1kw直流电动机不可逆调速系统毕业设计.doc

大连海洋大学专科毕业论文（设计） 1.1kw直流电动机不可逆调速系统设计

毕业论文（设计）

1.1kw直流电动机不可逆调速系统设计

学 生 姓 名：
指导教师：
合作指导教师：

专业名称： 电气自动化技术

所在学院： 职业技术学院

2013年 5月

32
摘要

直流电动机双闭环调速系统在工程中应用广泛，为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。目前广泛应用的是基于一些标准形式进行设计的系统，其优点是简单方便。计算机仿真可以不运行实际系统，只要在计算机上建立数字仿真模型，模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。本文介绍的是用一台1.1KW的直流电动机构成的直流双闭环调速系统。在理论的基础上设计了直流双闭环调速系统，并利用MATLAB中的SIMULINK工具箱，对直流调速系统进行仿真分析及参数调试。主要是从主电路设计、控制电路设计、数学模型的建立、系统的计算机仿真及调试等几个方面来进行设计和分析。

关键词：直流调速，双闭环系统，电流调节器，转速调节器，计算机仿真

Abstract
The double-close-loop D.C. speed regulating system to use extensive among project, for make system have good dynamic performance must design to the system. The ones that used extensively designed the system on the basis of some standard forms at present, its advantage is simple and convenient. Computer simulation needn't operate the practical system , so long as set up digital simulation model at the computer, imitate simulation operation state and course changing over time of target. Through to digital simulation operation observation and design of course of model , get simulation output parameter and essential feature of system, so as to estimate and infer the true parameter of the real system and true performance. What this text introduced is the double-close-loop D.C. speed regulating system that the direct current motor of a 1.1KW forms . Design the double-close-loop D.C. speed regulating system , utilize SIMULINK toolbox of MATLAB on the theoretical basis, the double-close-loop D.C. speed regulating system carry on simulation analysis and parameter debug . Design and analyse from main circuit design , control circuit design , digital model foundation , computer simulation and odd of debugging etc.

Keywords: Speed control of DC-drivers，Double-closed-loop system，Current regulator ，Speed regulator Computer simulation

目 录
摘要 …………………………………………………………………………I
Abstract …………………………………………………………………II
前言……………………………………………………………………………1
第一章 调速方案的选择…………………………………………………2
1.1 直流电机电源确定………………………………………………………………2
1.2 励磁电源的选择…………………………………………………………………3
1.3 测速发电机选择…………………………………………………………………3
1.4 电流反馈环节的检测……………………………………………………………3
1.5 电流环选择………………………………………………………………………4
1.6 速度环选择………………………………………………………………………4
第二章 主电路的计算……………………………………………………5
2.1 整流变压器额定参数计算………………………………………………………5
2.1.1 二次相电压 的计算……………………………………………………5
2.1.2 一次和二次相电流和计算………………………………………………5
2.1.3 变压器的容量计算………………………………………………………5
2.2 整流元件的选择…………………………………………………………………6
2.2.1 晶闸管的额定电压………………………………………………………6
2.2.2 晶闸管的额定电流………………………………………………………6
2.2.3 励磁电路元件的选择……………………………………………………6
2.2.4 滑动变阻器R的选择……………………………………………………6
2.3 晶闸管保护设计与计算…………………………………………………………6
2.3.1 晶闸管两端的过电压保护………………………………………………8
2.3.2 过电流保护………………………………………………………………8
2.4 电抗器参数计算…………………………………………………………………8
2.4.1 使输出电流连续的临界电感……………………………………………8
2.4.2 限制输出电流脉动的电感量……………………………………………9
2.4.3 电动机电感量Ld和变压器漏电感……………………………………9
2.4.4 实际串入电抗器的电感量………………………………………………9
第三章 控制电路的设计…………………………………………………10
3.1 触发电路的选择 ………………………………………………………………10
3.2 控制电源的选择 ………………………………………………………………11
3.3 电流反馈环节设计与计算……………………………………………………12
3.3.1 电流调节器的工作原理电流…………………………………………12
3.3.2 电流环结构图的简化…………………………………………………12
3.3.3 电流环参数的确定……………………………………………………13
3.4 电流调节器结构的选择及参数计算…………………………………………14
3.4.1 结构的选择……………………………………………………………14
3.4.2 参数的计算……………………………………………………………14
3.4.3 检验近似条件…………………………………………………………14
3.4.4 计算调节器电阻和电容………………………………………………15
3.5 转速环的设计…………………………………………………………………16
3.5.1 转速调节器的工作原理………………………………………………16
3.5.2 电流环的等效闭环传递函数…………………………………………16
3.5.3 速度环参数的确定……………………………………………………17
3.6 转速调节器结构的选择及参数计算…………………………………………17
3.6.1 结构的选择……………………………………………………………17
3.6.2 参数的计算……………………………………………………………18
3.6.3 检验近似条件…………………………………………………………18
3.6.4 计算调节器电阻和电容………………………………………………19
3.6.5 检验转速超调量………………………………………………………19
3.7 继电器－接触器控制电路设计………………………………………………21
第四章 控制电路的设计…………………………………………………22
4.1 单元部件调试…………………………………………………………………22
4.2 系统调试………………………………………………………………………22
4.3 速度变换器的调试……………………………………………………………22
4.4 数学模型的建立………………………………………………………………24
4.5 仿真软件MATLAB的介绍……………………………………………………25
4.6 系统的动态分析………………………………………………………………26
结 论…………………………………………………………………………27
致 谢………………………………………………………………………28
参考文献 ……………………………………………………………………29
元气件明细表 ………………………………………………………………30

