电气工程及其自动化-毕业论文.doc

烟 台 南 山 学 院
毕 业 论 文
题目 基于串极调速的双闭环控制系统
姓 名: 张 乘
所在学院： 自动化学院
所学专业: 电气工程及其自动化
班 级：08电气工程（2+2）2班
学 号: 200806909617
指导教师： 王云彬
完成时间： 2012年4月
摘要
许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能.而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统.双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器（ASR）和电流调节器(ACR）, 分别调节转速和电流。
本设计对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。从直流电动机的工作原理入手,建立双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析系统的工作原理及其静态性能。
本设计所论述的是“转速、电流双闭环直流调速系统转述单闭环直流调速系统的主电路设计与研究”。主电路设计是依据晶闸管-电动机（V—M）系统组成,其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机—发电机组等组成。整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交流电源.
关键词：主电路 整流变压器 晶闸管整流调速装置 平波电抗器
ABSTRACT
Many production machinery requirements in a certain range of speed regulation for the smooth, and are required to have good steady, dynamic performance。 And dc speed control system wide speed range, static, good stability and small rate differential with good dynamic performance, high performance in the drag technology areas， a quite long period of almost all adopts dc electric drive system. Double closed loop dc speed control system of dc motor control system is the most mature development， are widely used in power transmission system.
Dc double closed loop speed regulation system performance is good, has wide speed range, high accuracy， good dynamic performance and easy to control etc, and so in electrical transmission system in a wide range of applications. Dc double closed loop speed regulation system set up two regulator, namely the speed regulator (ASR） and current regulator (ACR)， speed, regulate and current.
In this paper， the dc double closed loop speed regulation system design based on the analysis of the dc double closed loop speed regulation system of the principle that the current regulator introduced some speed regulator and the design and some parameter selection and calculation， make its meet the engineering design parameter index。 From the principles of dc machines work, set up double closed loop dc speed control system， and the mathematical model of a detailed analysis of the system, the principle and the static performance。
This paper expounds is the ”speed， current double closed loop dc speed control system single closed loop dc speed control system retold the circuit design and research”。 Main circuit design is based on thyristor-motor （V-M） system composition, the system by the rectifier transformer TR, thyristor rectifier control device， flat wave reactor L and motor—generator etc。 Rectifier transformer TR and grain brake canal rectifier control device is the function of the input ac after rectifying into d； Flat wave reactor is the function of L output of the dc current smooth； Motor-generator for three—phase ac power。
目录
摘要 2
ABSTRACT 3
1前言 5
1。1课题背景 5
1.2课题现状 5
1。3课题研究内容 5
2 串极调速系统 6
2。1主电路方案的确定 6
2。2系统静态及动态要求 6
2。3串极调速原理及基本类型 7
2。4电动机供电方案的确定 9
3电动机容量校核 11
3。1最大转差率 11
3。2转子整流器的最大输出电压 11
3。3最大直流整流电流 12
3.4最大直流整流电阻 12
3。5定子电阻 12
3.6电动机额定转矩 13
4硬件元件的选择 14
4.1整流二极管的选择 14
4。1。1整流二极管电压的选择 14
4。1。2整流二极管电流的选择 14
4.2逆变变压器的参数计算 15
4.2.1概述 15
4.2.2逆变压器二次侧参数的初步计算 15
4。2.3逆变变压器计算 17
4.3硅整流元件及晶闸管的选择 18
4.3.1参数计算 18
4.3.2调速系统的保护 19
4.4平波电抗器电感量的计算 21
4.4。1转子直流回路平波电抗器的作用 21
4。4.2电感的计算 21
5双闭环控制系统的参数计算 23
5.1双闭环系统静态参数计算 23
5.2双闭环系统的动态参数计算 24
5.2启动方式的确定 26
6系统总体结构设计 27
6.1供电系统的设计结构 27
6。2调节器的设计结构 29
6.3系统总设计图 30
7结束语 31
参考文献 32
1前言
1.1课题背景
现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来,而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。在这一系统中可对生产机械进行自动控制。双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能.其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。
1。2课题现状
随着近代电力电了技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进.以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。另外,低成本自动化技术与设备的开发,越来越引起国内外的注意。特别对于小型企业，应用适用技术的设备,不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率、可靠性与柔性，还有易于应用的优点.自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的重要组成部分。通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术,以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术。
控制理论广泛用于电力电子技术中，它使用电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求.电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电与强电这两者的结合。自动控制理论则是实现这种结合的一条强有力的纽带。另外,控制理论和自动化技术密不可分，而电力电子装置则是自动化技术的基础元件和重要支撑技术.
