直流电力拖动系统设计概要

前言

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统正逐步取代直流调速系统。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。

第一章设计任务分析

1.1课题的内容与要求

某型铣床采用镶齿锯片铣刀，驱动电机采用直流电动机，铣刀最大直径500mm，最小直径100mm，铣刀允许最大切削速率20m/s，最高切削速度下最大许用切削力500N，铣刀最大许用切削力矩500N*M，铣刀卡盘、联动轴和铣刀飞轮矩为75N*m2。

试设计此拖动系统，要求切削速率1-20m/s无级可调，设定速度后空载到最大吃刀深度速度波动小于10%。铣床工作现场有三相四线制380V交流电源，100A空开保护，最大电压波动%

，通风良好，环境干燥，无粉尘，现场无防爆要求。

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1.2系统的概述与分析

根据课题的要求该系统对电机的转速控制采用无静差直流调速系统进行控制。无静差直流调速系统可分为：转速负反馈、电压负反馈、电流正反馈、附加电流正反馈的电压负反馈等几种直流调速系统。无 静差直流调速系统如图1.1所示：

图1.1

采用比例积分调节器以实现无静差，采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。TA 为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号Ui 。当电流超过截止电流Idcl 时，Ui 高于稳压管VS 的击穿电压，使晶体管VBT 导通，则PI 调节器的输出电压Uc 接近于零，电力电子变换器UPE 的输出电压U d 急剧下降，达到限流的目的。

当电动机电流低于其截止值时，系统结构框图如图1.2所示：

图1.2

第二章 电力拖动系统的性能指标分析

电力拖动系统拖动的工艺设备总是对电力拖动系统提出一定的性能指标要求，包括技

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术性指标、可靠性指标、经济性指标等方面的指标。

技术性指标作为电力拖动系统设计的主要遵循指标，主要包括了电力拖动系统的机械特性、转速指标及调速性能等方面。这些指标是设计电力拖动系统必须首先予以明确的。

2.1机械特性

对于拖动生产设备的电力拖动系统，只有当电动机与负载的机械特性配合适当，系统才能正常的运行。所以电力拖动系统的机械特性必须根据负载的转矩特性加以选定、设计，于是我们必须首先明确拖动对象的转矩特性。

负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。根据统计分类一般分类为三类：

（1）恒转矩负载特性 （2）恒功率负载特性 （3）泵与风机类负载特性

以上三类负载机械特性是从各种实际负载中概括出来的典型化的负载机械特性，实际负载机械特性可能是以某种典型特性为主的几种典型特性的组合。

如果拖动对象的负载特性没有给出，则需要通过分析、实验等方法求取，具体方法可查阅相关文献。

当拖动对象的负载特性确定后，电力拖动系统能够工艺设备正常工作的必要条件和充分条件是： 1.必要条件:

电动机的机械特性与负载转矩特性有交点,即存在T em =T L 2.充分条件:

在交点处满足 dn dT em

dT L 。或者说，在交点的转速以上存在T em

速以下存在T em >T L 。

由此，我们可大致解算出电力拖动系统需要具有的基本参数，包括选用电动机应该具有的输出转矩、输出功率、最大转速和拖动系统的人为机械特性。

2.2调速特性

任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。例如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时允许的转速波动，运行时停

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止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：

（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速。

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；

（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

2.2.1稳态性能指标

我们给出调速范围和静差率的定义，这是电力拖动系统的主要稳态特性指标：

调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示，即

(2-1)

其中n max 和n min 一般都是指在电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，例如，精密磨床，也可以用实际负载时的最高和最低转速。

静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落n N ? ，与理想空载转速n 0之比，称作静差率s ，即

(2-2)

显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小， 转速的稳定度越高。

调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。在调速工程中，若额定速降相同，则转速越低时，静差率越大。如果低速时的静差率能满足设计要求，则高速时的静差率就更满足要求了。因此，调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。

闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

2.2.2 控制系统的动态性能指标

生产工艺对控制系统动态性能的要求经折算和量化后可以表达为动态性能指标。自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰

min max n n D =0

N n n s ?=

性能指标。

1、跟随指标常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间、超调量和调节时间。

（1）上升时间表示动态响应的快速性。

（2）超调量反映系统的相对稳定性，超调越小，相对稳定性越好。

（3）调整时间它衡量整个输出量调节过程的快慢，反映了系统的快速性，也包含着它的稳定性。

2、抗扰动指标

控制系统稳定运行中，突加一个使输出量降低的扰动量以后，输出量由降低到恢复的过渡过程是系统典型的抗扰过程，常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。

（1）动态降落：调速系统突加额定负载扰动时转速的动态降落。最大动态速降⊿nmax 反映了系统抗干扰的能力和稳定性。

（2）恢复时间：反映系统的抗扰能力。

总之，一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。

扰动的来源可能包括以下方面，所有这些因素最终都要影响到转速。

（1）负载变化的扰动（使Id变化）；

（2）交流电源电压波动的扰动（使Ks变化）；

（3）电动机励磁的变化的扰动（造成Ce 变化）；

（4）放大器输出电压漂移的扰动（使Kp变化）；

（5）温升引起主电路电阻增大的扰动（使R变化）；

（6）检测误差的扰动（使 变化）。

以上这些动、稳态指标为设计电力拖动系统的结构方案、控制方案、调节器形式及调节器参数校正提供了依据，为系统的调试、评价提供了标准。

第3章电动机的选择

3.1 电动机种类的选用

电力拖动系统是应用电动机来拖动生产机械工作的，由于生产机械种类繁多，工艺要求不一，因而作为驱动用电动机的种类也很多。按电流种类分，有直流电动机和交流电动机，交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。电动机的主要种类可表示为表1。

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表1 电动机的分类

为了合理选用电动机种类，应同时考虑两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性、起动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求，具体可从下列几方面考虑。