前 言
1957年，晶闸管（俗称可控硅整流元件，简称可控硅）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，使变流技术产生根本性的变革，开始进入晶闸管时代。到今天，晶闸管－电动机调速系统（简称V-M系统）已经成为直流调速系统的主要形式。
本文采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。
目前广泛应用的直流调速设计方法是基于某些标准形式进行的，其优点是简单方便，但设计的系统性能指标是相同的，实际系统所要求的指标往往是不同的，所以采用双闭环调速系统的设计方法不一定都能得到满意的结果。
在设计中，基于理论设计的基础上根据实际的系统情况作参数的调整是非常重要的，也是必不可少的。这是因为实际系统的参数，往往与计算值或铭牌数据有一定的差别，系统某些环节的非线性影响等因素存在，使系统在配置设计参数后并不能马上获得预期的性能指标。传统的调试方法是将整个系统按理论设计的结果建立一个实际系统，然后将系统分成若干个控制单元，并对每个控制单元进行调试，最后将各个单元构成一个完整的系统，并进行调试，这种传统的调试方法在使用过程中不仅费时、费力且不易产生满意的结果。因此我们采用计算机仿真技术。通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。
MATLAB语言是一个具有高级数值分析、处理与计算功能的软件。其中的工具箱SIMULINK是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件，利用SIMULINK工具箱可以非常有效的对直流调速系统进行参数调试，可以非常直观的观察电动机电流和转速相应情况进行静态和动态分析，是目前国际上广泛流行的工程仿真技术。

第一章 调速方案的选择
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。如果要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。这主要是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速。
对于像龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大电流（转距）受限的条件下，希望充分利用电机的容许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转距）为容许的最大值，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，又让电流立即降低下来，使转距马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
为了实现在容许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。我们希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用，因此，我们采用双闭环直流调速系统。稳态如下图（1.1）

图1.1 双闭环转速负反馈系统框图
1.1直流电机电源确定
由于晶闸管是只具备控制接通、无自关断能力的半控制型器件，因此在直流调速系统中，最常采用的可控整流器就是晶闸管可控整流器。其特点是：无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省；而且工作可靠、功耗小、效率高。
一般来说，对于晶闸管整流装置我们均采用三相整流电路。三相整流电路的类型很多，包括三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路等，这里我们采用后一种。因为三相半波可控整流电路不管是共阴极还是共阳极接法，都只用三个晶闸管，其绕组利用率低，且电流是单方向的，为防止铁心饱和必须加大变压器铁心的截面积，因而还要引起附加损耗。整流的负载电流要流入电网零线，亦引起额外损耗，特别是增大零线电流，须加大零线的截面。而三相桥式全控整流电路，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。因此变压器绕组中没有直流磁通势，每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器绕组的利用率。

