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1、自动控制系统课程设计报告课程名称：自动控制系统课程设计 设计题目：配合控制的有环流可逆调速系统设计课程设计（论文）任务书专 业电气工程及其自动化班 级学 生指导教师题 目配合控制的有环流可逆调速系统设计子 题设计时间2014年 11月 3 日 至 2014年 11月 14日 共 1 周设计要求直流电动机基本参数如下：直流电动机：220V，36A，1460r/min，Ce=0.127Vmin/r，允许过载倍数=1.5。晶闸管装置放大系数：Ks=33。电枢回路总电阻：R=0.3。时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s。电流反馈系数：=0.185V/A（10V/1.5Inom）。转速反馈系数：
2、=0.007Vmin/r（10V/Nnom）。设计目的：1. 通过课程设计掌握配合控制有环流可逆调速系统分析与设计方法。2. 掌握有环流可逆调速系统的制动和反向过程，了解配合控制有环流可逆调速系统的应用场合，优缺点和工作原理。3. 掌握设计的一般方法。设计内容：1. 配合控制有环流可逆调速系统的工作原理。2. 各环节的特点和参数选择。3. 按设计思想，叙述设计过程。4. 分析反向制动过程的各点极性变化和两组整流装置的工作状态。5. 详细分析配合控制有环流可逆调速系统的设计过程。6. 转速调节器，电流调节器（ASR，ACR）具有抗干扰滤波能力，稳态运行无静差。8. 稳态指标：无静差。9. 动态指
3、标：电流超调量i15%，空载起动到额定转速时的转速超调量n10%。10.用A1号图纸（8个A4）绘制所设计的原理图；原理图要求清楚、工整，含器件参数。主要参考文献：电力拖动控制系统设计手册_朱仁初一、 配合控制的有环流可逆调速系统概述及工作原理41) 系统概述42) 双闭环直流调速系统概述43) V-M调速系统工作原理分析：6二、 主回路的设计81) 主回路元器件参数计算及型号选择82) 主电路保护元件的参数计算及选型。113) 抑制环流电抗器参数的计算144) 晶闸管脉冲触发电路设计：165) 电机励磁回路设计：186) 转速检测及反馈环节18三、 控制回路的设计191) 电流调节器ACR
4、的设计192) 转速调节器的设计223) 控制器输出限幅环节264) 反相器设计265) 电流反馈环节26四、 直流稳压供电电源的设计276) 工作原理27五、 操作及系统故障保护回路的设计28六、 参考文献29一、 配合控制的有环流可逆调速系统概述及工作原理1) 系统概述有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管-电动机系统。由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如
5、果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。配合控制消除平均直流环流的原则是正组整流装置处于整流状态，即为正时，强迫使反组工作在逆变状态，即为负，且幅值与相等，使逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。图1-1 V-M可逆调查速系统2) 双闭环直流调速系统概述1. 单闭环调速系统存在的问题 图1-2 单闭环直流调速系统稳态结构框图()1) 用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，2) 环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才能进行调节，因而转速动态降落大。3) 电流截止负反馈环节限制起动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响
6、应，起动时间较长。图1-3 时间最优的理想过渡过程2. 双闭环调速系统 对于经常正、反转运行的调查系统，如门刨床、可逆轧钢机等级，缩短起，制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在起动（或制动）过渡过程中，始终保持电流为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳定态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。这类理想的起动（制动）过程如下图。为了在启动或者制动过程中保持电流最大值，需要再加入一个电流调节器。图1-4 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图图1-5 双闭环直流调速系统的稳态结构图图1-6 双闭环直流调速系统的动态结构图3. 双