1。3课题研究内容
本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数计算,从而达到设计要求。
2 串极调速系统
2.1主电路方案的确定
全面比较单闭环和双闭环调速系统,把握系统要求实现的功能,选择最适合设计要求的虚拟控制电路。根据系统实际，选择转速,电流双闭环调速系统.
对于交流异步电动机转差功率消耗型调速系统，当转速较低时转差功率消耗较大,从而限制了调速范围.如果要设法回收转差功率，就需要在异步电动机的转子侧施加控制,此时可以采用绕线转子异步电动机。常见的绕线转子异步电动机用转子回路串电阻调速，
这种调速方法简单、操作方便且价格便宜，但在电阻上将消耗大量的能量，效率低，经济性差,同时由于转子回路附加电阻的容量大,可调的级数有限，不能实现平滑调速.为了克服上述缺点，必须寻求一种效率较高、性能较好的绕线转子异步电动机转差功率同馈型调速方法，串极调速系统就是一个很好的解决方案.
串极调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。它属于变转差率来实现串极调速的.与转子串电阻的方式不同，串极调速可以将异步电动机的功率加以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高。它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬.特别是晶闸管低同步串极调速系统,技术难度小,性能比较完善,因而获得了广泛的应用.
2。2系统静态及动态要求
若采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统虽然可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差,不过当对系统的动态性能要求较高,例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足要求，因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩，在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形，当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减少，因而加速过程必然拖长.
若采用双闭环调速系统，则可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后,又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡,从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的,这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程.采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串极联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端,到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。
与带电流截止负反馈的单闭环系统相比,双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动.
2.3串极调速原理及基本类型
假定异步电动机的外加电源电压及负载转矩都不变．则电动机在调速前后转子电流近似保持不变。若在转子回路中引入一个频率与转子电势相同,而相位相同或相反的附电势则转子电流为
式中： :转子回路电阻；
　　 ：转子旋转时转子绕组每相漏抗；
：转子开路相电势 ；
电动机在正常运行时，转差率s很小，故≥。忽略有，
上式中，为取决于电动机的一个常数,所以，改变附加电势可以改变转差率S，从而实现调速。
　　设当= 0时电动机运行于额定转速,即,由（式2-2）可见，当附加电动势与转子相电势相位相反时（前取负号),改变的大小，可在额定转速以下调速，这种调度方式称为低同步串极调速，且附加电势与转子相电势相位相同时（前取正号)，改变的大小，可在额定转速以上调速，这种调度方式称为超同步串极调速（即s 〈0）.
串极调速四种基本状态方式下能量传递方式如图2—1所示，图中不计电动机内部各种损耗，即认定定子输入功率P即为转子输出功率.