图1.2 三相桥式全控整流电路图
1.2励磁电源的选择
对于本调速系统，虽然电动机的额定功率不是特别的大，属于小功率调速系统，但设计要求对系统的静态和动态指标要求都比较高，所以我们应使电流的脉动小，故选用无噪声、无摩损、响应快、体积小、重量轻、投资省，而且工作可靠、功耗小、效率高的全控桥整流电路作为供电方案给电动机供电。
1.3测速发电机选择
根据直流电机的参数可选择，测速发电机的额定功率23.1W，额定电压110V，额定电流210mA，额定转数1900转/分。
1.4电流反馈环节的检测
利用串联式直流互感器把直流转换成正比的电压信号，其工作原理是;饱和电抗器的直流控制线圈成为直流互感器的；次线圈，交流工作线圈成为二次线圈。直流互感器的原理实质上是当铁心被交直流线圈同时激励时，直流电流的大小引起铁芯饱和程度的改变，使交流线圈的电抗大小发生变化，交流电流及串在回路中的取样电阻上的电压会相应改变。当直流为被测电流时，由取样电阻上可得到正比于直流电流的电压。

1.5电流环选择
为了ACR采用的是PI调节器电流环的动态结构如下图

图1.3 电流环的动态结构图

1.6速度环选择

图1.4 速度环的动态结构图

第二章 主电路的计算
主电路主要是对电动机电枢和励磁绕组进行正常供电，对他们的要求主要是安全可靠，因此在部件容量的选择上、在经济和体积相差不太多的情况下，尽可能选用大一些的，并在保护环节上对各种故障出现的可能性，都要有足够的估计，并采取相应的保措施，配备必要的报警、显示、自动跳闸线路，以确保主线路安全可靠的要求。
2.1整流变压器额定参数计算
一般情况下，整流装置所要求的交流供电电压与电网电压不一致，因此需要使用整流变压器。此外，整流变压器还可以减小电网和整流装置的相互干扰。
2.1.1二次相电压的计算
取，考虑裕量
查表可知 A＝2.34,

则 =
=60.31～72.37V

取 V
因此，电压比为
2.1.2一次和二次相电流和的计算
查表可知
则 ===2.4A
=0.816A
取 A, A
2.1.3变压器的容量计算
查表可知
则 KVA
KVA
=2.865KVA
2.2整流元件的选择
2.2.1晶闸管的额定电压

==343～514V
取 V
2.2.2晶闸管的额定电流
未接电抗器的电动机负载，负载性质介于电阻与电感负载之间，为了晶闸管工作可靠，按电阻负载选择系数K。 查表可知 K=0.367
按最大负载电流计算
则
=（1.5～2）×0.367×1.2×13
=8.6～11.5A
取 A
2.2.3励磁电路元件的选择
整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取500V。额定电流为10A
故选用ZP3－8型的二极管。
2.2.4滑动变阻器R的选择
电压Ur＝3×110＝330V
电流 Ir=1.5×0.8=1.2A
R为275欧 则取300欧

2.3晶闸管保护设计与计算
2.3.1晶闸管两端的过电压保护
为了抑制晶闸管的关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，如图2.1所示。

图2.1 晶闸管两端阻容保护电路接法

阻容保护的数值一般根据经验选定，见表2.2。

表2.2 与晶闸管并联的阻容经验数据

晶闸管额定电流/A
10
20
50
100
200
500
1000
电容/
0.1
0.15
0.2
0.25
0.5
1
2
电阻/Ω
100
8
40
20
10
5
2
由上表可知，,
电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.1～1.5倍。则
电容耐压为（1.1～1.5）
＝（1.1～1.5）×
＝（1.1～1.5）××70
＝189～283V
电阻的功率为

＝
＝0.15W
其中，f为电源频率（Hz）；
为晶闸管工作电压峰值（V）。

2.3.2过电流保护
过电流保护措施很多，其中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。快速熔断器的接法如图2.3所示。

（a）交流侧快熔 （b）元件串联快熔

图2.3 快速熔断器的接法
在本系统中，接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管电流有效值＝7.5A，考虑到快速熔断器额定电压应大于线路的工作电压的有效值，其电流应小于晶闸管的有效值。故选RLS－10的熔断器，额定电压500V,额定电流10A，熔体额定电流为5A。
2.4电抗器参数计算
2.4.1使输出电流连续的临界电感
为了使输出电流在最小负载电流仍能连续

为整流电路形式有关系数为0.695
为最小负载电流则按的（5%－10%）经计算可得取1.04A
可得输出电流连续的临界电感L1

＝（700.695）/1.04
＝44.09mH
2.4.2限制输出电流脉动的电感量
对于直流电机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来输出的脉动量。平 波电抗器的临界电感量L2可用下式计算

