信息科学与工程学院
课程设计
2010-2011 学年第 二 学期
课程名称： 双闭环直流调速系统的设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师：
2011 年 6月
双闭环直流调速系统的组成结构与原理
双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的，实际的调速系统除要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求,这就需要一个电流截止负反馈系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接。即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晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流环在里面称环；转速环在外面称外环。这就构成了转速、电流双闭环调速系统。
原理：
*电动机在启动阶段①突加给定电压Un，Id随着上升，当Id?Idl后电机开始转动,*?Un,经放大后输出的电压保持转速调节器的输入端存在偏差信号?Un?Un**为限幅值Uim,使Id迅速上升到Id?Idm,Ui?Uim，转速调节器工作在开环状态。
② 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定转速调节器的输出限幅值来改变。
③在电动机转速上升到给定转速n*?n0后, 转速调节器输入端的偏差信号减
小到近于零,但其输出由于积分作用，是转速超调，转速调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动,转速调节器输入端产生的偏差信号将随时通过转速调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流电压相应变化,从而校正和补偿电动机的转速偏差。
·采用转速电流双闭环的理由
在要求较高的调速系统中，一般有两个基本要求：一是能够快速启动制动；二是能够快速克服负载、电网等干扰。通过分析发现，如果要求快速起动，必须使直流电动机在起动过程中输出最大的恒定允许电磁转矩，即最大的恒定允许电枢电流，当电枢电流保持最大允许值时，电动机以恒加速度升速至给定转速，然后电枢电流立即降至负载电流值。如果要求快速克服电网的干扰，必须对电枢电流进行调节。以上两点都涉及电枢电流的控制，所以自然考虑到将电枢电流也作为被控量，组成转速、电流双闭环调速系统。而且转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。
·工程设计方法：
① 先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。 ② 在选择调节器的参数，以满足动态性能的要求。在选择调节器的结构时，只采用少量的典型系统
调节器的具体设计
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 电路基本数据如下：
1）直流电动机：220V，136A，1460r/min, Ce?0.132V?minr,允许过载倍
数??1.5
2)晶闸管装置放大系数Ks=40; 3)电枢回路总电阻R=0.5Ω;
4)时间常数：电磁时间常数Tl=0.03s; 机电时间常数Tm=0.18s; 5)电流反馈系数??0.05VA 6)调节器输入电阻R0=20Ω; 7)转速反馈系数??0.007V?minr
设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量?i%?5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量?n?10%。试按工程设计方法设计转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。
电流环的设计 （1）确定时间常数
①整流装置滞后时间常数；Ts=0.0017s。
②电流滤波时间常数: Toi=0.002 s（三相桥式电路每个波头是时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s）。
T?i?Ts?Toi?0.0037 (Ts和Toi一般都比Tl③按小时间常数近似处理。
小得多,可以当作小惯性群近似地看作是一个惯性环节)
（2）选择电流调节器结构
根据设计要求：
?i%≤5%，可按典型Ⅰ型设计电流调节器。电流环控制对
象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成PI型的. 检查对电源电压的抗扰性能:
（3）计算电流调节器的参数
ACR超前时间常数?i?Ti?0.03s；
Tl0.03s??8.11 T?i0.0037s电流环开环时间增益:要求?i%?5%时，应取KIK?i?0.5 ，因此
KI?0.50.5??135.1s?1 T?i0.0037sKI?iR135.1?0.03?0.5??1.013 Ks?40?0.05所以，ACR的比例系数: Ki?
（4）校验近似条件
电流环截止频率: ?ci?KI?135.1s?1
①晶闸管装置传递函数近似条件： ?ci?即
11??196.1?135.1 3Ts3?0.0017s 满足近似条件；
1 3Ts② 忽略反电动势对电流环影响的条件：
?ci?3即 3?1,TmTl
11?3??40.82s?1??ci 满足近似条件； TmTl0.18s?0.03s③ 小时间常数近似处理条件：
?ci?即
113TsToi，
11??180.8s?1??ci 满足近似条件； 30.0017s?0.002s ④按所用运算放大器取R0=40k?，各电阻和电容值为 Ri?KiR0?1.013?40k??40.52k?，取40k?
双闭环直流调速系统的设计
