课 程 设 计 说 明 书
院 系： 电子信息与电气工程
学生姓名：
我的叔叔于勒续写学 号：
专业班级：
指导教师：
2011年12 月15 日
转速电流双闭环直流调速系统
摘 要：转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统具有良好的稳态和动态性能，结构简单、工作可靠、设计和调试方便，是性能很好、应用最广泛的直流调速系统。设计中采用工程设计的方法对直流双闭环调速系统的电流和转速两个调节器进行设计，先设计电流调节器，电流调节器、电流检测环节构成电流环，然后将整个电流环看作是转速调节系统的一个环节，再来设计转速调节器，转速调节器、转速检测环节构成转速环，电流环通过电流元件的反馈作用稳定电流，电压换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。设计遵从确定时间常数、选择调节器结构、计算调节器参数、校验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体体设计。之后，再对系统的起动过程进行分析，以了解系统的动态性能。 关键词：电流调节器；转速调节器；双闭环；系统；
目 录
1.设计背景 ……………………………………………………………………1
2.设计方案……………………………………………………………………1
2.1 设计任务……………………………………………………………1
2.2方案设计……………………………………………………………………1
2.3方案选择……………………………………………………………………2
3.方案实施 …………………………………………………………………3
3.1硬件原理图设计…………………………………………………………3
3.2过电压保护设计 …………………………………………………………5
3.3过电流保护和di/dt限制…………………………………………………5
3.4触发电路…………………………………………………………………6
4.控制电路设计………………………………………………………………7
4.1系统组成……………………………………………………………………7
4.2系统的电路原理图 ………………………………………………………7
5直流双闭环调速系统调节器设计………………………………………htr8
6电流环与转速环的设计…………………………………………………9
6.1电流调节器的设计………………………………………………………9
6.2 转速调节器的设计………………………………………………………11
7 收获与致谢………………………………………………………………12
8 参考文献………………………………………………………………12
1.设计背景
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。采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值 的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以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（或称串级）联接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上来说，电流环在里面，称作内环；转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
2.方案设计
2.1设计任务
直流电动机设计双闭环直流晶闸管调速系统，技术要求如下：直流他励电动机：功率Pe＝145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=6.5A，磁极对数P=1，ne=1500r/min,，励磁电压220V，电枢绕组电阻Ra=3.7Ω，电路总电阻R＝7.4Ω，L∑＝37.22mH（电枢电感、平波电感和变压器电感之和），电磁系数Ce=0.138 Vmin／r，Ks=27，电磁时间常数Tl=0.033ms，机电时间常数Tm=0.26ms，滤波时间常数Ton=0.001s，Toi=0.0031s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大电压值启东市大江中学8V，速度给定最大电压值10V。2. 稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量σi％≤5%；空载起动到额定转速时的转速超调σn％<10％。
2.2方案设计
方案一：单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统，它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化，所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时，它依靠被调量的偏差进行控制的，因此是有静差率的调速系统，而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速，实现无静差调速。在电动机轴上装一台测速发电机SF ,引出与转速成正比的电压Uf 与给定电压Ud 比较后,得偏差电压ΔU ,经放大器FD ,产生触发装置CF 的控制电压七星之旅Uk ,用以控制电动机的转速,如图1所示：
图1
方案二：双闭环直流调速系统该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，web of scienceASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入输出限幅功能的贫困大学生问题调查PI调节器，
且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如图2.2所示。
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