与整流电路形式有关，可查表得1.045
为电流最大允许脉动，通常三相电路的（5－10）%。

＝（1.04570）/（0.0813）
＝70.34mh

2.4.3电动机电感量Ld和变压器漏电感
电动机电感量Ld和变压器电感量Lt可按下式计算

＝[（10110）/（22150013）]
＝2.17mH
式中,,n—为直流电动机电压，电流和转速，以常值代入；
P为电动机的磁极对数；
为计算系数。一般无补偿电动机取（8－12），快速无补偿电动机取6－8，有补偿则取5－6，这里取10.
变压器漏感电感量Lt可按下式计算

式中--为计算系数由表查得为3.9
――为变压器的短路比，一般取5－10，这里取8.

＝（3.9870）/（10013）
＝1.68mH
2.4.4实际串入电抗器的电感量
考虑到输出电流连续时的实际电感时

这里N在三相桥式电路中取2，其余电路可取1.

＝44.09－（2.17+21.68）
＝38.56mH
考虑到限制电流脉动时的实际电感量

＝70.34－（2.17+21.68）
＝64.81mH
这里取较大为65mH。

第三章 控制电路的设计
3.1触发电路的选择
门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路性能的好坏，不但影响系统的调速范围和调速精度，而且对系统的可靠性有很大的影响。因此触发电路必须保证迅速、准确、可靠的送出脉冲。为达到这个目的，正确选用或设计触发电路是很重要的，一个触发电路性能的优劣常用下列几条来衡量：
（1）触发脉冲必须保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延迟角处触发导通晶闸管。
（2）触发脉冲应能在一定的范围内移相。对于不同的主电路要求的移相范围也不同。对于三相全控桥式电路，电阻负载时为，既要整流又要逆变时，其移相范围为，为保证逆变可靠，对最小逆变角应加以限制。
（3）触发信号应有足够的功率（电压和电流）。为使所有合格的器件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压和电流，必须大于器件门极规定的触发电压和触发电流。触发电压在4V以上、10V以下为宜，这样就能保证任何一个合格的器件换上去都能正常工作。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，触发电压、电流的幅值在短时间内可大大超过额定值。
（4）不该触发时，触发电路的漏电压小于0.15～0.2V，以防误触发。
（5）触发脉冲的上升前沿要陡。否则，因温度、电源电压等因素变化时将造成晶闸管的触发时间不准确。设脉冲的幅值为，脉冲前沿是指由0.1上升到0.9所需要的时间，一般要在10以内为宜。
（6）触发脉冲应有一定的宽度。一般晶闸管的开通时间为左右，故触发脉冲的宽度至少应在以上，最好应有。对于三相桥式全控整流电路，若采用宽脉冲触发，则脉冲宽度应大于，一般设计成（5ms）。
由于集成触发电路的体积小、功耗低、调试方便、性能稳定可靠等特点，这里我们选用集成六脉冲触发器实用电路，如图3－1所示。

图3.1 集成六脉冲触发器实用电路
该电路需要三个互差，且与主电路三个相电压、、同相的三个同步电压，因此需要设计一个三相同步变压器。但同步变压器功率很小，一般每相不超过1W，故可用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY0，即可获得与主电路二次侧相电压同相的三个电压、、。
3.2控制电源的选择
给定电压的稳定与否直接影响系统给定转速的稳定程度，对调速系统精度影响甚大。为此在调速系统中，给定电压一般由稳压电源供给。根据对系统调速精度的要求不同，可以采用不同型式的稳压电源。
根据电路要求可选用稳压管、晶体管、集成稳压器等组成的稳压电源。
由于用集成稳压器组成的稳压电路简单，稳压精度高，故广泛应用在调速系统中。这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，如图3.2所示。