3.1.1 电动机的机械特性

电动机的机械特性，是指电动机的转速 n 与转矩 T 的关系，即 n = f （T ），其中，转矩 T 是指电磁转矩。电动机的机械特性决定其稳定运行、起动、制动和转速调节的工作情况。电动机的机械特性的一个重要指标是机械特性的硬度，它表示转速随转矩改变而变化的程度，通常用硬度系数β表示。特性曲线上任一点的硬度系数的定义是该点的转矩变化百分数与转速变化百分数之比，即

n%%??=T β （3-1）

按机械特性的硬度，可把电动机的机械特性分为三类如图3.1所示：

图3.1

（1）绝对硬的机械特性。当转矩改变时，转速不变，如图3.1中的曲线 1所示。同步电动机即具有这种特性，它的2硬度系数β= ∞。

（2）硬的机械特性。转速随转矩而变化，但改变程度不大，如图 3.1中的曲线 2所示。直流他励电动机和异步电动机正常工作部分的特性均属于此类，其β值为 10 ～ 40，硬度系数在直线的机械特性上为一常数，在曲线的机械特性上为一变数。

（3）软的机械特性。转速随转矩的变化而有较大的改变，如图3.1中的曲线 3所示。串励直流电动机即属于此类，其β<10。生产机械具有不同的转矩转速关系，要求电动机的机械特性与其相适应。例如，对于负载变化时，要求转速恒定不变的生产机械，就应选择同步电动机；对于要求起动转矩大、过载能力强及特性软的生产机械，例如电车、电气机车等电力牵引生产机械，就应选择串励或复励直流电动机。对于拖动功率大（例如大容量空气压缩机、各种泵等），需要补偿电网功率因数时，宜采用交流同步电动机。

3.1.2 电动机的起动性能

电动机的起动性能主要是指起动转矩的大小。一些起动转矩要求不高的，例如机床、小容量水泵、通风机等，可以选用普通三相笼型异步电动机；但起动和制动频繁而且起动和制动转矩要求比较大的生产机械（例如起重机、矿井提升机、不可逆轧钢机、大容量水泵、压缩机、带式输送机、纺织机等），就要选用三相绕线转子异步电动机。

3.1.3 电动机的调速性能

电动机的调速性能包括调速范围、调速的平滑性、调速系统的经济性（设备成本、运行效率等）各方面，都应满足生产机械的要求。例如，调速性能要求不高的各种机床、通风机、船用锚机、船用起货机等多选用普通三相笼型异步电动机；功率不大、有级调速的电梯或某些机床可选用多速电动机；而调速范围较大、调速要求平滑的龙门刨床、高精度

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车床、造纸机、可逆轧钢机等多选用调速性能优越的他励直流电动机和绕线转子异步电动机。随着交流调速技术的迅速发展，例如交流变频调速器的使用，交流电动机的应用必将更加广泛。

3.1.4 电动机的电源

交流电源比较方便，随处可得，而直流电源则需要有整流设备。由于居民住宅中只有单相电源，所以，家用电器都选用单相异步电动机。采用交流电动机时还应注意，异步电动机要从电网吸收滞后性无功功率使电网功率因数下降，而同步电动机处于过励状态时可从电网吸收超前无功功率。因此，在要求改善工厂功率因数的情况下，对大功率的电动机可选用同步电动机。

3.1.5 电动机的经济性

满足了生产机械对于电动机起动、调速、各种运行性能等方面要求的前提下，优先选用结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便的电动机。能同时满足以上条件的电动机可能不是一种类型，还应综合考虑其他情况，例如节能、货源、技术状况等。

3.2电动机电压等级的选用

电动机电压等级要与工厂企业或车间的供电电压一致。一般中、小型交流电动机额定电压为 220/380V或 380/660V，大型交流电动机的额定电压是3000V、6000V 及 10000V。直流电动机额定电压一般为 110V、220V 和 440V。大功率直流电动机可提高到 600～800V。当电动机由晶闸管整流装置直接供电时，为配合不同的整流电路联结形式，新改型直流电动机还增设了 160V（配合单相全波整流）及 440V（配合三相桥式整流）等新的电压等级。

3.3 电动机额定转速的选用

额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机的体积越小，造价越低，一般来说电动机的飞轮力矩GD2也就越小，因此选用高速电动机较为经济。但由于生产机械速度一

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定，电动机的转速越高，拖动系统传动机构的速比也越大，机构越复杂。另外，电动机的GD2和转速n N影响到电动机过渡过程持续的时间及过渡过程中能量的损耗。电动机的

GD2,n N值越小，过渡过程越快，能量损耗越小。因此，电动机额定转速的选择需要根据生产机械的具体情况，综合考虑上面各个因素来确定。一般可分为下列三种情况：（1）电动机连续工作，很少起动、制动或反转。这时，可从设备的初期投资、占地面积和维护费用等方面考虑，对几个不同的额定转速进行全面比较，最后确定电动机的额定转速。

（2）电动机经常起动、制动及反转，但过渡过程的持续时间对生产率影响不大（例如高炉装料机械的工作情况）。此时除考虑初期投资外，主要根据过渡过程能量损耗为最小的条件来选择电动机的额定转速。

（3）电动机经常起动、制动及反转，过渡过程的持续时间对生产率影响较大（例如龙门刨床工作台的工作情况）。这时，主要根据过渡过程持续时间为最短的条件来选择电动机的额定转速。

3.4电动机额定功率的选用

额定功率的选用必须考虑电动机的发热、过载能力及起动能力三个方面。电动机额定功率的选择一般可分为三步：

（1）计算负载功率P L。这是决定电动机额定功率的依据。

（2）根据负载功率，预选电动机的额定功率P N≥P L，尽量接近P L。

（3）校核预选电动机。一般先校核发热温升，再校核过载能力，必要时校核起动能力。若通过，预选的电动机就确定了；如果通不过，从第二步开始重新进行，直到通过为止。校核过载能力是指，异步电动机的最大转矩 Tm 是否比负载可能出现的最大转矩大，而且需要考虑电网可能出现电压向下波动，按向下波动 10% 计算。直流电动机电枢电流的最大允许值 Imax是否比可能出现的最大负载电流大。校核起动能力主要是指笼型异步电动机是否能可靠起动。校核发热温升是最重要的，工作量有时相当大。在满足生产机械要求的前提下，所选电动机的额定功率越小越经济。

