
n
图3 双闭环调速系统结构框图
3电路设计
31电路电气原理图说明
电路采转速电流双闭环调速系统电流环(ACR)作控制系统环转速环(ASR)作控制系统外环提高系统动态静态性二者串级连接电流调节器输出作转速调节器输入转速调节器输出控制电力电子变换器UPE改变电机转速通电流转速反馈电路实现电动机静差运行
图4 系统电气原理框图
32波电抗器参数计算：
Ud234U2cos
UdUN220V 取0°
U2
Idmin(510)IN里取10
L0693
33变压器参数计算
变压器副边电压采公式进行计算：
变压器变似：
次侧二次侧电流I1I2计算
I1105×287×086134575A
I20861×287247A
变压器容量计算
S1m1U1I13×380×75855kVA
S2m2U2I23×110×247815kVA
S05×(S1+S2)05×(855+815)835kVA
整流变压器参数：变K345容量S835kVA
34晶闸元件参数计算
晶闸额定电压通常选取断态重复峰值电压UDRM反重复峰值电压URRM中较标值作该器件额定电压晶闸额定电流般选取通态均电流152倍桥式整流电路中晶闸两端承受正反电压均晶闸额定电压般选取正反电压23倍
带反电动势负载时变压器二次侧电流效值I2输出直流电流效值Id半桥式整流电路晶闸通态均电流IVTI设计中晶闸额定电流IVT(AV)523698A
设计中晶闸额定电压UN311466V
35保护电路设计
电压保护设计采RC电压抑制电路该装置置供电变压器两侧者电力电子电路直流图5示
电流保护设计采电力变压器副边相母线中串接快速熔断器方法保护电路
图5 压保护电路
4电流调节器设计
41电流环结构框图化简
电流环结构图简化分忽略反电动势动态影响等效成单位负反馈系统惯性环节似处理等环节
般情况系统电磁时间常数 Tl远机电时间常数Tm转速变化电流变化慢电流环说反电动势变化较慢扰动动态性设计电流环时暂考虑反电动势变化动态影响DE≈0时电流环图6示
Ud0(s)
+
Ui (s)
ACR
1R
Tl s+1
U*i(s)
Uc (s)
Ks
Tss+1
Id (s)
b
T0is+1
1
T0is+1
图6 忽略反电动势动态影响电流环动态结构图
果定滤波反馈滤波两环节等效移环时定信号改
成U*i(s) b 电流环便等效成单位负反馈系统图7示
+
ACR
Uc (s)
Ks R
(Tss+1)(Tl s+1)
Id (s)
U*i(s)b
b
T0is+1
图7 等效成单位负反馈系统电流环动态结构图
Ts T0i 般Tl 作惯性群似作惯性环节时间常数
T∑i Ts + Toi
电流环结构图终简化成图8
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
图8 电流环简化结构图
42电流环参数计算
421确定时间常数
1)整流装置滞时间常数 Ts表1三相桥式电路均失控时间Ts00017s
2 )电流滤波时间常数设计初始条件已出Toi0002s
3)电流环时间常数T∑Ts+Toi00037s
表1 种整流装置失控时间
422电流调节器结构选择
稳态求希电流静差理想堵转特性采 I 型系统够
动态求实际系统允许电枢电流突加控制作时太超调保证电流动态程中超允许值电网电压波动时抗扰作次素电流环应性应选典型I型系统
电流环控制象双惯性型校正成典型 I 型系统显然应采PI型电流调节器传递函数写成
式中 Ki — 电流调节器例系数
ti — 电流调节器超前时间常数
检查电源电压抗扰性：参典型Ⅰ型系统动态抗扰性指标参数关系表格出项指标接受
423计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：tiTl007s
电流环开环增益：求δi＜5时应取KIT∑i05
ACR例系数：
424校验似条件
电流环截止频率：ciKI1351s1
晶闸整流装置传递函数似条件：
满足似条件
忽略反电动势变化电流环动态影响条件
满足似条件
电流环时间常数似处理条件
满足似条件
425计算调节器电阻电容