图2-1 串极调速系统的基本状态方式
晶闸管低同步串极调速系统是在绕线转子异步电动机转子侧用大功率的晶闸管或二极管，将转子的转差频率交流电变为直流电，再用晶闸管逆变器将转子电流返回电源以改变电机转速的一种调速方式。电气串极调速系统原理图，见图2-2
图2—2 电气串极调速系统原理图
2。4电动机供电方案的确定
变电压调速是直流调速系统用的主要方法,调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组,静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统，用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压.适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。用静止的可控整流器,例如,晶闸管可控整流器，以获得可调直流静止可控整流器又称V-M系电压.通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变Ud，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能.直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM,用恒定直流或不可控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压.受器件各量限制,适用于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和特点选V—M系统。
在V—M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。 由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案.因三相桥式全控整流电压的脉 动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、 体积小、重量轻、投资省.而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。
在一般情况下，晶闸管变流装置所需的交流电供电压与电网往往不一致.另外为了减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求能够隔离，所以通常要配用整流变压器.为了抑制谐波干扰，一般采用接法的整流变压器。
考虑到异步电动机输出的最大转矩的降低，功率因数的降低和转子损耗增大等因素，不论对于新设计的或是改造的都应对异步电动机的容量进行重新选择的计算，串极调速异步电动机的容量计算如下:
式中，—-串极调速系数，一般取1。2左右。对于在长期低速运行的串极调速系统，该取大一点；
——按照常规运算方式计算的电动机容量.
从产品手册中选择的电动机容量≥
本设计采用内反馈串极调速电机及其控制装置技术手册提供的有关数据设计而成。
该电机定额为连续定额S1，基本防护等级为IP23,基本冷却方法为ICO1，基本结构和安装方式为IBM3。
控制电机型号
JRNT1512—4
最高/最低转速
1480/690r/min
额定功率
45kW
效率
95％
定子电压/电流
380V/85.9A
功率因数
0.87
转子电压/电流
340V/81A
控制装置型号
JC4-800A/800V
表2—1 绕线式异步电动机
由于调速范围小,且对动、静态性能有一定性能要求，选用晶闸管串极调速双闭环调速系统比较合适。整流器采用三相桥式全控整流电路。
3电动机容量校核
3。1最大转差率
(式3-1）
式中：：电动机的同步转速，近似等于电动机的额定转速；
　　 :串极调速系统的最低工作转速；
:调速范围 
转差率 S = （1500—1480)/1500 = 0.0133；
最大转差率 Smax = (1480 ― 690） / 1480 = 0.5337；
调速范围 D = / =1480/690=2。1449；
3.2转子整流器的最大输出电压
型号
KIT
KUT
KUV
KIV
KIL

KL
K
三相带中线
0。367

0。67
0。577
0.472
1.35
1
0.866
三相桥
0。367

1。35
0。815
0.816
1.05
2
0。5
双三相桥串联
0.367

2.7
0。816
1。578
1。03
4
0.36~0.52
双三相桥并联
0。184

1。35
0.418
0。789
1。03
1
0。26～0。32
表3-1 变流器主电量计算系数 Error! Bookmark not defined.
（式3—2）
式中: ：转子开路相电势 ；
 ：整流电压计算系数，见表3-1；
则  
3.3最大直流整流电流
（式3—3)
式中： λM ：电动机的电流过载倍数，近似等于转矩过载倍数2；
　　 I2N ：转子线电流额定值；
　　 KIV ：整流电压计算系数，见表3-1；
　　 IdN：转子整流器输出直流电流额定值 ；IdN= I2N/ KIV;
　　 1.1：考虑到转子电流畸变等因素的影响而引如的系数；
则
3.4最大直流整流电阻
3.5定子电阻
定转子绕组的变比
=
折算到转子侧的定子电阻
=
3。6电动机额定转矩
4硬件元件的选择
4.1整流二极管的选择
4.1。1整流二极管电压的选择
设每个桥臂上串联的整流二极管数目为N=3，则每个二极管的反向重复峰值为
（式4—1）