7、闭环调速系统优点1) 具有良好的静特性(接近理想的“挖土机特性”)。2) 具有较好的动态特性，起动时间短(动态响应快)，超调量也较小。3) 系统抗扰动能力强，电流环能较好地克服电网电压波动的影响，而速度环能抑制被它包围的各个环节扰动的影响，并最后消除转速偏差。4) 由两个调节器分别调节电流和转速。这样，可以分别进行设计，分别调整(先调好电流环，再调速度环)，调整方便。3) V-M调速系统工作原理分析：图1-7 V-M调速系统原理图系统的起动和运行过程与不可逆双闭环调速系统相同，在突加给定信号为正时，正组桥工作于整流状态，反组桥工作于逆变状态，由正组桥向电动机提供正向电流，电动机经历电流上升、恒
8、流升速和转速调节三个阶段后，进入正转稳定运行阶段，反组桥仅有少量脉动环流通过。在突加给定信号为负时，正组桥工作于逆变状态，反组桥工作于整流状态，由反组桥向电动机提供反向电流，电动机同样经历电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段后，进入反转稳定运行阶段，而正组桥仅有少量脉动环流。可逆系统的特点在于反转制动过程，电动机反转需要改变转矩的方向，由改变转矩方向即需要改变电枢电流的方向，由于电枢回路存在着电感，电枢电流的流向改变则要经历电流的下降和反向电流上升和建立的过程。由于电感是储能元件，电感储能与电流有关，因此电流下降就意味着电感储能的释放，电流上升就意味着电感的储能增加的过程。因此，电动机的反转制
9、动过程可以分为本桥逆变、它组反接制动和它组回馈制动三个主要阶段，现以正转到反转的过程给予说明。(1) 本组逆变阶段。当转速给定由正变负时，转速调节器的输出即电流调节器的输入改变极性，从而电流调节器的输出改变符号，使正组桥从整流改变为逆变状态，反组桥从逆变改变为待整流状态，正转回路的电感能量释放，由电感反电动势维持电枢正转回路电流的流通，电动机的正向迅速电流下降，电感储能经正组桥(逆变状态)流向交流电源，而反组整流器由于不能通过反向电流，除少量脉动环流外，没有负载电流通过，处于待整流状态。因时间很短，电动机转速基本不变。(2) 它组反接制动阶段。当电动机的正向电流下降到零后，电感反电动势作用消失
10、，处于整流状态的反组整流器开始输出电流，电枢电流开始反向，由于整流器输出电压与电动机反电动势的方向相间，电动机处于反接制动状态，电流上升很快。在这阶段中，电动机的转速开始下降，正组整流器同样由于不能通过反向电流，除少量脉动环流外，没有负载电流通过，处于待逆变状态。(3) 它组回馈制动阶段。在反接制动阶段中由于电流上升很快，当电流反馈大于电流给定值时，电流调节器的输出Uc 又改变极性，使正组整流器处于待整流状态，反组整流器处于逆变状态，这时由于电枢反电动势与整流器输出电压反向相反，且电枢反电动势大于整流器输出电压，这时回路的电流由电枢电动势产生，且经反组整流器(逆变状态)流向交流电源，电动机进入
11、发电回馈制动阶段。这阶段的特点是电动机转速不断下降，电动机的惯性储能经反组整流器回输电网。随着转速的下降，电枢电动势也不断下降，但由于转速调节器的输出在电动机转速没有反向超调时，始终保持着最大限幅状态，这时电流调节器发挥作用，维持电动机以最大电流回馈制动，即电流调节器的输出随转速的下降而减小，力图保持最大的制动电流，取得最快的制动效果。如果紧接着反转，的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。正转制动和反转启动完全衔接起来，没有间断或死区。控制的有环流可逆调速方式，在实际应用中由于难以准确保持的状态，一旦出现时，就有可能产生直流环流，使整流器过载或损坏，故实际上并不采用，但研究控制的有环流可
12、逆系统，对理解直流电动机的可逆过程有很大帮助。二、 主回路的设计1) 主回路元器件参数计算及型号选择1. 整流变压器的参数计算一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，需要通过变压器与电网我连接。另外，合适的输入电压可以使得晶闸管在较大的功率因数下运行；变压器的隔离作用还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分，减小对电网的污染。主电路选用的变压器一次侧绕组采用联接，二次侧采用Y联接。电网一次侧线电压为380V。整流变压器二次相电压的选择： 注意U2过高会使得设备运行中为保证输出直流电压符合要求而导致控制角过大，使得功率因数小，如果U2选择过小又会导致在触发角的情况下仍然得
13、不到要求的直流电压。可以根据以下公式来计算整流变压器二次相电压的，为电动机额定电压。在实际运行中整流器输出的平均电压还受其它因素的影响，诸如电网电压的波动，晶闸管的正向导通压降以及回路杂散电阻的影响等。所以系数代入数据得：，取因此变压器的变比近似为整流变压器一、二次侧相电流的计算。二次侧相电流为二次侧相电流的计算系数,在三相桥式整流中。为整流器额定直流电流。代入参数数得：则一次侧电流为：,式中为变压器变比代入数据计算得变压器一次容量二次侧容量为,，为相数，变量器容量代入参数计算得考虑一定的裕量，选取容量为30KVA的变压器。2. 晶闸管的参数计算及选型 选择晶闸管主要是选择它的额定峰值电压(重