图9运算放器取R040k电阻电容值
图9 含定滤波反馈滤波 PI型电流调节器
述参数电流环达动态性指标δi43<5满足设计求
5转速调节器设计
51转速环结构框图化简
电流环简化视作转速环中环节接入转速环电流环等效环节输入量应Ui*(s)电流环转速环中应等效
电流环等效环节代电流环整转速控制系统动态结构图便图10示
电流环样转速定滤波反馈滤波环节移环时定信号改成U*n(s)a时间常数1 KI T0n 两惯性环节合起似成时间常数惯性环节中
n (s)
+
Un (s)
ASR
CeTms
R
U*n(s)
Id (s)
a
T0ns+1
1
T0ns+1
U*n(s)
+
IdL (s)
图10 等效环节代电流环转速环动态结构图
转速环结构简图图11
图11 等效成单位负反馈系统惯性似处理转速环结构框图
52转速环参数计算
521确定时间常数
1)电流环等效时间常数1KI电流环参数知KIT∑i05
2)转速滤波时间常数Ton根已知条件知Ton001s
3)转速环时间常数T∑n时间常数似处理取
522选择转速调节器结构
实现转速静差负载扰动作点前面必须积分环节应该包含转速调节器 ASR 中现扰动作点面已积分环节转速环开环传递函数应两积分环节应该设计成典型 Ⅱ 型系统样系统时满足动态抗扰性求见ASR应该采PI调节器传递函数
式中 Kn — 转速调节器例系数
t n — 转速调节器超前时间常数
523计算转速调节器参数
抗扰性较原取h5ASR超前时间常数
转速环开环增益
ASR例系数
524检验似条件
转速环截止频率
1) 电流环传递函数简化条件 满足似条件
2) 转速环时间常数似处理条件
满足似条件
525计算调节器电阻电容
根图12取R040k
图12 含定滤波反馈滤波PI型转速调节器
526校核转速超调量
h5时查询典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标表格出满足设计求实际述表格线性系统计算突加阶跃定时ASR饱符合线性系统前提应该ASR退饱情况重新计算超调量时超调量：
满足设计求
6控制驱动电路设计
晶闸整流电路通控制触发角控制触发脉起始相位控制输出电压保证整流电路正常工作应确保触发角正确时刻电路中晶闸施加效触发脉
简化设计程设计中采集成触发器TC787作晶闸触发电路元器件
TC787具功耗功强输入阻抗高抗干扰性移相范围宽外接元件少等优点装调简便需片芯片完成三相桥式晶闸驱动工作驱动控制原理图图13示
图13 驱动控制电路原理图
7电气原理总图
8总结体会
设计基VM调速系统直流电机逆双闭环调速系统电动机静差运行通定电压调节准确快速实现电机转速调节电动机满足设计求求项性指标
课程设计综合运动控制原理电力电子技术电力拖动控制技术等知识更完成设计重新复遍原学知识加深知识理解提高知识应力时认识课程间紧密联系门课程认真学时问思考做理联系实际时学中注意细节知识细节决定着成功否意识合作重性遇会问题动学老师请求帮助认真听取意见建议认真改正问题
参考文献
1 陈伯时电力拖动动控制系统——运动控制系统北京：机械工业出版社2007
2 杨荫福段善旭泽云电力电子装置系统北京：清华学出版社2006
3 王兆安黄俊电力电子技术北京：机械工业出版社2007
4 李发海王岩电机拖动基础第三版北京：清华学出版社2005
5 李友善动控制原理北京：机械工业出版社2007
科生课程设计成绩评定表
姓 名
性
男
专业班级
电气工程动化
课程设计题目： VM双闭环直流逆调速系统设计
课程设计答辩质疑记录：
成绩评定：
序号
评定项目
评分成绩
1
选题合理目明确（10分）
2
设计方案正确具行性创新性（20分）
3
设计结果（例：硬件成果软件程序）（25分）
4
态度认真学刻苦遵守纪律（15分）
5
设计报告规范化参考文献充分（少5篇）（10分）
6
答辩（20分）
总分
终评定成绩（优良中格格评定）
指导教师签字：
2010年 07 月 日
武 汉理工学
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