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3.5 电机容量的原则

（1）电动机在工作过程中，其额定功率应得到充分利用。要求温升接近但不超过规定的允许数值。

（2）电动机应满足生产机械需要的有关机械特性的要求。保证一定负载下的转速稳定，有一定的调速范围及具有良好的起动和制动性能。

（3）电动机的结构型式应满足设计提出的安装要求和适应周围的工作环境。例如防止灰尘进入电动机内部，或者防止绕组绝缘受有害气体腐蚀等。

电动机技术数据如表2所示：

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表2 12

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切削线速度=2π*主轴转速*刀具直径/1000 ， n=32r/s=1920r/min 2000≈r/min 铣床的切削功率 P N =w 5.1049550

2000

*5009550n

==

T Z

额定电压 380V

由电机的选型手册可以看出我们即将选用的电机型号是90SZ64型。

n N =1000r/min,P N =54w, GD 2=0.25Kg.m 2

, U N =380V ,T L =510N/m, I N =0.62A

3.6电机电气线路

图3.2

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第四章控制系统设计

4.1 双闭环动态抗扰性能

单闭环调节系统对于被包在反馈环内的一切扰动量都有抑制作用。这些扰动量最终要反映到被调量，由测出被调量的偏差进行调节，根据系统的静态特性，扰动才会被抑制，。但还存在不能及时调节的问题。

从图4.1可知，负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰动作用。因此，在突加负载时，必然会引起动态速升，为了减少动态速升，必须在设计转速调节器ASR时，要求系统具有良好的抗扰动指标。

对于双闭环系统，扰动对系统的影响与扰动的作用点有关，扰动作用域内环的主通道中，将不会明显的影响转速，

图4.1

其中转速和电流两个调节器的作用：

1.转速调节器的作用

（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

2.电流调节器的作用

（1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压变化。

（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）在转速动态工程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态工程。

（4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

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4.2模拟式速度随动系统

典型的模拟式位置随动系统如图所示，一般是在调速系统基础上再外加一个位置环组成，工作原理如图4.2所示：

图4.2 工作原理图

系统的工作原理和静特性：

由系统的控制原理图我们可以看出，系统的转速调节是按给定量和反馈量的偏差进行调节，其偏差大小，该信号经过放大器放大后，去控制触发脉冲的移相角，调节整流电压和电动机的转速变化，只要系统的被调转速产生偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用，也起到了稳速的作用。

通过定性的分析我们知道，开环系统中，当负载增大的时候，电枢压降也增大，通过比较和放大，转速只能老老实实降低下来，闭环系统装置有反馈装置，转速稍有降落，反馈电压就感觉出来了。通过比较和放大，提高晶闸管整流输出的电压，使系统工作在新的机械特性下，因而转速又有所回升，这就是转速闭环系统的基本机理。

要实现这转速系统的各个参数，要有放大器，而且放大器的倍数要足够大，才能保证一定的性能指标。因此在闭环系统中，引入转速反馈电压后，若要转速偏差小，就必须压的很低。所以设置放大器，才能获得足够的电压。此系统必须要求采用二极管限幅电路，限幅电路。电路如图4.3所示：

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图4.3

转速环节参数计算：

（1）确定时间常数，电流环的等效时间常数为，T 2∑=0.0074s （2）转速滤波时间常数T on

根据所用测速发电机的纹波情况，取T on =0.01s （3）转速环小时间常数T n ∑

按时间常数近似处理，取T n ∑=T 2∑+T on =0.0174s

2选择转速调节器的结构

按典型二型系统设计转速环，故ASR 选用PI 调节器，其传递函数为：

τ

τS

S K

ASR

W

1)s (n += (4-1)

式中：Ka:调节器的比例参数

n τ:转速调节器的超前时间常数

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4.3闭环系统分析及参数计算

在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况，这时，必须设计合适的动态的校正装置，用来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面的要求。

动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID 调节器的串联校正方案就能完成动态校正任务。

PID 调节器中有比例微分、比例积分和比例积分微分三种类型。由PD 调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响；由PI 调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定度的；用PID 调节器则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能。一般调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI 调节器；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD 或PID 调节器。

在双闭环调速系统中，电动机，晶闸管的整流装置，触发装置都可以按负载的工艺要求来选择和设计，根据生产机械和工业的要提出系统的稳态和动态性能指标。而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的修正环节来达到。

电动机：U N =380V n N =1000r/min

p

N

=54w I N =0.62A

主回路：R ∑=0.3Ω L

∑

=0.2H

全控桥式整流： m=3

负载及电动机: GD 2

=0.25kg ·m 2

固有参数计算 电动势系数;Ce=n

R I U N

a

N N

_ =

1000

3

.0*62.0380-=0.279V ·min/r

转矩系数: C M =

03.1C

e

=

03

.1279

.0=0.272kg ·m/A

电磁时间常数 T L =

R

L ∑

∑=

3

.02

.0=0.67s 机电时间常数 T m =m e *3752

C C R G

D ∑=375

*272.0*279.03

.0*25.0*25.0=0.00066s

晶闸管整流器滞后时间常数s mf T s 0033.050

*3*2121===

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取ASR 限幅值:

V U

m

10=*

取转速给定的最大值 V U nm 10=*

转速反馈系数: rpm V n

U N

nm /01.01000

10

==

=*

α

4.4直流调速系统用的可控整流装置

此次设计用的是V-M 方式，步骤如下:

(1) 根据电动机的额定电压不同，确定整流变压器的输出电压和可控整流电流的结构形式，一般情况，当控制角a 为0时，整流输出电压的有效值U 应约等于1.1倍的电动机额定电压UN,运算关系如下表3。

表3 可控直流电源运算关系

(2) 电路结构确定后既要进行晶闸管的型号选择，一般取晶闸管的额定电压的1.5倍^2倍的U m ，额定电流大于2倍的电动机额定电流I N 。 原理图如4.4所示：