14、复峰值电压)、额定电流(通态平均电流)、门极触发电压和门极触发电流即可，尤其是额定峰值电压与额定电流这两个指标。在本设计我们采用的是三相桥式全控整流电路，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压考虑电网电压的波动和操作过电压等因素，需乘上一个23的安全系数，这样可以得到:晶闸管额定电流的计算：晶闸管在使用是应按实际电流有效值与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流，即：，为裕量系数实际使用时还就留一定的裕量，一般取。流过晶闸管的电流的有效值为：为直流侧最大电流，代入数据计算得：在普通电机调速中用普通晶闸管即可，查ZP系列整流管参数表：正向平均电流正向峰值电压反向得复峰值电压VRRM（V）反向
15、重复峰电流工作结温推荐用安装力型号IF（AV）（A）VFM（V）IRM（mA)散热器ZP5A51.65020002TJ-40+150SZ13ZP螺旋式ZP10A101.65020005SZ14ZP20A201.85020005SZ15ZP30A302.05024007SZ16ZP50A502.05024008SZ16ZP100A1002.050300010SL17ZP200A2002.050300012SL188ZP300A3002.050300015SL1911ZP500A5002.050300020SF15 SS1215陶瓷型螺旋式ZP800A8002.050300025SF15 SS13
16、19ZP1000A10002.050300025SF16 SS 1324ZP1500A15002.050300030SS1430ZP2000A20002.050300030SS1436ZP3000A30002.050300035SS1440图2-1 ZP系列整流管参数表选取ZP50型号的晶闸管即可满足要求，其额定电流。3. 平波电抗器参数的计算 在V-M系数中，脉动电流会增加电动机的发热，同时也会产生脉动转矩，对生产机械不利。此外，电流波形的断续给予平均值描述的系统带来一种非线性的因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。为了减轻电流脉动的影响，这里采用设置平波电抗器的方式来抑制电流脉
17、动。对于三相桥式整流电路，总电感量的计算公式为：一般情况下为电动机额定电流的。代入数据计算得其中电动机电枢的电感量为：因此无需电抗器即可满足要求。2) 主电路保护元件的参数计算及选型。1. 变压器二次侧过电压保护整流设备晶闸管能够承受的最大峰值电压是重要参数之一，该参数表征晶闸管承受过电压的能力。过电压主要是指电气系统内部合闸、分闸和电力电子器件的关断等原因造成的操作过电压。例如，降压变压器初次合闸时，初级施加的高压会通过初、次级绕组间的分布电容耦合到次级，使之出现感应过电压；交、直流侧的分闸操作切断电感回路电流时，会因电感释放磁场储能而形成数倍额定电压的过电压；在晶闸管管断过程中，因反向电流
18、迅速减小。回路电感中会产生很高的换相过电压。除了操作过电压外，还有由于雷击等外部因素侵入电网的偶然性的浪涌过电压，过电压倍数会很高。采取过电压保护措施后，会使经常发生的操作过电压限制在器件额定电压以下，偶然性的浪涌电压限制在其间的断态和反向不重复峰值电压数值以下。过电压保护措施有基于吸收原理的阻容保护和基于泄放原理的非线性元件保护两种，其目的都是为将过电压限制在允许范围之内。阻容保护图2-1 过电压阻容吸收保护电路原理图在本设计中采用阻容吸收保护的方式来抑制过电压，阻容吸收装置中的计算公式为：的阻值（）计算公式为：的功率（）计算公式为：以上各式中，为变压器次级空载线电压，为变压器次级线电流，为
19、电源频率，、为计算系数，见下表，为变压器励磁电流对额定电流的标么值，一般取。电路形式单相桥式三相桥式三相半波三相双反星形表2-2变压器的容量30KVA，将数据代入公式计算得：,取E24系列标准电容值。电容的耐压值：计算电阻阻值：计算电阻功率：因此电阻可以取标准值的水泥电阻。金属氧化物压敏电阻的过电压保护压敏电阻是由氧化锌，氧化铋等烧结制成的非线性电阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作时漏电流小、损耗小，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强，除此之外，它对冲击电压反映快，体积又比较小，应用广泛。压敏电阻的选择可按下式式中为压敏电阻的额定电压；为电网电压升高系数，一般取1.051.10