3.2集成稳压电源原理图
3．3电流反馈环节设计与计算
3．3．1电流调节器的工作原理电流
电流调节器有两个输入信号。一个是转速调节器输出反映偏差大小的主控信号，一个是由交流互感器测出的反映主回路电流反馈信号，当突加速度给定一个很大的输入值，其输出整定在最大饱和值上，与此同时电枢电流为最大值，从而电动机在加速过程中始终保持在最大转距和最大加速度，使起、制动过程时间最短。
如果电网电压发生突变（如降低）时，整流器输出电压也会随之变化（降低），引起主回路电流变化（减小），由于快速性好，不经过电动机机械环节的电流反馈环的作用，立即使调节器的输出变化（增大），则也变化（变小），最后使整流器输出电压又恢复（增加）至原来的数值，这就抑制了主回路电流的变化。也就是说，在电网电压变化时，在电动机转速变化之前，电流的变化首先被抑制了。
同样，如果机械负载或电枢电流突然发生很大的变化，由于采用了频率响应较好的快速电流负反馈，当整流器直流侧发生类似短路的严重故障时，电流负反馈也及时的把电流故障反馈到电流控制回路中去，以便迅速减小输出电压，从而保护晶闸管和直流电动机不致因电流过大而损坏。
电流调节器ACR的作用：
（1）对电网电压波动起抗干扰作用
（2）启动时保证获得容许的最大电流
（3）在转速调节过程中，使电枢电流跟随给定电压变化
（4）当电机过载甚至堵转时，可以限制电枢电流的最大值，从而起到快速的过流安全保护，如故障消失，系统能自动恢复工作。
3.3.2电流环结构图的简化
电流环结构图如图3.3所示。

图3.3 电流环的动态结构图

由于突加给定阶跃后，速度调节器输出马上达到饱和限幅值，电流环投入工作使电机电枢电流很快上升，相对电流来说，速度变化很缓慢。因此，可以认为反电势对电产生的影响很小，令△E=0，则结构图简化化下图3.4。

图3.4 电流环动态结构图的化简一
最后，Ts和Toi都比Td小得多，可以当作小惯性环节处理，看成一个惯性环节，取
则电流环结构图最终简化成图3.5。

图3.5 电流环动态结构图的化简二
3.3.3电流环参数的确定
(1) 三相桥式电路的平均失控时间Ts
一般三相桥式电路晶闸管最大失控时间在0～0.0033s之间随机分布，取其平均值，即
Ts＝0.0017s
(2) 电流滤波时间常数Toi
三相桥式电路的每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，（1～2）Toi＝3.33ms
Toi＝0.002s
(3) 电流环小时间常数Tεi
按小时间常数近似处理，取
s
(4) 晶闸管装置放大系数Ks
令本系统电流调节器最大输出电压UKm＝2.54V，晶闸管最大输出整流电压为UDO=245.34V，则

(5)电流反馈系数β
令其限幅值为5V，则
β＝5V/1.5Id＝＝0.51V/A
3.4电流调节器结构的选择及参数计算
3.4.1结构的选择
电流环的一项重要作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过容许值，因而在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。可电流环还有另一个对电网电压波动及时调节的作用，因此还要提高其抗扰性能。
为了使本系统电流环超调小，有好的动态性能，我们采用典型型来设计电流调节器。电流调节器选用PI型。
令电流调节器的传递函数为

3.4.2参数的计算
(1)ACR超前时间常数
为了让调节器零点对消除控制对象的大时间常数极点，选择
s
(2)电流环的比例系数Ki
设计时要求超调量要小，我们假设≤5％，则

因此，电流环的开环增益为

于是ACR的比例系数为

3.4.3检验近似条件
(1)电流环截止频率＝KI=135.1l/s
(2)晶闸管装置传递函数近似条件：≤
现在，＝＝196.1l/s>，满足近似条件。
忽略反电动势对电流环影响的条件：≥
现在，＝＝92.3l/s<,满足近似条件。时间常数近似处理条件：≤
现在，＝＝180.8l/s>,满足近似条件。
3.4.4计算调节器电阻和电容
含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器原理图如图3.6所示。