式中： ： 电压计算系数，见上表 3-1；
　　 ：转子开路相电势 ；
　　 ：均压系数，一般取0。9。对于元件不要串联时取1 ；
　　由上式可见，整流二极管所承受的最高电压与最低电压与系统的调速范围D有关，调速范围越高,元件承受的电压越高 。
则：
4.1.2整流二极管电流的选择
在大容量串极调速系统中，需要将几个整流二极管并联使用。设并联支路数为Np = 3则每个整流二极管的电流计算如下：
(式4-2）
式中： KＩＴ :电流计算系数，见表3—1；
　　 Iｄｍａｘ：转子整流器最大直流整流电流；
　　 KＡＣ ：均流系数.其值可取0.8～0。9，对于元件不并联的情况下取1 ;
4。2逆变变压器的参数计算
4。2。1概述
　　对于不同的异步电动机转子额定电压和不同的调速范围、要求有不同的逆变变压器二次侧电压与其匹配;同时也希逐转子电路与交流电网之间实行电隔离，因此一般串极调速系统中均需配置逆变变压器。
4.2。2逆变压器二次侧参数的初步计算
(1）逆变压器二次侧电压
根据最低转速时转子最大整流电压与逆变器最大电压相等的原则确定：
（式4—3)
式中: UＴ２：逆变变压器二次侧线电压 ;
　　 Uｄｍａｘ：转子整流器最大输出直流电压；
　　 KＵＶ ：整流电压计算系数，见表3—1；
　　 βｍｉｎ：最小逆变角，一般取30°；
即，
(2）逆变变压器折算至直流侧电抗,
则,折算到直流侧等效电阻
（3）平波电抗器直流电阻
(4）在串极调速状态运行时的额定转速
当S=1时，电动机定子折算到直流侧的等效电阻为1。73，故电动机额定转矩
考虑到换相重叠角的影响，并经线性化处理，上式中为
则
转矩降低系数为
（5）串极调速状态运行时最高转速的确定
直流回路总等效电阻为
式中，电动机折算到直流侧的等效电阻，可按功率相等的原则进行折算，即
得
(6)最大电流时的电动势系数为：
（7)最大转速：
则
（8）转速降低系数
（9）电动机校验
或
即,所选电动机符合要求。
所以，时,换相重叠角为
系统工作在第一工作区.
4.2。3逆变变压器计算
逆变变压器二次侧线电压
又因为
逆变变压器计算容量为
逆变变压器一次侧电流
因此修正为
符合前面所取的值
4。3硅整流元件及晶闸管的选择
4。3.1参数计算
式中 （三相桥式电路、电感性负载）
取
因为
取
选择硅整流元件ZP150—12六只，晶闸管KP150-12六只。
4。3.2调速系统的保护
晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。
1、电压保护
不能从根本上消除过电压的根源，只能设法将过电压的幅值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基思想。抑制过电压的方法不外乎三种：用非先行元件限制过电压 的幅度;用电阻消耗产生过电压的能量;用储能元件吸收产生过电压的能量。实用中常视需要在电路的不同部位选用不同的方法,或者在同一部位同时用两种不同保 护方法。以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种.
（1)交流侧过电压保护
本设计采用阻容保护  即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护。如图4—1所示：
图4-1 阻容保护电路图

变压器接法
单相
三相、二次Ｙ联结
三相二次Ｄ联结
阻容装置接法
与变压器二次侧并联
Y联结
D联结
Y联结
D联结
电容
Ｃ
Ｃ
1/3C
3C
C
电阻
Ｒ
Ｒ
3R
1/3R
R
表4-1 变压器连接及阻容选择
对于三相电路，Ｒ和Ｃ的值可按表4—1换算。
本系统采用D-Y连接。
S=1。9299KVA,          U2=120V                                                  
变压器励磁电流百分数Iem取值：当 S=1～10KVA时，对应的Iem=4~1，所以Iem取3。
C≥ 6IemS/U22= ×6×3×34×103/1202=14。17µF
选取20µF的铝电解电容器。
变压器短路电压比选取：  S=1~10KVA,Iｅｍ=1~5,所以Iｅｍ取3。
Ｃ ≥ 2.3 U22/S =2。3×1202/1.9299×103 =9.37Ω
即，选取电阻为ZB1-10的电阻。
（2）直流侧过电压保护
直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成加大。因此，一般不采用阻容保护,而只用压敏电阻作过电压保护。
U1MA=（1.8—2.2）UDC=(1.8—2.2) ×230=414-460V
选MY31-440/5型压敏电阻。允许偏差+10%（484V）。
晶闸管及整流二极管两端的过电压保护查表5—2;
晶闸管额定电流/μA
10
20
50
100
200
500
1000
电容/μF
0.1
0。15
0。2
0。25
0。5
1
2
电阻/Ω
100
80
40
20
10
5
2
表5-2  压敏电阻保护的接法
抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法.电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值 的1。1～1。15倍
得 C=0。1µF，R=100Ω。
选R为0.2µF的CZJD-2型金属化纸介质电容器。
PR=fCUm2×10—6=50×0。2×10-6×( ×120)2×10—6=0.45×10—6W
即，选R为20Ω普通金属膜电阻器，RJ—0。5.