20、。取得：，查压敏电阻型号表得知MYG-32D471K型号的压敏电阻即可满足要求。以下是其技术参数：型号 最大连续工作电压压敏电压最大限制电压 通流容量（8/20u s）最大能量（J）额定功率电容量AC(V) DC(V) V0.1mA Vp(V) lp(A) 1次(A) 2次(A) 10/1000us 2ms (W) 1KH Z (pF) MYG-32D471K 300 385 470(423-517) 775 200 25000 20000 380 2800 表2-3 MYG-32D471K技术参数表2. 直流侧过电压保护图2-2 直流侧过压保护直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻，但采用阻容
21、保护容易影响系统的快速性，并造成加大（上升率大会使晶闸管误导通）。因此，一般只用压敏电阻作过电压保护可以按照下式来计算所需要的压敏电压：a=表示电源电压波动系数一般取1.2V=表示电路直流工作电压（交流时为有效值）B=压敏电阻的公差，一般取0.85C=表示元件的老化系数一般取0.9代入数据计算得:查压敏电阻的规格表，选择型号为DC 385V的MYG-32D471K的压敏电阻。3. 晶闸管过电压保护：图2-3 晶闸管阻容吸收保护电路原理图为了抑制晶闸管的换相过电压，并限制电路电压上升率（过大会导致晶闸管误导通），确保晶闸管安全工作，需要在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络。上图中阻容保护的元件参数可
22、以根据下表列出的经验数据进行选定。电容耐压值，通常按加在晶闸管两端工作电压峰值的1.11.5倍计算：电阻功率RP（W）为式中f电源频率（Hz），C电容值（F），晶闸管工作电压峰值（V）。晶闸管额定电流（）1020501002005001000电容/0.10.150.20.250.512电阻/1008040201052表2-4 阻容保护的元件参数晶闸管额定电流/A在本设计中所选择的晶闸管的型号ZP50的额定电流，对应上表选择电容，耐压值，相应耐压值为400V。选择电阻，电阻功率为4. 晶闸管的过电流保护：当变流装置内部元件损坏、控制或触发系统发生故障、可逆传动环流过大或逆变失败、交流电压过高、过
23、低或缺相、负载过载等，均会引起装置中电力电子器件的电流超过正常工作电流。由于晶闸管的过流能力比一般电气设备低得多，因此，必须对晶闸管采取过电流保护措施。在这里我们采用串联快速熔断器的方式来对晶闸管进行过电流保护。一般说来快速熔断器额定电流值（有效值）应小于被保护晶闸管的额定方均根通态电流（即有效值）即，同时要大于流过晶闸管的实际通态方均根电流（即有效值）。即：通过查表得熔断器可以选用370RSM30Z78-80A型号的快速熔断器。3) 抑制环流电抗器参数的计算图2-4 环流电抗器电路原理图在采用配合控制之后，使得，消除了直流平均环流，但这只是就电压的平均值班而言的，由于整流与逆变瞬时电压值上的
24、差异，仍会出现瞬时电压的情况，从而仍能产生瞬时的环流，这类因为瞬时电压差而产生的环流被称为瞬时脉动环流。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，做环流电抗器。上图中电抗器的电感量可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的来设计。1. 抑制环流电抗器参数的计算设计环流电抗器须考虑产生环流的最严重情况，反并联线路在时最为严重，此时 。图2-5 MATLAB模拟的环流电压波形在Simulink进行环流仿真：图2-6 Simlink框图由等式得出上面的仿真原理图图2-7 当电感时的仿真结果（平均电流)因此抑制环流电抗器的电感量取即可满足要求4) 晶闸管脉冲触发电路设计：在配合控制的有环流
25、可逆V-M调速系统中，要求正组的移相脉冲触发延迟角和反组的触发延迟角满足以下关系式：，避免正组和反组同时工作在整流状态或者状态，从而达到消除直流平均环流的目的。另外，触发脉冲产生电路还应满足以下一些要求。1） 触发信号应有一定的功率及宽度，以确保晶闸管在各种条件下均能可靠地触发并导通2） 为使晶闸管在每个周期都在相同的控制角下触发导通，触发脉冲必须与电源同步，也就是说触发信号应与电源保持固定的相位关系。3） 为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，必须在控制电路中进行限幅，形成最小逆变角保护，同时对角也应实施保护，以免出现而产生直流平均环流，通常取。我
26、们采用的触发脉冲产生电路原理图如下：图2-8 触发脉冲产生电路原理图其中集成晶闸管三相移相触发集成芯片TC787，TC787是采用独有的先进IC工艺技术，可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置，是目前国内市场上广泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相触发集成电路的换代产品，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点，而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成3只TCA785与1只KJ041、1只KJ042或5只KJ(3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042)(