图4.4 直流调速系统用的可控直流电源原理图

（3）触发电路设计，一般采用KC或KJ系列的集成触发器，触发电路需要三个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥触发电路，

如图4.5所示：

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电力拖动教案-熔断器

课题二熔断器 一、教案 【学习概要】 1、低压熔断器的概念、结构、技术参数。 2、常用低压熔断器的种类、特点、用途、型号、规格、文字与图形符号。 3、低压熔断器的选用方法，常见故障及处理方法。 【内容解析】 1、低压熔断器的概念、结构、技术参数 1.1、熔断器的概念 低压熔断器是低压配电网络和电力拖动系统 中主要用作短路保护的电器，通常简称熔断器。使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，通过熔断器的电流达到或超过某一规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。 1.2、熔断器的结构 熔断器 熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。如图所示。 熔体是熔断器的主要组成部分，常做成丝状、片状、或栅。熔体的材料通常有两种，一种是由铅、铅锡合金或锌等低熔点材料制成，多用于小电流电路；另一种是由银、铜等较高熔点的金属制成，多用于大电流电路。 熔管是熔体的保护外壳，用耐热绝缘材料制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。 熔座是熔断器的底座，作用是固定熔管和外接引线。 1.3、熔断器的主要技术参数 1 / 16

（1）额定电压 熔断器的额定电压是指能保证熔断器长期正常工作的电压。若熔断器的实际工作电压大于其额定电压，熔体熔断时可能会发生电弧不能熄灭的危险。 （2）额定电流 熔断器的额定电流是指保证熔断器能长期正常工作的电流，是由熔断器各部分长期工作时的允许温升决定的。它与熔体的额定电流是两个不同的概念。熔体的额定电流是指在规定的工作条件下，长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流值。通常一个额定电流等级的熔断器可以配用若干个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流不能大于熔断器的额定电流值。 （3）分断能力 在规定的使用和性能条件下，熔断器在规定电压下能分断的预期分断电流值。常用极限分断电流值来表示。（预期分断电流值是指熔断器被一个阻抗可以忽略的导体所代替时电路内可能流过的电流） （4）时间—电流特性 在规定工作条件下，表征流过熔体的电流与熔体熔断时间关系的函数曲线，也称保护特性或熔断特性。如图2—2所示。 I R 为熔断电流与不熔断电流的分界线，与此相应的电流叫做最小熔化电流。当通过熔体的电流等于I R 时，熔体能够达到其稳定温度，并且熔断；当通过熔体电流小于I R 时，则无法使得熔体熔断。 熔断器的时间－电流特性 根据对熔断器的要求，熔体在额定电流I NN 下绝对不应熔断，所以最小熔化电流I R 必须大于额定电流I NN 。一般熔断器的熔断电流I S 与熔断时间t 的关系见表1—1。 I R

电力拖动毕业设计

电力拖动系统设计 摘要：电力拖动系统电动机的选择，首要的是在各种工作制度下电动 机功率的选择，同时还要确定电动机的电流种类、类型、额定电压与 额定转速。正确决定电动机的功率与很重要的意义。如果功率过大， 会造成浪费，设备投资增大，而且电机经常欠载运行，效率及交流电 动机的功率因数较低，运行费用较高，急不经济；反之如果功率选择 小了，电机将过载运行。造成电动机过早的损坏。或者在保持电动机 不过热的情况下，只能降低负载使用。因此，电动机不适当地选择得 太大货太小。都将对国民经济造成损失。 决定电动机功率时，要考虑电动机的发热，允许过载能力与起动能力等三方面的因素。一般情况下，发热问题最为重要。 关键字：同步电动机异步电动机接触器 1电力拖动系统中电动机的选择 1.1绝缘材料的等级 电动机在负载运行时, 其内部总损耗转变为热能使电动机温度升高。而电动机中耐热最差的是绝缘材料,若电动机的负载太大, 损耗太大而使温度超过绝缘材料允许的限度时, 绝缘材料的寿命就急剧缩短, 严重时会使绝缘遭到破坏, 电动机冒烟而烧毁。这个温度限度称为绝缘材料的允许温度。由此可见, 绝缘材料的允许温度就是电动机的允许温度；绝缘材料的寿命就是电动机的寿命。 1

如表中的绝缘材料的最高允许温升(也称允许温升)就是最高允许温度与标准环境温度 40℃的差值, 它表示一台电动机能带负载的限度, 而电动机的额定功率就代表了这一限度。电动机铭牌上所标注的额定功率, 表示在环境温度为 40℃时, 电动机长期连续工作, 而电动机所能达到的最高温度不超过绝缘材料最高允许温度时的输出功率。当环境温度低于 40℃时, 电动机的输出功率可以大于额定功率；反之, 电动机的输出功率将低于额定功率, 以保证电动机最终都能达到或不超过绝缘材料的最高允许温度。 当绝缘处于表一所示的极限工作温度时,电机的使用寿命可以长达15~20年。如果高于表一所表示的温度连续运行,电机的使用寿命将迅速下降。据统计,A级绝缘材料的工作温度每上升8~10 ,绝缘的寿 命将缩短一半。现代电机中应用用最多的是E级和B级绝缘。 2

