双闭环不可逆直流调速系统双闭环三相异步电机调压调速系统.doc

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1、 双闭环不可逆直流调速系统设计一、 控制要求：1. 了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元元部件的原理2. 掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定3. 研究调节器参数对系统动态性能的影响二、 课题要求：1. 各控制单元调试2. 测定电流负反馈系数、转速反馈系数3. 测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f(Id)4. 闭环控制特性n=f(Ug)5. 观察、记录系统动态波形三、 答辩基本问题：1 双闭环不可逆直流调速系统原理2 要求按照原理图进行接线并测定和计算相关数据题目二 双闭环三相异步电机调速系统设计一、 控制要求：1. 了解双闭环三相异步电机调

2、速系统的原理、组成及各主要单元元部件的原理2. 了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的机械特性3. 通过测定系统的静态特性和动态特性，进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用二、 课题要求：1. 测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性2. 测定双闭环交流调压调速系统的静态特性3. 测定双闭环交流调压调速系统的动态特性三、 答辩基本问题：1 测定双闭环交流调压调速系统的原理2 要求按照原理图进行接线并测定和计算相关数据摘 要： 双闭环直流调速系统设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环

3、节、转速调节器，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。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。 针对某装备中三相交流异步电机调速的要求，以TMS320LF2407A和AT89S52为核心采用磁场定向控制

4、策略设计了一电流、转速双闭环调速控制系统，给出了硬件原理框图、关键器件、设计思想和程序流程图。实验结果表明，该控制系统具有动态响应快，控制精度高，实时显示，数据存储，抗干扰强等优点。0引言三相交流异步电机以其结构简单，体积小，重量轻，价格低，维修方便等优点，广泛应用于武器装备、给料系统、数控机床、柔性制造技术。 关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink，TMS320LF2407A,AT89S52目录一、 第一部分：系统各模块功能.6二、 第二部分：双闭环不可逆直流调速系统设计（一）设计目的.8（二）工作原理.8（三）设计步骤.10（四）接线图.11（五）数据处理及曲线图

5、.11双闭环三相异步电动机调压调速系统（一）、设计目的.12（二）、工作原理.12（三）、接线图.12（四）、数据处理及曲线图.13三、第三部分：设计总结.14参考文献.15附录：第一部分、系统各模块功能各个单元的工作原理及功能：1. PI调节器1和2：分别为“速度调节器”和“电流调节器”，（即积分比例调节器）“电流调节器”、“速度调节器”均设有限幅环节“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压Uct利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制max的目的。速度调节器作用：时转速n随给定电压变化，当

6、偏差电压为零时，实现稳态无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅值决定允许的最大电流。电流调节器作用：在转速调节过程中，使电流跟随其电压变化；对电网电压波动起及时抗扰作用；启动时保证获得最大电流，使系统获得最大加速度的启动；当电机过载或堵转时，限制电枢电流最大值，起到安全快速的作用，当故障消失时，系统能自动恢复正常。2.触发电路：由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压

7、器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。充电时间常数由电容C1和等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。3.正桥功放：由晶闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。Ulf即为DJKO2面板上的Ulf ,该点接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉

8、冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将Ulf改为Ulr。将DJK02-1面板上的U1f端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入 ”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”。4.三相全控整流：由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。共阴组VT1、VT3和VT5 在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳组VT4、VT6和VT2在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有

9、直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。1)三相全控桥整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。2)6只晶闸管中每管导通120，每间隔60有一只晶闸管换流。在要求较高、或容量稍大的场合，应接入平波电抗器Ld，以限制电流脉动，改善换向条件减少电枢损耗，并使电流连续。5.电流反馈与过流保护：直接将给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,整流桥 输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零. 按下启动按钮,从零增加给定,使输出电压升高,当Ud=220V时,减小负 载的阻值,调节电流反馈与过流保护上的电流反馈电位器R

10、P1,使得负载 电流Id=l.3A时,2端If的的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数 = Ufi/Id= 4.615V/A.6.转速变换：直接将给定电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端,三相 全控整流电路接直流电动机负载,Ld用DJK02上的200mH,输出给定调到零. 50 按下启动按钮,接通励磁电源,从零逐渐增加给定,使电机提速到 n =150Orpm时,调节速度变换上转速反馈电位器RP1,使得该转速时反馈 电压Ufn=-6V,这时的转速反馈系数 =Ufn/n =0.004V/(rpm). 第二部分、双闭环不可逆直流调速系统设计一、课程设计目的1、了解双闭环不可