27、或KC)系列器件组合才能具有的三相移相功能。因此，TC787可广泛应用于三相半控、三相全控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同类电路，为提高整机寿命、缩小体积、降低成本提供了一种新的、更加有效的途径。同步电压输入脉冲放大电路隔离输出电路原理图图 2-9如上图所示，TC787的同步电压输入经RC滤波电路再输入TC787的同步脉冲端，可以起到抑制高频躁声的作用TC787输出的脉冲信号通过一个达林顿管得到放大，驱动能力得到提升。触发电路通常采用单独的低电压电源供电，因此应采用某种方法将其与主回路电源隔离。常用的是
28、在触发电路与主回路之间连接脉冲变压器或者磁耦隔离电路。与光耦比较采用，些种方式可以避免光耦上速度限制、功耗以及LED老化问题。耦合变压器输出侧接两个反串联的二极管以保证输出电压的方向和晶闸管触发电压方向一致，保证晶闸管可靠导通。5) 电机励磁回路设计：图2-10 直流电动机励磁回路通过调节电压输入的变压器的变比或者调节可变电阻的阻值，可以给直流电机动提供所需的额定直流励磁电流。欠电流继电器KA2起失磁保护作用，当励磁回路断开或者励磁电流过低时，KA2能及时动任从而防止直流电动机发生飞车。6) 转速检测及反馈环节测速发电机接线原理图转速反馈电压反相放大器图2-11 转速反馈实现电路图本设计中转速
29、反馈环节采用测速发电机来实现。其中测速发电机采用CYH型直流测速发电机，55CYH型直流永磁测速发电机为环型结构，结构简单，可与各种规格直流伺服电动机同轴安装作为速度检测元件，为系统提供相应的反馈信号，实现闭环、半闭环控制，使直流伺服电动机具有很宽的无级调速比。而且其磁场可以开路，定、转子可以随便脱开，便于安装和维修。如图，可以通过调节可调电位器以获得设计要求的转速反馈系数，反向放大电路用于形成转速负反馈，以便和运放构成负反馈运算电路。本设计中电动机额定转速为1000r/min，选用55CYH02型号的测速发电机即可满足要求。下型号输出斜率线性误差(%)最大工作转速纹波系数(%)输出电压不对称
30、度(%)最小负载电阻()-1级0级55CYH02=0.5=0.12000=1=110表2-5 55CYH02测速发电机技术数据三、 控制回路的设计图3-1 双闭环调速系统的动态结构图1) 电流调节器ACR 的设计图3-2 电流环的动态结构图及其简化忽略反电动势的影响（b）等效成单位负反馈系统（c）小惯性环节近似处理1） 确定时间常数1. 整流装置滞后时间常数通过查下表3-1得整流电路形式最大失控时间平均失控时间单相半波2010单相桥式105三相半波6.673.33三相桥式3.331.67表3-12. 电流滤波时间。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头。应有，因此取3. 电流
31、环小时间常数之和根据设计要求并保证稳态电流无差，可按典型型系统来设计电流调节器。27.8%16.6%9.3%6.5%2.83.43.84.014.721.728.730.4表3-2检查对电源电压的抗干扰性能：，查看下表对应的系统动态抗干扰性能指标，各项指标都是可以接受的。2） 计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：。参数关系KT0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超调量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度（）76.369.965.559.251.8截止频率
32、0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T表3-3 典型型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系表电流环开环增益：要求时，根据上表可得:取时响应比较快速并可以满足超调量要求，因此：3） 检验近似条件电流环截止条件：1） 检验晶闸管整流装置传递函数的近似条件，满足近似条件。2） 校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件，满足近似条件。3） 校验电流环小时间常数近似处理条件,满足近似条件。4） 计算调节器电阻和电容 图3-3 电流调节器电路原理图电流调节器原理图如上：按所用放大器OP07取，取，取，取2) 转速调节器的设计图3-4 转速环的动态结构图及其简化（a）用等