直流系统设计、安装、验收

1 直流系统设计 1．1 系统接线 避免采用了两台充电机，一组阀控蓄电池的接线方式。某些变电站的典型设计中的直流系统采用了两台充电机，一组阀控蓄电池的接线方式。这种设计不太合理。两台充电机，一组蓄电池的设计是沿袭原来采用相控充电机、固定防酸蓄电池时的设计思想。殊不知设备情况已发生了变化。原来的相控充电机可靠性不高，因此一般采用两台充电机；而固定防酸蓄电池造价高、寿命长、可靠性高，所以一般采用一组蓄电池。目前采用的高频开关电源的充电机为N+1备份，且各模块可脱离监控单元独立进行工作，充电机的可靠性已大大提高。而阀控蓄电池虽使用安全、日常维护量小但其可靠性和寿命明显不如固定防酸蓄电池。MCHAELR．M00RE通过对超过7万5千只阀控蓄电池近1O年的研究表明，阀控蓄电池的实际使用寿命为4～8年，远低于其1O～20年的设计使用寿命。因此合理的设计应重点加强蓄电池的可靠性。应采用双套充电机、双组蓄电池而非双套充电机、单组蓄电池。为不提高投资，蓄电池的容量可选用原蓄电池容量的一半。这样本质上为两套直流系统，两组蓄电池电、两台充电机、两面馈线屏，正常运行为分裂运行，充电机或蓄电池检修时并列运行。系统方式灵活，每段母线上的充电机和蓄电池可同时撤出系统，当撤出系统后充电机和放电回路可对本段母线的蓄电池进行核对性充放电。 1．2 蓄电池的选用 变电站的蓄电池常选用阀控蓄电池和固定防酸蓄电池。目前变电站的阀控蓄电池主要采用2V和12V两种。各有其优缺点。2V蓄电池的优点是电池设计寿命长并且可靠性高，损坏1～2节可将其短接，不会对系统电压有大的影响，缺点是造价较高、维护量大、占地面积大。12V蓄电池的优点是每组仅18块(220V 系统)，维护、更换都比较方便，造价比相同容量的2V电池低、结构紧凑、占地面积小，缺点是设计寿命少于2V电池，损坏1～2节对系统电压影响较大，不能短接，一般需更换。权衡利弊后11OkV变电站宜采用2组12V、100AH的蓄电池；330kV及以上变电站宜采用2组2V、大于等于300AH的蓄电池。 固定式防酸蓄电池可靠性和鲁棒性优于阀控蓄电池，但占地面积大，需进行加水、测密度、调酸等日常维护工作，且易产生酸雾，对蓄电池室有特定的要求，对环境污染较大。对于特别重要、可靠性要求特别高的变电站建议采用固定式防酸蓄电池。 1．3 放电回路 蓄电池的核对性充放电，对蓄电池的寿命和整个直流系统的安全至关重要，是以后运行过程中的一项长期、经常性的工作。为日后的运行维护方便，应设计蓄电池放电回路、并带有放电模块，运行中可将单台充电机、单组蓄电池撤出运行进行核对性充放电。并要求具有智能放电功能，可根据放电电流、单瓶截止电压、整组截止电压、放电时间等参数设置放电方式。 1．4 馈线方式 变电站直流网络的馈线应采用何种形式更为合理。DL／T 5044—2004《电力工程直流系统设计技术规定》4．6．1条规定“直流网络宜采用辐射供电方式”。而《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》13．3．1．1规定“新、扩建或改造的变电所(站)直流系统的馈出网络应采用辐射状供电方式，不应采用环状供电方式。在用设备如采用环状供电方式的，应尽快改造成辐射状供电方式。”

厦门双极柔性直流输电工程系统设计

研究背景 基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流系统由于谐波畸变小且开关损耗低，是高电压大容量直流输电的重要发展方向。目前，世界X围内基于MMC的柔性直流工程发展迅猛;国内已有5项MMC工程投运，同时还有多项高压乃至特高压MMC工程处于规划之中，并可能成为我国未来大区域电网互联的重要手段。与交流输变电工程不同，柔性直流工程需要根据送受端交流系统条件、输电距离、投资和占地等条件开展定制化的系统设计。 （来源：电力系统自动化ID：AEPS-1977） ±320kV/1000MWXX柔性直流输电工程(以下简称XX工程)是世界X围内第一个采用双极接线的柔性直流工程，也是额定直流电压和输送容量均达到世界之最的柔性直流工程，两端换流站鸟瞰示意图如图1所示。与以往对称单极柔性直流工程相比，首次采用的双极接线和大传输容量对工程的系统设计提出了新的要求。本文对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究，研究结论在XX工程得到成功应用，验证了设计方案和技术参数的正确性。 (a) 彭厝换流站 (b) 湖边换流站 图1 XX工程换流站鸟瞰示意图 1 主接线及运行方式 当高压大容量柔性直流工程采用对称单极接线，存在如下问题： 1)与同容量双极柔性系统相比，可靠性较低。 2)换流单元采用三台单相双绕组变压器，导致变压器容量大，运输困难。 3)换流站设备的绝缘水平要求较高。考虑到上述因素，XX工程采用双极带金属回线的主接线，主接线设计如图2所示。

图2 双极柔性直流换流站接线示意图 根据主接线设计特点和转换开关配置方案，XX工程存在以下3种运行方式： 方式1：双极带金属回线单端接地运行(见图3(a))。其中，接地点仅起钳制电位的作用，不提供直流电流通路。双极不平衡电流通过金属回线返回。 方式2：单极带金属回线单端接地运行(见图3(b))。接地点的作用同方式1，且单极极线电流通过金属回线返回。 方式3：双极不带金属回线双端接地运行(见图3(c))。双极不平衡电流通过大地回路返回。该方式为运行方式转换过程中出现的临时方式，且必须保证直流系统处于双极对称状态。

电力拖动试题库带答案

《电力拖动控制线路与技能训练》教学大纲及复习习题库 版本：中国电力出版社 主编：程建龙 定价：29.80元 适用班级：13电大二 代课人：田芳于长超 出题人：田芳于长超 制定时间：2014年 审核人：

电力拖动》教学大纲 第一章异步电动机的基本控制线路及常用低压电器 掌握：低压电器的使用维护、型号命名、选择、安装。掌握手动、点动、连续等常规电路的原理、分析方法。 重难点：低压电器的范围及应用、低压电器的分类、常用低压配电电器及其使用注意事项、常用低压控制电器及其使用注意事项，电路原理分析。 第二章直流、同步电动机基本控制线路及控制线路设计方法了解：直流电动机的结构与原理 重难点：他励直流电动机的基本控制线路 删除：并励直流电动机的基本控制线路、串励直流电动机的基本控制线路第三章常用机械的电气控制线路 了解：常用控制线路电路分析、生产机械电器控制设备的维护及检修方法。重难点：生产机械电器控制设备的原理分析。 第四章电动机的自动调速及其调试与维修概述（删除）

