《2022年转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案.docx（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用运动掌握课程设计题目： 转速,电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计系部： 自动化系 专业： 自动化 班级： 自动化 1 班 学号： 11423006 11423025 11423015 姓名： 杨力强 . 丁珊珊 . 赵楠 指导老师： 刘艳 日期： 2022 年 5 月 26 日-2022 年 6 月 13 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一、 设计目的1、应用所学的交、直流调速系统的基本学问与工程设计方法,结合
2、生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动掌握系统的初步设计；2、应用运算机仿真技术,通过在MA TLAB软件上建立运动掌握系统的数学模型,对掌握系统进行性能仿真讨论,把握系统参数对系统性能的影响；3、在原理设计与仿真讨论的基础上,应用PROTEL 进行掌握系统的印制板的设计,为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础；二、系统设计参数直流电动机掌握系统设计参数： ）输出功率为 :5.5Kw 电枢额定电压 220V 电枢电阻 0.2 欧姆电枢额定电流 30A 电枢回路电感 100mH 额定励磁电流 1A 电机机电时间常数 1S 额定励磁电压 110V 电枢答应过载系数 =1.5 功率因数 0.8
3、5 额定转速 970rpm 直流电动机掌握系统设计参数环境条件：掌握系统性能指标 ：电网额定电压 :380/220V；电流超调量小于等于5%；电网电压波动 :10%；空载起动到额定转速时的转速超调环境温度 :-40+40 摄氏度；量小于等于 30%；环境湿度 :1090%. 调速范畴 D20；静差率小于等于 0.03. 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1、设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统；主电动机技术数据为：反馈系数,电枢回路总电阻,机电时间常数,电动势转速比,转速反馈系
4、数,Ks=40 ,Ts=0.0017ms,电流,试对该系统进行初步设计；2、 技术指标要求量电动机能够实现可逆运行；要求静态无静差；动态过渡过程时间；,电流超调,空载起动到额定转速时的转速超调量三、主电路方案和掌握系统确定主电路选用直流脉宽调速系统,掌握系统选用转速、电流双闭环掌握方案；主电路采纳 25JPF40 电力二极管不行控整流,逆变器采纳带续流二极管的功率开关管 IGBT 构成 H 型双极式掌握可逆PWM 变换器；其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、规律延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器 GD 和 PWM 变换器；系统中设置了电流检测环节、电流调剂器以及转速检 测
5、环节、转速调剂器,构成了电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用 稳固电流,后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳固,最终排除转速偏 差,从而使系统达到调剂电流和转速的目的；该系统起动时,转速外环饱和不起作 用,电流内环起主要作用,调剂起动电流保持最大值,使转速线性变化,快速 达到给定值；稳态运行时,转速负反馈外环起主要作用,使转速随转速给定电 压的变化而变化,电流内环跟随转速外环调剂电机的电枢电流以平稳负载电流 原理图名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用如下列图1、PWM 变换器的选用
6、PWM 变换器有可逆和不行逆两类；可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种；由于题目要求须事先电动机可逆运行,故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管IGBT 构成 H 型双极性掌握 PWM 变换器；其中,电源电压 Us 选用不行控电力二极管25JPF40 整流供应,并采纳大电容 C 进行滤波；功率管开关管应承担 2Us 的电压,为此选用 FGA25N120AN 绝缘栅双极晶体管 IGBT并接在功率开关管两端二级管用在IGBT 关断时为电枢回路供应释放电感储能的续流；FGA25N的 参 数 ： Vce=200V , Ic=15A ； 选 用10CTF30型 电 力 二 极 管 , If=10
7、A ,Urm=300V ；采纳单相沟通220V 供电,变压器二次电压为67V ,桥式整流二极管最大反向电压大于电源的幅值的2 倍,最大整流电流按2 倍额定电流考虑；选25JPF40, If=25A ,Urm=400V ；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波,并在负载变化时保持电压平稳；另外,当脉宽调速系统的电动机减速或停车时,贮存在电动机和负载转动部分的动能将由电容器吸取,所以所用的电容较大,这里选用4000uf,电压按大于2 倍电压挑选；2、