图3.6 含给定滤波及反馈滤波的PI型电流调节器
其中，UGi为电流调节器的给定电压，－βId为电流负反馈电压，调节器的输出就是触发装置的控制电压UK。
按所用运算放大器取R0＝40KΩ，各电阻和电容值计算如下
取5K
Ci＝＝2.2μF 取2μF
Coi＝ 取0.2μF
3.5转速环的设计
3.5.1转速调节器的工作原理
在主电机上安装一直流测速发电机，发出正比于主电机转速的电压，此电压与给定电压相比较，其偏差送到转速调节器ASR中去，如欲调整，可以改变给定电压。例如提高，则有较大加到ASR输入端，ASR自动调节GT，使触发脉冲前移（减小），整流电压提高，电动机转速上升，与此同时，也相应增加。当等于或接近给定值时，系统达到平衡，电动机在给定数值下以较高的转速稳定转动。如果电动机负载或交流电压发生变化或其它扰动，则经过速度反馈后，系统能起到自动调节和稳定作用。比如，当电机负载增加时，转速下降，平衡状态被破坏，调节器输出电压增加，触发脉冲前移（变小），提高，电动机转速上升。当其恢复到原来数值时，又等于给定电压，系统又达到平衡状态。如果扰动不是来自负载而是来自交流电网，比如交流电压下降，则系统也会按上述过程进行调节，使电动机转速维持在给定值上运行。同样道理，当电动机负载下降，或交流电压提高时，系统将按与上述相反过程进行调节，最后仍能维持电动机转速近似不变。
转速调节器ASR作用如下：
(1)使转速n跟随给定电压变化，保证转速稳态无静差
(2)对负载变化起抗干扰的作用
(3)输出限幅值决定电枢主回路的最大容许电流值
3.5.2电流环的等效闭环传递函数
在设计转速调节器时，可把已设计好的电流环看作是转速调节器的一个环节，为此必须求出它的等效传递函数。图3.7给出了校正成典型型系统的电流环的结构图，其闭环传递函数为

图3.7 校正成典型型系统的电流环的动态结构图

若按=0.5选择参数，则

由图3.7可知电流闭环传递函数为

因此电流环的等效环节应相应地改成

原来电流环的控制对象可以近似看成是个双惯性环节（见图3.6），其时间常数是和，闭环后，整个电流环等效近似为只有小时间常数的一阶惯性环节。这就表明，电流闭环后，改造了控制对象，加快了电流跟随作用。
3.5.3速度环参数的确定
(1) 电流环等效时间常数
＝2×0.0037s＝0.0074s
(2)转速滤波时间常数
根据所用测速发电机波纹情况，取＝0.01s
(3)转速环小时间常数
按小时间常数近似处理，取＝＋＝0.0174s
(4)转速反馈系数
由于本系统的限幅值为5V，则
=5V/n＝5/1000＝0.005Vmin/r
3.6转速调节器结构的选择及参数计算
3.6.1结构的选择
动态结构图就如图3.8所示。

图3.8 转速环的动态结构图

与电流环相似，我们可以将转速环结构图化简为图3.9。

图3.9 转速环的动态结构图的化简
由于设计要求稳态无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应该按典型Ⅱ型系统设计转速环。故ASR选用PI调节器，其传递函数为

3.6.2参数的计算
(1)ASR超前时间常数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h＝5，则
＝＝5×0.0174s＝0.087s
(2)转速环的比例系数
转速环的开环增益为

于是，ASR的比例系数为

3.6.3检验近似条件
(1)转速环的截止频率
＝=396.4×0.087＝34.5
(2)电流环传递函数简化条件：≤
现在，＝＝54.1l/s>，满足简化条件。
小时间常数近似处理条件：≤
现在，＝＝38.75l/s>,满足近似条件。
3.6.4计算调节器电阻和电容
含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器原理图如图3.10所示。

图3.10 含给定滤波及反馈滤波的PI型转速调节器
其中，UGn为转速调节器的给定电压，－为转速负反馈电压，调节器的输出就是电流调节器的给定电压UGi。
按所用运算放大器取R0＝40KΩ，各电阻和电容值计算如下
取250 KΩ
Cn＝＝0.348μF 取0.4μF
Con＝ 取1μF
3.6.5检验转速超调量
如果转速调节器没有饱和限幅的约束，可以在很大范围内线性工作，那么，双闭环调速系统起动时的转速过渡过程的超调量时很大的（如图3.11a）。实际上，突加给定电压后不久，转速调节器就进入饱和状态，输出恒定的电压UGim，使电动机在恒流条件下起动，起动电流Id=Idm=UGim/β，而转速n则按线性规律增长（如图3.11b）。虽然这时的起动过程要比调节器没有限幅时慢的多，但是为了保证电流不超过容许值，这是必需的。

（a） ASR不饱和

（b） ASR饱和
图3.11 转速环按典型Ⅱ型系统设计的调速系统起动过程

令电机容许过载倍数λ＝1.5，负载系数z＝0（理想空载起动）。当h＝5时，＝81.2％；而=＝355.8r/min,因此，转速调节器的退饱和超调量为

=
=15.7％

3.7继电器－接触器控制电