电力拖动试题库 重点部分 绪论 一、填空 1、电源分交流电源和（）。 二、名词解释 2、电力拖动 三、简答 3、电力拖动装置一般由哪几部分组成？ 4、电力拖动装置中电动机的作用是什么？ 5、按电动机的组合数量来分，电力拖动的发展经历了哪几个阶段？ 第一章异步电动机的基本控制线路及常用低压电器 第一节三相异步电动机的手动正转控制线路 一、填空 6、低压断路器类型品种很多，常用的有（）、框架式、（）、漏电保护式。 7、低压熔断器广泛用于低压配电系统和控制系统中，主要用作（）保护。 8、低压熔断器在使用时（）联在被保护的电路中。 9、负荷开关分为（）负荷开关和封闭式负荷开关两种。 10、负荷开关一般在照明电路和功率小于（） KW的电动控制线路中。 11、低压断路器又称（）。 13、低压控制电器依靠人力操作的控制电器称为 ( ) 。 14、低压控制电器根据信号能自动完成动作的称为 ( ) 。 15、断路器的文字符号是 ( ) 。 17、熔断器文字符号是（）。 18、负荷开关分为（）负荷开关和封闭式负荷开关两种。 19、开启式负荷开关文字符号是（）。 20、封闭式负荷开关文字符号是（）。 21、组合开关文字符号是（）。

直流调速系统设计

直流调速系统设计 电气工程学院）摘要： 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。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。常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统，二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率，但是不够理想。实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统，一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。本文是按照工程设计的方法来设计转速和电流调节器的。使电动机满足所要求的静态和动态性能指标。电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ⅰ型系统，而转速环以抗扰性能为主，即应选用典型Ⅱ型系统为主。关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器1 设计任务及要求1、1设计任务设计V-M双闭环直流可逆调速系统1、1、1技术数据：?直流电动机：额定电枢电压=400V，额定功率1、 9kW，额定电枢电流=6、9A，额定转速=855r/min，电动机电动势系数Ce=0、1925Vmin/r，允许过载倍数λ=1、5；?晶闸管装置放大系数：Ks=40；整流装置平均滞后时间常数=0、00167s，? 电枢回路总电阻：R=

11、67Ω；?电枢回路电感110mH，电力拖动系统机电时间常数Tm=0、075s；?电枢电流反馈系数：β=0、121V/A （≈10V/1、5），电流滤波时间常数=0、002s；?转速反馈系数α=0、01 V、min/r（≈10V/）；转速滤波时间常数=0、01s；1、2设计要求：(1) 根据试凑法设计电流调节器和转速调节器参数进行仿真，电流超调量≤5%；实现转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量≤5%；(2) 试利用Matlab仿真软件中的Simulink或Simulink中的Power system模块进行仿真，在Matlab仿真软件中构建仿真模型；(3) 用Plot函数绘制理想空载启动到设定转速500r/min下电机启动过程，转速达到设定值后经过20s给定反向信号=-10V时正反转启动过程中转速、电枢电流波形。(4) 对仿真波形及结果进行分析。2 V-M双闭环调速系统的设计改变电枢两端的电压能使电动机改变转向。尽管电枢反接需要较大容量的晶闸管装置，但是它反向过程快，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，电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。如图1所示两组晶闸管分别由两套触发装置控制，可以做到互不干扰，都能灵活地控制电动机的可逆运行，所以本设计采用两组晶闸管反并联的方式。并且采用三相

电力拖动试题库带答案(2020年九月整理).doc

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电力拖动自动控制课程系统设计

1设计分析 1.1双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。 图1 双闭环调速系统的结构图 1.2 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 I dL n I d I dm I dL n I d O I dm I n n (a)(b)

(b)理想快速起动过程 图2 调速系统起动过程的电流和转速波形 1.3 H桥双极式逆变器的工作原理 脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。 H形双极式逆变器电路如图3所示。这时电动机M两端电压 U的极性随 AB 开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图3H形双极式逆变器电路 双极式逆变器的四个驱动电压波形如图4所示。

O O O O U g1 U g2 U -Us i d 图4 H 形双极式逆变器的驱动电压波形 他们的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。在一个开关周期内，当0on t t ≤<时，晶体管1VT 、4VT 饱和导通而3VT 、2VT 截止，这时AB s U U =。当on t t T ≤<时，1VT 、4VT 截止，但3VT 、2VT 不能立即导通，电枢电流d i 经2VD 、3VD 续流，这时AB s U U =-。AB U 在一个周期内正负相间，这是双极式PWM 变换器的特征，其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。 当正脉冲较宽时，2 on T t > ，则AB U 的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，2on T t =，平均输出电压为零，则电动机停止。 双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为 21on on on d s s t T t t U U U T T T -??= -=- ??? 如果定义占空比on t T ρ=，电压系数d s U U γ= 则在双极式可逆变换器中 21γρ=-

直流电转速系统设计

直流电转速系统设计 摘要 本文设计了直流电机转速控制系统，用来控制直流电机。转速该系统电路主要由主电路和控制电路组成，主电路由桥式PWM变换器电路构成，控制电路由AT89C51单片机来实现。控制电路中还包括键盘、复位、驱动电路等外围电路。系统的核心就是通过主电路产生PWM波来控制电机转动，通过调节占空比就能达到控制转速的目的。桥式可逆PWM变换器电路中有四个端口D1 、D2、D3、D4当占空比大于0.5时，D1 与D4导通电机正转、当占空比小于0.5时，D2与D3导通电机反转、当占空比为0时电机停止转动。通过键盘输入信号来控制电机加速、减速、正传或反转。 关键词：AT89C51；PWM技术；直流电机 Abstract DC motor has been widely used in various fields. In this paper, the DC motor speed control system is designed to control the DC motor speed. The system circuit mainly consists by the main circuit and control circuit. The main circuit consists by a bridge PWM converting circuit, control circuit achieved by the AT89C51 microprocessor. The control circuit also includes the keyboard, reset, drive, circuit and other peripheral circuits. The core of the system is to generate the PWM wave through the main circuit to control the motor rotation, By adjusting the duty cycle can achieve the purpose of controlling the speed .Bridge riverside PWM converter circuit has four ports D1, D2, D3, D4.When the duty cycle is greater then 0.5, D1 and D4 turn on the motor .When the duty cycle is less than 0.5, D2 and D3 turn on the motor reversal the motor stops turning when the duty cycle is 0. We can control the motor acceleration .deceleration, forward or reverse through the keyboard input signal. Key words: AT89C51 microcontroller; PWM technology; DC Motor 1引言

