双闭环直流电机调速系统设计

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，最后画出了调速控制电路电气原理图。 ### 双闭环直流电机调速系统设计知识点梳理 #### 一、双闭环直流电机调速系统概述 **双闭环直流电机调速系统**是一种高性能、广泛应用的直流调速技术。该系统通过设置两个闭环——**转速环**与**电流环**，实现了对电机转速和电流的有效控制。这种结构能够提高系统的动态响应能力和稳定性，适用于多种工业自动化场合。 #### 二、系统组成及工作原理 1. **主电路设计**：调速系统的主电路通常采用**三相全控桥整流电路**作为电源供应部分。这种电路能够有效地将交流电转换为可调节的直流电，为电机提供动力。其中，**晶闸管**是关键元件之一，通过调节晶闸管的控制角α可以实现对输出电压的控制。 2. **元部件设计**：主要包括**整流变压器**、**晶闸管**、**电抗器**等元件的设计与参数计算。这些元部件的选择和设计直接影响到系统的稳定性和效率。 3. **保护电路**：为了确保系统的安全运行，设计中还需考虑保护电路的设计，如过载保护、短路保护等。 4. **驱动电路**：包括**触发电路**和**脉冲变压器**的设计。触发电路用于触发晶闸管的导通，而脉冲变压器则用于传递触发电路产生的脉冲信号。 5. **控制器设计**：双闭环控制系统的核心在于转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR）。通过这两个调节器，系统可以分别对电机的转速和电流进行精确控制。此外，还需要设计**检测电路**用于采集实际的转速和电流值，并将其反馈给调节器。 6. **仿真分析**：利用**MATLAB/SIMULINK**等工具对整个调速系统进行仿真分析，验证系统的稳定性和性能指标是否满足设计要求。 #### 三、具体设计步骤 1. **确定设计方案和框图**：明确整个系统的构成和各个模块之间的连接方式。 2. **主电路设计**：选择合适的整流电路形式，设计整流变压器、晶闸管等元部件，并进行参数计算。 3. **驱动电路设计**：设计触发电路和脉冲变压器，确保晶闸管能够准确地被触发。 4. **控制器设计**： - **转速调节器(ASR)**：负责根据设定的转速指令调整实际转速。 - **电流调节器(ACR)**：根据转速调节器输出的指令调整电流，实现快速响应。 5. **参数计算**：包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算。 6. **仿真分析**：通过软件模拟系统运行状态，评估系统性能。 7. **绘制电气原理图**：最终完成调速控制电路的电气原理图绘制。 #### 四、关键技术点 - **双闭环控制策略**：转速环在外，电流环在内，形成嵌套结构，能够有效地提高系统的动态响应能力。 - **晶闸管控制角调节**：通过改变晶闸管的控制角α来调整输出电压，从而实现电机转速的平滑调节。 - **仿真分析**：利用专业软件进行仿真分析，验证系统设计的合理性和有效性。 **双闭环直流电机调速系统设计**不仅涵盖了主电路设计、驱动电路设计以及控制器设计等多个方面，还需要通过仿真分析来验证设计的正确性。这一技术在现代工业自动化领域具有重要的应用价值。