单闭环可逆直流调速系统.docx

单闭环直流调速系统
一、设计任务：设计一个转速单闭环的直流拖动系统。
二、设计要求：
根据附录选择一款直流电动机。
选择测速发电机，设计反馈环节。
设计UPE环节的原理图，给出该环节的时间常数和放大系数。
选择一款运算放大器，设计PI调节器，给出原理图。
设计电流截止负反馈环节，给出原理图，计算相关参数。
给出系统静特性结构框图以及动态结构框图。
7.绘出静特性曲线。
8.估算反馈系数。
三、设计过程及参数计算
1、直流电动机的选择
电动机型号：Z4-315-12
额定功率253KW额定转速900r/min
额定电压400V额定电流690A
电枢回路电阻0.02355Ω电枢回路电感0.46mH
2、测速发电机的选择及反馈环节的设计
(1)测速发电机的选择
选择型号:
额定电压:额定转速:额定电流0.4A
(2)反馈环节的转速反馈系数和分压系数的计算
选择直流稳压电源:,由选择型号知:,选取,PI调节器，稳态时无静差,知:,,,由选取的测速发电机知,,,其电动势系数,

又因为
,
推得
取测速发电机输出最高电压时其中电流约为额定值的，则
此时的的消耗功率为
为了留有裕量查表取功率为：10w电阻为：1000Ω
3、UPE环节的原理图设计,该环节的时间常数和放大系数的计算
UPE环节的动态结构图如下：

选三相桥式全控整流电路,采用系统.
三相桥式全控整流电路的原理图如下:

对于三相桥式全控整流电路,负载平均电压,取,要求略大于,取,,取整
§晶闸管的额定电压的确定:整流电路的电压波形峰值为,取,晶闸管的额定电压选用时，额定电压为正常峰值电压的2~3倍，作为允许的操作过电压欲量。晶闸管的额定电压取:
§晶闸管的额定电流的确定:由已知条件,直流电动机,一般来说电动机允许的最大电流值,在这里取,从而,,晶闸管的额定电流是按平均值标定的，所以
§平波电抗器的确定:一般取为电动机额定过电流的5%~10%,取,则三相桥式全控整流电路总电感，近似为平波电抗器电感
查表得三相桥式全控整流电路的
§时间常数的确定:电枢回路电磁时间常数
§放大系数的确定:
4、运算放大器的选择，PI调节器的设计，以及原理图。
PI调节器原理图如下：

比例积分（PI）调节器线路图
其中运算放大器选用、管脚接线如下图所示：

为了限制放大器输出值的最大值，必须设置限幅电路，这里选用齐纳二极管来实现限幅，型号为HZD5240B,崩溃电压为10V,所以该电路的，0.7为管导通时的压降，限幅电路的电路图如下：

5、电流截止负反馈环节的设计,原理图,以及相关参数的计算
原理图如下：
M
+
+
-
-
Ud
Id
Rs
VD
Ui
Coma
接放大器

M

由于，因此，电动机堵转电流应小于电动机允许的最大电流，一般为=（1.5~2），另一方面，从调速系统的稳态性能上看，希望CA段的运行范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，例如，取（1.1~1.2）。

又截止电流
由上面两个公式联立可得：
比较电压=30V
串入电枢回路中的小阻值电阻=0.023
6、系统静特性结构框图以及动态结构框图
,

静特性结构框图为
31
2.35
0.015
U*n

Un
∆Un

Uc
Ud0
E
n
-IdR

构成系统的主要环节是电力电子变换器和直流电动机。不同电力电子变换器的传递函数，它们的表达式是相同的，都是

只是在不同场合下，参数Ks和Ts的数值不同而已。
直流电动机的传递函数：
假定主电路电流连续，则动态电压方程为：，
如果，忽略粘性磨擦及弹性转矩，电机轴上的动力学方程为：

额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为：，
—包括电机空载转矩在内的负载转矩，N-m；
—电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量，N-m2；
—电机额定励磁下的转矩系数，N-m/A；
—电枢回路电磁时间常数，s；
—电力拖动系统机电时间常数，s
整理以上各式得：

式中为负载电流。
在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数为：

电流与电动势间的传递函数为：
整个直流电动机的动态的结构图如下所示：

直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系数，即:
放大器:，
测速反馈:，
知道了各环节的传递函数后，把它们按在系统中的相互关系组合起来，就可以画出闭环直流调速系统的动态结构图，如下图所示。由图可见，将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统。
反馈控制闭环调速系统的动态结构图如下所示：

由上述设计中的计算结果可得，
可得动态结构框图为：

n(s)
U*n(s)
IdL(s)
Uct(s)