最后是用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析。
第3章 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组 成
3．1 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①旋转变流机组；②静止式可控 整流器；③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20世纪60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。
1．2 研究课题的目的和意义
在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作 用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差 一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反 馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰
性能大有改善因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态 变化会比单闭环系统小得多。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。
（3-1） 式中 T------功率开关器件的开关周期；
------开通时间； ------占空比，，其中为开关频率。
图3.2 直流斩波器-电动机系统原理图
图3.3 波形图
因此，根据本设计的要求应选择第二个可控直流电源。 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，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，根据 晶闸管的特性，可以通过调节控制角α大小来调节电压。当整流负载容 量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其直流侧由三相电 源供电。三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路，因为三相半 波整流电路在其变压器的二次侧含有直流分量，故不采用，本设计采用 了三相全控桥整流电路来供电，该电路是目前应用最广泛的整流电路， 输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置 调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行 等技术要求。主电路原理图如图3.4所示
定，并满足动态性能指标的要求。 5． 绘制V—M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Orcad或Matlab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。
1.3.3 技术参数 1. 晶闸管整流装置：，。 2. 负载电机额定数据：，，，，，。 3. 系统主电路，。
1957年晶闸管问世，已生产成套的晶闸管整流装置，即右图3.1晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统)的原理图。通过调节处罚装置GT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。
图2.1 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。一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
1．3 设计内容和要求
1.3.1 设计要求 1. 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。 2. 系统静特性良好，无静差（静差率）。 3. 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）。 4. 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5. 调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。 6. 主电路采用三项全控桥。 1.3.2 设计内容 1. 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。 2. 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）。 3. 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）。 4．动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳
图3.1 V—M系统原理图
直流斩波器-电动机系统的原理图示于图3.2，其中VT用开关符号表示任 何一种电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时，直流电 源电压US加到电动机上；当VT关断时，直流电源与电机脱开，电动机 电枢经VD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3.3所示,好像是电源电压US在时间内被接上,又在(T--)时间内被 斩断,故称“斩波”。这样，电动机得到的平均电压为
图3.4 主电路原理图
三相全控制整流电路由晶闸管VT1、VT3、VT5接成共阴极组，晶闸管 VT4、VT6、VT2接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极 组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组 中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的 整流电路。晶闸管的控制角都是，在一个周期内6个晶闸管都要被触发 一次，触发顺序依次为：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管 必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60O，只有这样才 能使电路正常工作。
目录
第1章 绪 论 1
1．1 直流调速系统的概述 1 1．2 研究课题的目的和意义 2 1．3 设计内容和要求 2
第2章 双闭环直流调速系统设计框图 4 第3章 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组 成6
3．1 主电路的选择与确定 6 3．2 双闭环调速系统的组成 8
第4章 驱动电路的设计 11
4．1晶闸管的触发电路 11 4．2脉冲变压器的设计 13
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，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。
图3.6 转速、电流双闭环直流调速系统原理框图
（注: ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电
机
TA—电流互感器
UPE—电力电子装置 Un*—转速给定电压
Un—转速反馈电压 Ui*—电流给定电压 Ui —电流反馈电 压）
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调 节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图3.6所示。 这就是说把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器 的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环 在里面，叫内环；转速调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、 电流双闭环调速系统。
图3.5 带有截止负反馈系统启动电流波形
实际的调速系统, 除要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加 快启动和制动过程的要求, 例如可逆轧钢, 龙门刨床都是经常处于正反转 工作状态的, 为了提高生产率, 要求尽量缩短过渡过程的时间。从图3.2 启动电流变化的波形可以看到, 电流只在很短的时间内就达到了最大允 许值, 而其他时间的电流均小于此值, 可见在启动过程中,电机的过载能 力并没有充分利用。如果能使启动电流按虚线的形状变化, 充分利用电 动机的过载能力, 使电机一直在较大的加速转矩下启动, 启动时间就会大 大缩短, 只要就够了。上述设想提出一个理想的启动过程曲线, 其特点是 在电机启动时, 启动电流很快加大到允许过载能力值, 并且保持不变, 在 这个条件下, 转速得到线性增长, 当开到需要的大小时, 电机的电流急剧 下降到克服负载所需的电流值,对应这种要求可控硅整流器的电压在启 动一开始时应为, 随着转速的上升, 也上升, 达到稳定转速时, 。这就要求 在启动过程中把电动机的电流当作被调节量, 使之维持在电机允许的最 大值, 并保持不变。这就要求一个电流调节器来完成这个任务。带有速 度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的。如要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V 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2.1设计的总框 架。
整流 供电
三相交流电源 三相桥式整流电路
直流电动机
双闭环直流调速机 驱动电路 保护电路
第5章双闭环调速系统调节器的动态设计 15
5．1 电流调节器的设计 15 5．2 转速调节器的设计 18
小结 24 致谢 25 参考文献 26 附图 28
第1章 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。