变电站直流系统分析与设计毕业论文

变电站直流系统分析与 设计毕业论文 目录 前言 (1) 3第一节变电站直流电源技术分析 (3) 第二节蓄电池技术分析 (5) 第二章确定直流系统的接线和工作电压 (9) 第一节直流系统的接线 (9) 第二节确定系统工作电压 (14) 第三章计算与选择 (16) 第一节计算并选择蓄电池容量 (16) 第二节直流充电模块的选择 (22) 第三节 UPS不停电电源的选择 (24) 第四节通信电源的分析与设计 (26) 第五节直流系统中各自动开关额定容量的选择 (28) 第四章结论 (31) 结束语 (32) 参考文献 (33)

前言 随着电力工业的迅速发展，为提高电网的供电质量，使电网安全、经济运行，并实现电力系统的自动化，从而对电力控制系统的关键设备控制电源的要求也越来越高。变电站的继电保护，自动装置，信号装置，事故照明和电气设备的远距离操作，一般采取直流电源，所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。 在变电站中广泛采用的直流控制电源是由蓄电池组和充电装置等设备构成，是一种在正常和事故状态下都能保持可靠供电的直流不停电电源系统。交流控制电源通常是采用UPS不间断电源。通信电源是由模块化的通信专用DC-DC变换器，它是从站直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48V控制电源。 从90年代开始的变电站综合自动化技术的推广应用，对直流系统提出了更高的技术要求。近年来直流系统的技术和设备发展迅速，阀控铅酸蓄电池、智能型高频开关充电装置等，具有安全可靠、技术先进和性能优越等特点，促进了直流系统的发展。 然而，在电力系统中，由于直流电源系统设计不合理、设备选型不

电机与电力拖动(第三版)习题参考答案

《电机与电力拖动》（第三版）习题参考答案 第1章思考题和习题 一、填空题 1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组 2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。 电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫 3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。感应电动势、电枢电流 4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。 他励、并励、串励、复励 5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。 相反、反电势 6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用表示。 输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩 二、判断题(在括号内打“√”或打“×”) 1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。（×） 2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。（×） 3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。（×） 4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。（√） 5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。（×） 6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。（√） 三、选择题(将正确答案的序号填入括号内) 1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( B )。 A．直流电流B．交流电流 C．互相抵消，正好为零 2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( B )。 A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联 C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联 3．直流电动机的额定功率P N是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( A )。 A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率 C．电磁功率 4．直流电动机铭牌上的额定电流是。( C )。 A．额定电枢电流B．额定励磁电流 C．电源输入电动机的电流 5．在—个4极直流电动机中，N、S表示主磁极的极性，n、s表示换向极的极性。顺着转子的旋转方向，各磁极的排列顺序应为( C )。

毕业设计三相控整流电路不可逆直流电力拖动系统方案

航空工业管理学院 电力电子课程设计说明书 2008 级电气工程及其自动化专业 0806971班级 题目三相桥式全控整流电路不可逆电力拖动系统 姓名时光文学号 080697125 指导教师标职称 二ОО九年六月二十三日

一 .设计题目：三相桥式全控整流电路不直可逆流电力拖动系统 二 .设计条件： （1）电网：380V,50HZ; （2） 直流电机额定功率17KW,额定电压220V,额定电流90A,额定转 速1500r/min. （3）变压器漏感：0.5Mh 三 . 设计任务： （1）晶闸管的选型。 （2）电源变压器参数的计算。 （3）平波电抗器的计算。 （4）控制角移相围。 （5）主电路图的设计。 四 ．设计要求： 1. 根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大平均电流,最大有效电流，选择晶闸管的额定电流，分析晶闸管可能承受的最大正压，最大反压，选择晶闸管的额定电压。晶闸管的选型。 因为是三相桥式全控整流电路，所有的计算公式都按三相桥式全控整流电路的进行计算，从而得到电路的各个参数。 （1）电压计算：由于是三相桥式全控整流电路，所以晶闸管承受的最大平均电 流是变压器二次侧电压倍，因为电动机的额定电压是220V ，根据d U =2.342U cos α,所以2U =d U /2.34 cos α=94.0V. 2U =269.44V 。

（2）电流计算：因为流过电动机的额定电流就是平均电流，二次回路中负载的最大平均电流为max d I =2N I =2*80=180(A)，所以流过晶闸管的最大平均电流为 max max 160()3dT d I I A == 最大有效值max max 103.93()T d I I A ==，所以流过晶闸管的额定电流max ()2132.30()1.57 T T AV I I A =?= 所以晶闸管最大反压为269.44（V ），最大额定电流为132.30（A ），考虑电压要用2倍的余量，因此晶闸管的选型为额定电压500V ，额定电流()T AV I =140A 。 2. 计算电源变压器的二次侧流过的最大有效电压，计算变压器的变比，计算变压器的额定容量。 （1）根据d U =2.342U cos α,所以2U =d U /2.34 cos α=94.0V.考虑到余量的问题，变压器二次侧的额定电压选为110V 。 （2 ）二次侧最大有效电流的计算：根据20.81673.44()d d I I A === （3）容量的计算：根据223311073.4448470.4()S U I VA ==??=算的其容量，考虑到变压器的实际情况所以选择容量为50KVA 的变压器。 （4）变比的计算：根据12380 3.451101 U n U ===，可以得到变比为n=4:1. （3）计算电流，电压的图形。