8、传感器以及测速发电机的选用由于题目要求需要对电流进行采样,故此这里我们选用霍尔电流传感器 HNC-025A ,HNC-025A 传感器所能测量的额定电流为 5A 、6A、8A 、 12A 、25A ,当原边导线经过电流传感器时,原边电流 IP 会产生磁力线,原边磁力线集中在磁芯气隙四周,内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的,大小仅为几毫伏的感应电压,通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS,并存在以下关系式：IS* NS= IP*NP ；在外环中,我们需要有速度的反馈,这里我们选用永磁式3、驱动电路选用ZYS231/110 型作为测速机；驱动电路的作用是将掌握电路输
9、出的PWM 信号放大至足以保证IGBT 牢靠导通或关断的程度；同时具有实现主电路与掌握电路相隔离、故障后自动爱护及延时等功能；这里我们选用上海马克电气公司的AST96X 系列的 MAST5-2C-U12型 IGBT 驱动板 ,AST96X 为单路光电耦合隔离带短路、欠压和过压爱护功能的 IGBT 驱动模块； MAST 系列为 1 7 路、带隔离电源的 IGBT 驱动板,易于使用,对供电电源要求低,适用 600V 1700V 的各种不同类型 IGBT 驱动；两者均供应 电流源或电压源电阻两种驱动方式,具有单电源供电、输入电压范畴宽、内置正负电压发生器以及电压滤波器、内置短路爱护电路、内置驱动欠压
10、和过压爱护电路、内置 VCE 检测的快复原高压二极管、内置光电耦合器以传输驱动爱护故障信号、内置栅极过压箝位元件等特点；MAST5-2C-U12 是为掌握和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件,将分立电路集成在单片 IC 之中,使外围器件成本降低,整机牢靠性提高；该产品为大规模集成基极驱动电路,可对 IGBT 实现较抱负的基极电流优化驱动和自身爱护；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4、调剂器的挑选依据题目要求我们尝试用P 调剂器进行动态校正,但是存在静差,PI 调剂器可以进
11、一步提高稳态性能,达到排除稳态速差的地步；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,调剂作用受到多个环节的延滞,因此单闭环调速系统抗击电压扰动的性能 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 时的调剂,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；为了获得良好的 静、动态性能,转速和电流两个调剂器,并且这里我们采纳 PI 调剂器；5、脉宽调制器选用脉宽调制器用于产生掌握PWM 变换器的功率器件通断的PWM 信号；常用种类有：模拟式、数字式和专用集成电路；这里选用美国德克萨斯仪器公司TL494 专用集成电路作为双端输出型脉宽调制器,其载
12、波为锯齿波信号,振荡频率；,其中和取值范畴：,四、主电路的原理该系统是属于双闭环调速系统,其中具有转速环,称为外环,仍有就是电流环,这里称为内环,外环由测速机采集信号经过反馈系数得到电压信号反馈给ASR,内环我们这里名师归纳总结 采纳直流PWM 掌握系统相结合,其中脉宽调速系统由调制波发生器GM 、脉宽调制器第 6 页,共 16 页UPM 、规律延时环节DLD以及绝缘栅双极性晶体管的GD 和脉宽调制变换器组成；直流- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用PWM 掌握系统是直流脉宽调制式调速系统掌握系统,与晶闸管直流调速系统的区分在于
13、用直流 PWM 变换器取代了晶闸管沟通装置,作为系统的功率驱动器；脉宽调制器是有一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器；运算放大器工作在开环状态,在电流调剂器输出的掌握信号的掌握下,产生一个等幅、宽度受Uc 掌握的方波脉冲序列,为PWM 提供所需要的脉冲信号；规律延时环节DLD 保证在一个管子发出关断脉冲时,经延时后再发出对另一个管子的开通脉冲,在延时环节中引入瞬时动作限流爱护 FA 信号,一旦桥臂电流超过答应最大电流值时,使工作管子同时封锁,以爱护电力晶体管；IdU*n+UnASRU*i +-UiACRUc UPEUd0 RE 1/Cen+- Ks-双闭环直流调速系统的稳态结构图在正常运
14、行时,电流调剂器是不会达到饱和状态的；因此,对于静特性来说,只有转速 调 节 器 饱 和 与 不 饱 和 两 种 情 况 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 的 静 特 性 如 上 图 所 示 ,关系式可得,式中, 转速和电流反馈系数；由第一个,从而得到上图静特性的CA 段；与此同时,由于ASR 不饱和, U* i U* im,从上述其次个关系式可知: Id Idm；这就是说, CA 段静特性从抱负空载状态的 Id = 0 始终连续到 Id = Idm ,而 Idm 一般都是大于额定电流 IdN 的；这就是静特性的运行段,它是水平的特性；这时,ASR 输出达到限幅值 U* im ,转速外环呈开