11、逆调速系统设计的原理，组成以及各主要部件的原理2、熟悉电力电子教学以及教学实验台主控制屏的的结构及调试方法。3 熟悉双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。1双闭环不可逆直流调速系统的概述1.1什么是双闭环直流调速系统采用PI调节的单闭环系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。因为单闭环系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。为了让电动机在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又只有转速负反馈，不在让电流负反馈发挥作用，既存在转速和电流两种负反

12、馈又使他们分别在不同阶段起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者实现嵌套联接，电流环在里，转速环在外，就形成了双闭环调速系统。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。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。它具有动态响应快、抗干扰能力强优点。12转速、电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用：减小转速误差，采用PI调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅决定电动机允许的最大电流。电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用：使电流紧

13、紧跟随其给定电压的变化；对电网的波动起及时抗干扰作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。二、双闭环不可逆直流调速系统的工作原理电动机在启动阶段，电动机的实际转速低于给定值，速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值，速度调节器工作在开环状态，速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号，直流电压迅速上升，电流也随即增大到最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流可以通过调节速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近似于零，速度调节器和电流调

14、节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动，速度调节器输入端产生的偏差信号通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化，从而校正电动机的转速偏差。转速和电流双闭环直流调速系统的电路原理图如图3.1所示.图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还标出了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压图3.1 双闭环直流调速系统电路原理图三、设计步

15、骤31双闭环调速系统工程设计的一般步骤：（1）先进行电流内环的设计，再进行速度外环的设计。（2）对已知系统的固有部分做合理的近似处理，以简化调节器的结构。（3）根据具体情况选定预期特性，即典型I型或典型II型系统，并确定串联调节 器的类型。（4）根据要求的性能指标，求出调节器的参数。四、接线图：五、数据处理及曲线图： n300500700900110013001500 u46741021301581865213双闭环三相异步电动机调压调速系统一、课程设计目的1熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。2了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成。 3了解绕线式异步电动机转子串电阻时

16、在调节定子电压调速时的机械特性。4通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。二、双闭环三相异步电动机调压调速系统的工作原理双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流电源及三相绕线式异步电动机（转子回路串电阻）。控制系统由电流调节器(ACR)，速度调节器(ASR)，电流变换器(FBC)，速度变换器(FBS)，触发器(GT)，一组桥脉冲放大器等组成。其系统原理图如图2-1所示。整个调速系统采用了速度，电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同而电流环的作用则有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网振动仍有较大的抗扰作用，但在起动过程

17、中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳起动的恒流特性，也不可能是恒转矩起动。异步电机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正，反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中，使转子过热。三、 接线图：四、 数据处理及曲线图：n(rpm)30050070090011001300V(v)426795122152182I(A)0.050.090.130.170.220.26T0.2260.2110.2370.2740.3350.386第三部分、设计总结通过这次设计，我们对双闭环不可逆调速系统有了进一步的理解和运用，加

18、深了对电机调速应用。双闭环调速就是转速、电流两种负反馈在不同的阶段分别起做用。而在双闭环直流调速系统中，转速和电流调节器的结构选择与参数设计都要从动态校正的需要来解决。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。在设计双闭环调速系统的时候采用工程设计方法，在设计时，把实际系统校正或简化成典型系统，利用现成的公式或简明的图表来进行参数计算，这样设计过程就简单得多。设计过程第一步先解决动态稳定性和稳态精度，选择调节器的结构确保系统稳定且满足稳态精度。第二步在选择调节器参数，满足动态性能指标。这样的设计方法规范化、简单化。这种设计方法对以后工作中又很大的作用和帮助。另外，通过本次设计更加强了我们组员之间的相互协作的能力，为今后面向工作岗位又积累了一份宝贵的经验。参考文献：1、交直流调速系统 第二版 主编：史国生 化学工业出版社 2、机电传动控制机 第五版 主编：冯清秀 邓星钟 华中科技大学出版社3、自动控制原理及其应用 第二版 主编：黄坚 高等教育出版社15