带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的设计与仿真

本次实践训练的要求是“带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统的设计与仿真”。

(一)设计参数

1)电动机：额定数据为10kv，220v,52A，1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。

2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压E2t=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。

3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。

4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。

5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤5

6)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流（1.5-2）IN。

(二)设计要求 

1)闭环系统稳定。

2)在给定和扰动信号作用下，系统稳态无静差。

(三)设计任务

1) 根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图；

2) 对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算；

3) 绘制原系统的动态结构图;

4) 动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计；

5) 绘制校正后系统的动态结构图；

6) 应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是否符合设计要求；

7) 加入电流截止负反馈环节；

8) 应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。

(四) 原理

   1) 闭环调速系统组成原理

与电动机同轴安装一个测速发电机，从而产生与转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un*相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A,产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc，用以控制电动机的转速。

PI调节器作用是使系统无静差

电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机。

(五)闭环直流调速系统稳态参数的计算

1）额定负载时的稳态速降应为: 7.68r/min

2）闭环系统应有的开环放大系数：

计算电动机的电动势系数：0.1329V.min/r

闭环系统额定速降为：391.27r/min

闭环系统的开环放大系数为：49.9

3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数

测速发电机的电动势：0.0611V.min/r

   转速反馈电压：16.05 V（α=α2Cetg   α2取0.18）

转速反馈系数为：0.010998 V.min/r

4) 计算运算放大器的放大系数和参数

运算放大器放大系数Kp为: 12.27

运算放大器型号：R0=40KΩ，R1=490.8 KΩ

5)判断系统的稳定性计算：

电枢回路的总电感为17.70mH

系统中各环节的时间常数：

电磁时间常数Tl:0.018S

机电时间常数Tm:0.158S

晶闸管装置的滞后时间常数Ts:0.00167S

计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K≤103.48，又因为

K=40.6，所以系统稳定。

6) PI调节器设计

原始系统的开环传递函数

原始闭环系统的开环传递函数

参数计算

 Wc2=119.82s-1

 L1=31.5dB

 Kpi=0.3265

τ=0.4227

PI调节器的传递函数为  Wpi(s)= (0.13799s+1)／ 0.42s 

(六) 仿真

1）单闭环直流系统的结构图

观看示波器的波形

2)加入PI调节器后仿真，经调整系数后仿真波形

3）加入电流截止负反馈后仿真波形

4）加入负载后

(七) 总结