15、环状态,转速的变化对系统不再产生影响；双闭环系统变成一个电流无静差的单名师归纳总结 电流闭环调剂系统；稳态时式中,最大电流Idm 是由设计者选定的,第 7 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用取决于电机的容许过载才能和拖动系统答应的最大加速度；式中所描述的静特性是上图中的AB 段,它是垂直的特性；这样的下垂特性只适合于n n0 ,就 Un U* n ,ASR 将退出饱和状态；双闭环调速系统的静特性在负载电流小 于 Idm 时表现为转速无静差,这时,转速负反馈起主要调剂作用；当负载电流达到I dm 后,转速调剂器饱
16、和,电流调剂器起主要调剂作用,系统表现为电流无静差,得到 过电流的自动爱护；系统稳态结构图以及动态结构图U*n- Un WASRs+*i- WACR sU c K sU d0- 1/RI d- I dLR1/Cen+Tms Tss+ 1Tl s+1UEUi双闭环调速系统的静态结构图五、双闭环调剂器的设计5.1、电流环的设计 1. 确定时间常数名师归纳总结 脉宽调制器和PWM 变换器的滞后时间常数第 8 页,共 16 页开关周期；脉宽调制器和PWM 变换器的放大系数为于是可得脉宽调制器和PWM 变换器的传递函数为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 电流滤波
17、时间常数取；个人资料整理仅限学习使用电流环小时间常数；2. 挑选电流调剂器结构依据设计要求,而且PI,因此可按 典 型 系 统 设 计 ； 电 流 调 节 器 选 用型 , 其 传 递 函 数 为3. 挑选电流调剂器参数要求时,应取,因此于是,4. 校验近似条件要求,现,现；要求要求,现；可见均满意要求；5. 运算 ACR 的电阻和电容取,就取取名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用取依据上述参数,电流环可以达到的动态指标为 5.2、 转速环的设计 1.确定时间常数,故满意设计要求；电流环等效
18、时间常数为；取转速滤波时间常数2. ASR 结构设计依据稳态无静态及其他动态指标要求,按典型系统设计转速环,ASR 选用PI 调剂器,其传递函数为3. 挑选 ASR 参数取,就就4. 校验近似条件要求,现；要求,现名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用；5. 运算 ASR 电阻和电容取,就取取取6. 校验转速超调量当时,而,因此可见转速超调量满意要求；7. 校验过渡过程时间空载起动到额定转速的过渡过程时间可见能满意设计要求；5.3、负反馈单元1. 转速检测装置挑选测速发电机参数名师归纳总结
19、- - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 永磁式 ZYS231/110 型,额定数据为个人资料整理仅限学习使用, ,；测速反馈电位器 的挑选枢考虑测速发电机输出最高电压时,其电流约为额定值的,这样,测速发电机电压降对检测信号的线性度影响较小；测速发电机工作最高电压测速反馈电位器阻值此时所消耗的功率为为,为了使电位器温度不要提高,实选瓦数应为消耗功率的一倍以上,应选取；六、系统的 MATLAB 仿真6.1 、系统仿真模型名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个
20、人资料整理 仅限学习使用6.2、仿真输出波形曲线图名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用六、系统部分电气原理图：名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用七、设计总结通过这次双闭环直流脉宽调速系统的课程设计,对自己学习电力拖动自动 掌握系统有了较深刻的熟悉；在学习本科目时第一感觉内容许多,而且有些理 解很抽象,所以在做作业以及设计的时候遇到比较大的阻碍；由于刚刚终止直 流的考试,在之前的复习下
21、来,终于对直流调速有个系统的概念；在老师发给我们设计材料的时候,看到了原理图简直就蒙住了,这个设计 比以往的作业仍是试验都复杂,同时难度也加大；通过看课本,以及去图书馆 找资料渐渐看出了些眉头后,通过请教老师和师兄把部分不懂的细节弄清了；完成这个艰难的第一步后,对整个题目解读宏观的把握,对解题方法也有了大 致思路；其次步就是具体分析,运算线路参数作出原理框图,这一步相对进行 的比较顺当；接下来就是理清思路仔细做潮流运算,在做潮流运算的时候由于 运算量比较大,线路参数比较多,所花的时间许多,而且要保证正确率；完成 整个运算后,面临这一个更艰难的任务,就是仿真：这一步进行的反常艰难,名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用寸步难行,由于我们没有开设matable 软件,从来没有接触这软件；后面通过自学软件实行仿真,最终完成调试；在本次的双闭环调速系统课程设计,我重新了熟悉到,我们对把握的学问 仍不扎实；在考完之后或是经过一段时间我们就对前面学过的学问没有印像 了,这主要是由于没有懂得性学习；所以,在以后的学习中,肯定要学的扎 实,学的牢靠,并且能学以致用,活学活用；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 16 页