33、效环节代替电流环（b）等效成单位负反馈系统和小惯性环节的近似处理（c）校正后成为典型型系统1） 确定时间常数1. 电流环等效时间常数2. 转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况，取3. 转速环小时间常数。按小时间常数近似处理。取2） 选择转速调节器结构。按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为3） 计算转速调节器参数34567891021.671.51.41.331.291.251.221.51.61.671.711.751.781.801.822.02.53.03.54.04.55.05.5表3-5 不同值时的值及最佳频比按跟随和抗干扰性能都比较好的原则，取，则ASR的超前时间常数为
34、转速调节器开环增益为:ASR的比例系数为4) 检验近似条件：转速环截止频率为1. 电流环传递函数简化条件，满足简化条件2. 转速小时间常数近似处理条件，满足简化条件5） 计算转速调节器电阻和电容。图3-5 转速调节器原理图如上图，取，取，取，取6） 校核转速超调量。34567891052.643.637.633.229.827.225.023.32.402.652.853.03.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111表3-6 典型型系统阶跃输入跟随性能指标与参数的关系表当时，由查上表得超调量不能满足要求。按ASR退
35、饱和的情况重新计算超调量。其中为调速系统开环机械的额定稳态速降，由上面调节器设计过过程已知：当时,查典型型系统动态抗干扰性能指标与参数的关系表可得允许过载倍数，转速环小时间常数电机额定转速：，电枢回路总电阻，机械时间常数电机励磁常数设理想空载超动是，代入计算得能满足设计要求。3) 控制器输出限幅环节图3-6 输出限幅环节电路原理图本设计通过两个反串联的稳压二极管来实现对运放输出电压进行限幅。稳压二极管可以选择稳压值为10V的。4) 反相器设计图3-7 移相电压反向器配合控制中正组与反组的脉冲触发角成互补关系，即,而TC787的移相脉冲触发角是由输入的移相电压来决定的。因此可以把控制器的输出电压
36、经过一个反向放大器，得到板性与本组移相电压极性相反的移相解脉动冲触发。为了获得高精度的反向电压，电路中的电阻可采用高精度电阻，运放则采用自带可调零引脚的运算放大器如OP07。5) 电流反馈环节图3-8 电流反馈电路原理图本课程设计中采用霍尔电流传感器来检测直流电动机的电流。相比与传统的电流互感器利用霍尔传感器测电流具有以下等优点：1） 非接触检测，使用非常方便。2） 完全消除了分流器以上的种种弊端，且精度和输出电压值可以和分流器做的一样。3） 测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映。4） 响应速度快，测量精度高
37、，线性度好等。霍尔传感器输出的信号经运算放大器放大，然后通过可调电位器来实现符合设计要求的电流反馈系数四、 直流稳压供电电源的设计图4-1 直流供电电源电路原理图6) 工作原理电源输入电路：从三相电源中引出一相引入变压器一次侧绕组变压器整流电路：整流桥BR1与变压器二次侧绕阻一起构成单相全波整流电路，将变压器的次级绕组产生的一对大小相等的交流电压U2变换成全波脉动直流电压。 滤波稳压电路用和的电容构成滤波电路，将脉动直流电转换为波动较小的平滑直流电。集成电路IC（7815、7915）和输出端电容构成稳压电路，将平滑的直流电转换成稳定的恒稳直流电，其中集成电路IC起稳定输出电压的作用，一个输出+
38、15V电压，一个输出-15V电压。二极管D2、D3起保护集成电路IC的作用。电路状态指示电路电阻R71、发光二极管DS1、电阻R85、R86、DS2和DS3构成电路指示电路，其中电阻 R71、发光二极管DS1指示电路整流、滤波后平滑直流电压的状态情况；电阻R85、DS2和电阻R86、DS3指示平滑直流电稳压后输出恒稳直流电的状态情况。保护电路熔断器构成电路交流过流与直流过流保护电路。五、 操作及系统故障保护回路的设计图4-1 操作回路原理图本设计通过接触器来控制电动机的起动和停机。1.按钮SB1是常闭接触器，被按下时KM1失电并解除自锁，系统失电停机。2.当SB1处于闭合状态，SB2被按下时，KM1得电，系统上电运行。3.当电机励磁回路断开时或者励磁电流过小时，KA2断路导致系统失电停机从而达到防止电动机飞车的效果。4.当主电路过电流时，过电流继电器KA1动作导致系统失电，KM1跳闸。避免系统长时间处于过电流状态。六、 参考文献 1阮毅、陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统（第4版）M.北京：机械工业出版社，2009.082王兆安，刘进军.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2009.053朱仁初，万伯仁.电力拖动控制系统设计手册M.北京：机械工业出版社，1992.124刘锦波、张承慧.电机与拖动M.北京：清华大学出版社，2006.09