2、电流保护
快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。
(1) 交流侧快速熔断器的选择 I2=5.37A
选取RLS-10快速熔断器，熔体额定电流6A。
（2)晶闸管串连的快速熔断器的选择 I=I2=5.37A，IT= 3.11A
选取RLS-10快速熔断器，熔体额定电流4A.
（3）电压和电流上升率的限制
电压上升率 ：正相电压上升率 较大时,会使晶闸管误导通。因此作用于晶闸管的正相电压上升率应有一定的限制。
造成电压上升率 过大的原因一般有两点：由电网侵入的过电压；由于晶闸管换相时相当于线电压短路，换相结束后线电压有升高，每一次换相都可能造成过大。限制过大可在电源输入端串联电感和在晶闸管每个桥臂上串联电感，利用电感的滤波特性,使 降低。
电流上升率 ：导通时电流上升率太大，则可能引起门极附近过热，造成晶闸管损坏。因此对晶闸管的电流上升率 必须有所限制。
产生过大的原因，一般有：晶闸管导通时，与晶闸管并联的阻容保护中的电容突然向晶闸管放电;交流电源通过晶闸管向直流侧保护电容充电；直流侧负载突然短路等等。
限制 ,除在阻容保护中选择合适的电阻外，也可采用与限制相同的措施，即在每个桥臂上串联一个电感。
限制 和 的电感，可采用空心电抗器，要求L≥（20～30）μH；也可采用铁心电抗器，L值可偏大些。在容量较小系统中，也可把接晶闸管的导线绕上一定圈数，或在导线上套上一个或几个磁环来代替桥臂电抗器。
所以，为了防止每个桥臂上串联一个30μH的电感。
4。4平波电抗器电感量的计算
4。4。1转子直流回路平波电抗器的作用
1、使串极挑速在最小工作电流下仍能维持电流的连续;
2、减小电流脉动，把直流回路中的脉动分量在电动机转子中造成的附加损耗控制在允许的范围内。
4.4.2电感的计算
1、电动机等效电感
2、逆变变压器等效电感
3、按电流连续要求的电感量
式中 ，
（三相桥式全控电路）
即，
4、按限制电流脉动要求的电感量
式(4-4)
式中, —-最低次谐波电压幅值；
——逆变变压器二次侧相电压有效值；
—-最低次谐波频率,对于三相桥式电路；
-—电流脉动系数,要求=0。05；
—-（三相桥式全控电路）；
则，
选取平波电抗器，当Iｄ=106。7A时电感量为8mH，Iｄ=5.35A时电感量不小于20mH。
5双闭环控制系统的参数计算
5.1双闭环系统静态参数计算
1、取速度给定电压
速度反馈系数
2、取电流给定电压
电流反馈系数
3、取电流调节器输出电压最大值;
晶闸管电压放大倍数
4、晶闸管逆变器的滞后时间常数
低速时静差率要求的速度降
由于采用了抑止零点漂移的PI调节器，故稳态时的速度降必须满足:
（式5-1）
则
因为，
取
若取
电流环
故
静差率
5.2双闭环系统的动态参数计算
由前述分析可知，与均为转差率S的函数，故电流环为非定常系统，但当时的与值可按定常系统设计，保证系统具有良好的性能.
