自动控制系统课程设计——双闭环直流调速系统

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1、自动控制系统课程设计指导教师：朱艺峰组 别： F 组组 员：王有康 卢启维 王子洲 郭妍妍 周静 设计概述+12V直流稳压电源及触发电路的设计整流及晶闸管保护电路设计电流调节器的设计及参数的计算转速调节器的设计及参数的计算Simulink仿真系统稳态结构框图系统稳态结构框图 双闭环直流调速系统的稳态结构框图转速反馈系数 电流反馈系数 Ks 1/CeU*nUcIdEUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE 12V直流稳压电源设计 设计为转速给定电路提供12v可调的直流稳压电源，电路原理图如下：直流稳压电源由电源变压器T、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图：电源变

2、压器T将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。整流电路将变换后的交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。稳压电路由集成稳压器和一些外围元件所组成。当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。 12V直流稳压电源设计 触发电路的设计三相晶闸管集成触发电路： 触发电路的设计该电路核心部分是三块集成触发电路N1、N2、N3构成的电路，它们是TCA785集成电路。一块TCA785集成触发电路可以同时发两个相位互差180度的脉冲，若需要六路相位互差60度的脉冲需要三块TCA785。同步电压

3、经过高阻值的电阻后,送到其内部电源零点鉴别器,然后送往同步寄存器寄存,同步寄存器中零点寄存信号控制锯齿波发生器,9管脚连接的电位器用来调节三相锯齿波斜率,并和控制电压结合定触发脉冲初相位。当电容两端锯齿波电压大于移相控制电压即11管脚电压时便产生一个脉冲电压送到输出逻辑单元.控制电压经过限流电阻送到TCA785的11管脚,决定相位角的大小.当控制电压下降时相位角前移变小,相应有当控制电压上升时,相位角后移变大。 触发电路的设计TCA785接在同步变压器的二次侧。同步电压要经过阻容滤波电路，会造成相位上滞后（60）同时也是为了使移向的范围处于锯齿波的线性段（中间部分），因此希望同步电压较主电路电

4、压超前30（因电压过零点已较自然换流点超前了30 ），所以同步变压器接线方式为Yy10。集成芯片CD4011的作用是将N1、N2、N3的14、15脚输出的脉冲斩成脉冲列。KC41C的作用是对N1、N2、N3的14、15脚输出的脉冲再产生一个补脉冲。KC41C输出的触发脉冲，经过功率放大，再经脉冲变压器，送往主电路的VT1-VT6六个晶闸管。 整流及晶闸管保护电路的设计整流变压器接成Dy-11型，可以有效抑制整流时三次谐波对电网的不良影响。由于同步电压还要经过阻容滤波电路，会造成相位滞后（约30度），因此采用Yy-10的联接方式。变压器变压器二次侧相电压二次侧相电压U U2 2为为经计算U2=1

5、10.4V，取U2=110V变压器变比K=U1/U2=2/1N22kminVTddmax2IICu-cosAUnRIUU 整流及晶闸管保护电路的设计二次侧相电流I2和一次侧相电流I1：二次侧相电流I2=Id/1.22=600A一次侧相电流I1=I2/k=600/2=300A变压器容量计算：二次容量S2=M2*U2*I2=3*110*600=198 KVA一次容量S1=M1*U1*I1=3*220*300=198 KVA平均计算容量S=0.5*(S1+S2)=198 KVA设计时留取一定的裕量，可以取容量为200KVA的整流变压器。 整流及晶闸管保护电路的设计整流元件的额定电压整流元件的额定电流

6、GTR的选择TmTNU32UV）108405（UTNdfbTNIK25.1IA）648486（ITNA）17601330（1165.125.1I25.1INCMV）660440（32NCEOBRUU 整流及晶闸管保护电路的设计此外还应注意：（1）当环境温度超过40摄氏度时，应降低元件的额定电流值；（2）当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。故选取型号：KP600-7型普通晶闸管 整流及晶闸管保护电路的设计过电压（阻容）保护：阻容保护是在整流变压器两侧并联电阻和电容，接线方式见右图，计算单向变压器交流侧过电压保护电容C和R的公式为：140%i%uSU2.3Rfk2F0.66U

7、S%6iC22f在晶闸管元件两端并联RC电路，起到晶闸管换相过电压的保护。串联电阻R的作用一是阻尼RLC回路的震荡，二是限制晶闸管开通瞬间的损耗且可减小电流上升率di/dt。R、C值可按经验数据选取，对于本设计晶闸管额定电流为200A，故C可取1uF,R取5. 整流及晶闸管保护电路的设计过电流保护快速熔断器保护熔体的额定电流选取：选取m57. 1TNTNIII300ATNNII 整流及晶闸管保护电路的设计电抗器参数计算与选择 作用：保证电流的连续 当负载电流较小，会出现电流断续的现象，使电机的机械特性变软，影响系统的静态特性。临界电抗量晶闸管相电压有效值U2=110V最小负载电流平均值Id=5

8、%Id=44A得：Lcr=1.74mHdmin2crcrIUKL 整流及晶闸管保护电路的设计限制输出电流脉动电感量为了使系统能正常运行，提高运行的可靠性，在主电路中与负载串联电抗器其中电感量：di2d2dm3mISUf2U/U10L 整流及晶闸管保护电路的设计由表3-5可查Si为电流脉动系数，三相整流Si0.05,取Si=0.03代入数据得为了准确设计电抗器,计算时所得 应该扣除 z300fdH8.0U/U2dmmH13.273303.030021108.010L3maLLL mcrLL和 整流及晶闸管保护电路的设计折算到变压器二次侧的每相漏电感量为与整流电路形式有关的系数由表3-5 为3.9

9、电动机 电枢电感量为 mH035.073311006.09.3IUUKLd2KLLmHCIULLNNN955.0np2101.19a3a 整流及晶闸管保护电路的设计满足设计要求的平波电抗器计算得lamp2cr,maxLLLLLmHL14.1p 整流及晶闸管保护电路的设计电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。 电流检测电路的设计电流调节器的选择：电流环的作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而在突加控制作用时不希望有