转速、电流双闭环调速系统的设计

时间：2025-04-03

课程设计

题目学生姓名学生学号

专业名称电气工程及其自动化指导教师

2012年 2月 14日

一、前言.......................................................................................................................... 2 二、方案原理图 ............................................................................................................... 2

（一）转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成.................................................... 2 （二）转速、电流双闭环直流调速系统的原理图 ....................................................... 3 三、设计要求................................................................................................................... 3 四、参数计算................................................................................................................... 4

1、稳态参数计算 ...................................................................................................... 4 2、电流调节器ACR的设计 ...................................................................................... 4 3、转速调节器ASR的设计 ....................................................................................... 5 4、阻容和参数，元件型号，封装形式 ....................................................................... 7 五、总结与体会 ............................................................................................................... 7

一、前言：

电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，

纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。

20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。

本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器。

二、方案原理图

（一）转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成

图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统

ASR---转速调节器 ACR---电流调节器 TG---测速发电机 TA---电流互感器 UPE---电力电子变换器 Un*---转速给定电压 Un---转速反馈电压Ui*---电流给定电压Ui---电流反馈电压为实现转速和电流两种负反馈分别作用，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和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，如图所示。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电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

（二）转速、电流双闭环直流调速系统的原理图：

图1-2双闭环直流调速系统电路原理图

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PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如上图所示。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Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示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Uim*决定后了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制电压Ucm 限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。

三、设计要求

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： 1、

已知电动机的额定数据为：PN=60KW、UN=220V、IN=308A、nN=1000 r/min，电动势系数Ce=0.196V·min/r，主回路总电阻R=0.18Ω，触发整流环节的放大倍数Ks=35。电磁时间常数TL=0.012s，机电时间常数Tm=0.12s，电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。额定转速时的给定电压(Un)N=10V，调节器ASR,ACR饱和输出电压Uim*=8V，Uom=6.5V。

2. 设计要求系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D=10，电流超调量σi≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10％。

四、参数计算

1、稳态参数计算

电流反馈系数

*im

Idm

8339

0.0263V/A

转速反馈系数

nmax

101000

0.01V min/r