1、电流环参数计算
由公式知，将代入可以推得
由于要求电流环超调量小，故电流环按典型I型系统设计。
取
则
令
故，
2、速度环参数计算
由于系统要求抗扰性能及跟随性能好,转速环按典型Ⅱ型系统设计，且取h=5。取
转速环截止频率
又因为
满足及ωｉ＜的条件，故电流环可等效为惯性环节。
则
若按
两种计算结果基本一致,取。
统飞轮矩按电动飞轮矩的1。5倍考虑,即GD2=1.5×0.1=0.15N·m
5。2启动方式的确定
用串极调速装置启动时，启动电流
由于，则需要在转子回路中串联频敏变阻器启动，待S=0。79，即n=315r/min时串极调速装置再投入运行。
6系统总体结构设计
6。1供电系统的设计结构
三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，对于带反电动势阻感负载的情况，只需在阻感负载的基础上掌握其特点,即可把握其工作情况。
当α≤60o时，Ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流Id波形不同，电阻负载时 Id 波形与 Ud 的波形形状一样.而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候,负载电流的波形可近似为一条水平线.图6-1和图6-2分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0o和α=30o的波形。
 图6—1中除给出Ud波形和Id波形外，还给出了晶闸管VT1电流 IVT1 的波形，可与图2带电阻负载时的情况进行比较。由波形图可见,在晶闸管VT1导通段，IVT1波形由负载电流 Id 波形决定，和Ud波形不同。
图6—2中除给出Ud波形和 Id 波形外，还给出了变压器二次侧a相电流 Ia 的波形，可与图3带电阻负载时的情况进行比较.
当α＜60o时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时Ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，Ud波形会出现负的部分。图8给出了α=90o时的波形。若电感L值足够大,Ud中正负面积将基本相等，Ud平均值近似为零。这表明,带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为90o。 图6-1 三相桥式全控整流电路阻感负载α=0°时的波形
图6—2三相桥式全控整流电路带阻感负载α=30°时的波形
图6-3 三相桥式整流电路原理图
图6—4 三相桥式整流电路波形图
6.2调节器的设计结构
本次设计主要设计电流调节器和转速调节器，并通过软件来实现模拟电路的功能.先求出各个器件的传递函数，然后得出整个环的传递函数，并对环的稳定性作出正确的分析。
如下图所示：
图6—5 调节器结构示意图
6。3系统总设计图
图6—6 双闭环控制系统结构图
7结束语
本设计通过变流系统将调节绕组从主绕组感应过来的电势串入电机的转子绕组，改变其串入电势的大小来实现调速。即将内反馈串极调速电动机的部分转子能量取出以改变电动机转差率来实现调速的.同时调节绕组吸收转子的转差功率，并通过与转子旋转磁场相互作用产生正向的拖动转矩，这就使电机从电网吸收的有功功率减少，主绕组的有功电流随转速成正比变化,达到调速节能的目的.
通过本次设计，加强了我对调速系统应用知识的掌握，同时了解了目前工业生产中数字化系统的重要性，巩固了我的专业课知识，使自己受益匪浅。总之,通过本次设计不仅进一步强化了专业知识,还掌握了设计系统的方法、步骤等，为今后的工作和学习打下了坚实的基础.
历时四个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了.尤其要强烈感谢我的论文指导老师--王云彬老师，他对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外,在校图书馆查找资料的时候,图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助.在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写作。
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限,所写论文难免有不足之处,恳请各位老师和批评和指正!
参考文献
［1]陈伯石。电力拖动自动控制系统［M].北京：机械工业出版社,2003
［2］顾绳谷.电机及拖动基础上册［M］.北京:机械工业出版社2000
[3]陈治明.电力电子器件［M］。北京:机械工业出版社，1992
［4]王兆安.电力电子变流技术[M］.北京：机械工业出版社，2003
［5]张明勋.电力电子设备和应用手册［M].北京：机械工业出版社，1992
[6］顾绳谷.电机及拖动基础下册[M］.北京：机械工业出版社2000
［7]胡汉才。单片机原理及其接口技术［M］.北京：清华大学出版社,1996
[11］王划一.自动控制原理［M].北京：国防工业出版社,2001
[12]刘豹.现代控制理论［M]。北京：机械工业出版社,2000
[13］