电力拖动自控系统课程设计报告题目转速电流双闭环直流调速系统设计学院：电子与电气工程学院年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名：学号：指导教师：成绩：电力拖动自动控制系统综合课程设计设计任务书某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为：直流电动机：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ，W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ⋅=。
励磁电流为1.77A 。
晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈⋅= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on =V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。
设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。
目 录1 概述 (1)1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1)2 主电路计算 (2)2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2)3 直流双闭环调速系统设计 (8)3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)3.4启动过程分析 (11)3.5采用ACR和ASR类型的根据 (12)3.6电流调节器结构的选择 (12)3.7转速调节器的选择 (12)3.8双闭环系统工程设计 (13)3.9电流环设计 (14)3.10转速环设计 (17)4基于MATLAB/SIMULINK的调速系统仿真 (20)4.1仿真软件介绍 (20)4.2仿真设计 (20)4.3仿真结果 (20)5 实训报告 (23)6 设计总结 (24)参考文献 (25)1 概述1.1问题的提出采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流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，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需要。
1.2解决的问题为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值I dm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。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可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（ASR）和电流负反馈（ACR）。
1.3实现目标要求设计设计一个双闭环直流调速系统满足系统要求的性能指标。
2 主电路计算2.1整流变压器的计算1、二次侧相电压：V BA U )2.1~1.1(U d2ε= (2-1) 变压器采用D ，y11接线，表知，三相全控桥时 A=0d U /2U =2.34 （ 取ε=0.9为电网波动系数） 查表知 B=cos ， 角考虑100裕量 故B=0.985 所以V 4.231~1.212985.09.034.2400)2.1~1.1(B A U )2.1~1.1(U d 2=⨯⨯=ε= (2-2) 取U 2=220V, 变比 K=U 1/U 2=380/220=1.73 2、一次、二次侧电流的计算 查表知 K I1=0.816 ，K I2=0.8162I =K I2I d =0.816×21.8=18A1I =K I1I d /K=1.05×0.816×21.8/1.73=11A 3、变压器容量的计算一次侧，二次侧绕组的相数 3m 1=，3m 2= 所以 kV A 5.12113803I U m S 1111=⨯⨯== kV A 9.11182203I U m S 2222=⨯⨯==()()kV A 2.122/9.115.122/S S S 21=+=+=2.2晶闸管及其元件保护选择1.管额定电压()()V 1617~107822063~2U 63~2U 2TN =⨯⨯== (2-3) 取V 1600U TN = 2.闸管的额定电流 查表知 K=0.367I T （VA ）=（1.5~2）KI d =（1.5~2）×0.367×21.8=12~16A 取I T （VA ）=20A 故选KP20-17型元件3.晶闸管保护环节的计算 1）交流侧过电压保护措施 （1）阻容保护①电容选值操作过电压，其实质是开关开端时产生的电磁能量震荡过程。
在回路中没有保护器存在时，总电容值很小，导致震荡频率f很高。
电容的引入，可以大大提高回路总电容值，降低震荡频率。
最佳的效果应是降低频率正好到工频（50Hz），基本计算公式如下：f=ω/2π（2-4）ω=（1/LC－（R/2L）2）1/2（2-5）由于每个电路的初始L和C都不同，最佳值是不可能得到的。
只能依据真空断路器大致的情况进行经验比较。
根据多年运行经验，取电容0.1μF时，一般可以将f限制在150Hz以下，因此0.1就成为一个比较通用的值。
理论上讲，若对具体电路可以做到精确测算，容量再大些对保护效果会更好（这就是有些地方用0.2或0.15的原因），但若没有精确测算，导致f太小将造成副作用。
②电阻选值R是一个阻尼元件，一方面对震荡频率有影响，一方面对电容器保护有利。
对震荡频率的影响可以参考上面的公式(2-5)，R不应小于其临界值2（L/C）1/2，否则对降低频率不利。
所以存在电阻值不应小于100Ω的说法。
R值高同样有利于保护电容本身安全，防止电容过载烧毁。
故一般高安全性的阻容吸收装置，都适当的增大了R的值（一般最高做到400Ω）。
但是R值如果太大，将大大提高时间常数，导致暂态时间延长，不利于保护的高效性。
所以我们希望R能够是一个压敏元件，在低压下电阻尽可能大，以保护电容；在高压下达到百欧姆级，以利于工作。
自控式阻容吸收器的最主要改革就在于此。
而且这样改革后，额外的起到了限制正常电压下阻容吸收器接地电流的作用，不会造成以往出现的阻容吸收器，接地电流引发系统误判断的问题，简化了整体设计在实际晶闸管电路中，常在其两端并联RC串联网络，该网络常称为RC阻容吸收电路。
我们知道，晶闸管有一个重要特性参数－断态电压临界上升率dlv/dlt。
它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。
若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。
即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能发生这种情况。
因为晶闸管可以看作是由三个PN结组成。
在晶闸管处于阻断状态下，因各层相距很近，其J2结结面相当于一个电容C0。
当晶闸管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容C0，并通过J3结，这个电流起了门极触发电流作用。
如果晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则C0的充电电流越大，就有可能造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，即常说的硬开通，这是不允许的。
因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。
为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。
因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。
同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。
由于晶闸管过流过压能力很差，如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。
RC 阻容吸收网络就是常用的保护方法之一。
电容的选择2m 2126I (1/3)/=2.18C S U Fμ≥ 取F 18.2C 1μ=式中K 查表知，三相全控桥的K=0.367 取耐压≧1.5m U =1.5220=467V故选电容量F 2.2μ=C ，耐压500V 的标准电容器。
电阻的选择221 2.3 2.37013U R S ≥⨯==Ω取R=70Ω电容电流，亦即流过电阻R 1的电流6c 162102 3.1450 2.2220100.152c I f C U Aπ--=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=R 1的功率()()221P 3~4I R 3~40.15270 4.85~6.5W R c ≥=⨯⨯=取W 7P R =可选70Ω，7W 金属膜标准电阻。
（2）压敏电阻R V1的选择标准电压：imA U =（1.3~1.5）2U =1.3220=404.5~467V 取500V ，通流量取5kA ，故选MY-500/5的压敏电阻作交流侧流通过电压 保护。
4、直流侧过电压保护措施imA U ≧（1.8~2）DC U =（1.8~2）×400V=720~800V选普通压敏电阻，型号MY-800/3作直流侧过压保护。
标称电压800V,通流容量为kA 35、晶闸管及整流二极管两端的过电压保护晶闸管：C 2=0.2uF ，R 2=40Ω电容耐压≧1.5U m =1.5U 2=1.5×220=808V选C2JD-2型金属化介电容器，电容量0.22uF ，耐压800V电阻功率：W 532.010U C PR 6m 2=*⨯⨯=-f取Ω=40R 2，1W 金属膜电阻整流二极管两端的过电压保护是通过可调电阻来实现的。