直流电力拖动习题集答案

1、什么叫电力拖动系统？ 答：电力拖动系统是指由各种电动机作为原动机，拖动各种生产机械（如起重机的大车和小车、龙门刨床的工作台等），完成一定生产任务的系统。 2、什么叫单轴系统？什么叫多轴系统？为什么要把多轴系统折算成单轴 系统？ 答：在电力拖动系统中，若电动机和工作机构直接相连，这种系统称为单轴系统。若电动机和工作机构通过传动机构相连，这种系统我们称为多轴系统。 多轴电力拖动系统的运动情况比单轴系统就复杂多了。若按多轴，要列出每根轴自身的运动方程式，再列出各轴之间互相联系的方程式，最后联立求解这些方程，才能分析研究整个系统的运动比较复杂。为了简化分析计算，通常把传动机构和工作机构看成一个整体，且等效成一个负载，直接作用在电动机轴上，变多轴系统为单轴系统，再用运动方程式来研究分析，这样简单方便。 3、常见的生产机械的负载特性有哪几种？位能性恒转矩负载与反抗性恒转 矩负载有何区别？ 答：常见的生产机械的负载特性有恒转矩负载特性、恒功率负载特性及转矩随转速而变的其它负载特性。其中恒转矩负载特性分为反抗性恒转矩负载和位能 性恒转矩负载，反抗性恒转矩负载的大小恒定不变，而方向总是与转速的方向相反，即负载转矩始终是阻碍运动的。位能性恒转矩负载的大小和方向都不随转速 而发生变化。

4、运用拖动系统的运动方程式，说明系统旋转运动的三种状态。 答：T GD 2 dn T L 375 dt dn （1）当T＞T L，0 时，系统作加速运动，电动机把从电网吸收的电能 dt 转变为旋转系统的动能，使系统的动能增加。 dn （2）当T＜T L，＜0 时，系统作减速运动，系统将放出的动能转变为电 dt 能反馈回电网，使系统的动能减少。 （3）当T＝T L， dn dt 0时，n=常数（或n=0），系统处于恒转速运行（或静止）状态。系统既不放出动能，也不吸收动能。 5、他励直流电动机的机械特性指的是什么？ 答：直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压，励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下，即电动机处于稳定运行时，电动机的转速n 与电磁转矩T 之间的关系：n=f(T)。 6、什么叫他励直流电动机的固有机械特性？什么叫人为机械特性？ 答：他励直流电动机的固有机械特性是指在额定电压和额定磁通下，电枢电路没有外接电阻时，电动机转速与电磁转矩的关系。 一般是改变固有特性三个条件中（U U N , N , R R a ）任何一个条件后得到的机械特性称为人为机械特性 7、试说明他励直流电动机三种人为机械特性的特点。 答：1．电枢串电阻人为特性的特点是：

基于PIC16F877数字式直流调速系统毕业设计

LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业设计 题目：基于PIC16F877数字式直流调速系统设计 学生姓名XXXXXXXXX 学号联系QQ244531079 专业班级电气工程及其自动化 指导教师XXXXX 学院继续教育 答辩日期2016年9月

继续教育学院毕业设计（论文）任务书 题目基于PIC16F877数字式直流调速系统设计 学生姓名XXXX 班级电气工程及其自动化 学号联系QQ244531079 题目类型工程设计指导教师XX 系主任XX 一、毕业设计（论文）的技术背景和设计依据： 数字直流调速系统，主要用于解决电动机转速控制问题，其根本任务就是通过单片机控制可控硅的触发脉冲的脉冲宽度来改变电压的。在整个系统中通过按键来控制电动机的正转，反转，停车，并用交流电流互感器来测量主电路中的电流，通过三相整流桥将测得的交流电流整流成直流,通过取样电阻取样，再经过放大器放大，送入单片机进行AD转换，在程序中进行电机的软件保护。通过PID算法来调节电机的起动特性，限制起动电流，防止起动电流过大。电机的转速用光电编码器可以测出，测出的转速值用数码管显示出来。整个系统中通过四个按键来实现控制：正转按键，反转按键，停车按键，参数设定按键。参数设定按键是来改变PWM的占空比，产生的PWM波通过滤波电压放大送给六路移相触发器作为移相电压，移相电压的大小可以改变六路可控硅触发脉冲的宽度，从而改变了电压，达到了调速的目的。 二、毕业设计（论文）的任务 1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献 2、方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容） 3、硬件和软件设计（其中还包括硬件配置、设备及元器件选择、程序说明等） 4、撰写设计说明书（毕业论文），绘制图纸 三、毕业设计（论文）的主要内容、功能及技术指标 1、毕业设计（论文）的主要内容 （1）课题研究的意义及目的，国内外研究的现状； （2）了解主要控制对象和控制功能； （3）控制算法的研究及控制器设计； （4）控制系统的总体设计； （5）控制系统的硬件配置； 2、设计实现的主要功能 （1）单片机根据工作要求发出相关指令； （2）具有故障检测与保护功能； 3、主要技术指标 本系统要求运行安全可靠，系统能够显示转速值，具有手动和自动控制功能。 直流电机型号：Y2-90L-2；额定功率： 2.2KW；额定电压：380V ；额定频率：50Hz

直流电机控制系统设计(1)

湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》 题目：直流电机控制系统设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年5 月19 日

摘要 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速，TMS320LF2407;

前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以

2002版电力工程直流系统典型设计

中国建设报/2006年/6月/19日/第006版 建设市场 2002版电力工程直流系统典型设计 河南省电力勘测设计院白忠敏郭西平陈萍杨珂张先俊 立项背景与主题思想 直流电源系统用于发电厂、变电所正常工况下继电保护和安全自动装置、测量仪表和电能计量装置的工作电源以及事故状态下事故保安设施的保安电源。上世纪90年代以前，直流系统长期处于设备落后、自动化水平低、系统可靠性差的被动局面，特别是直流系统设计、计算的技术水平低，方案比较、设备选型不能合理满足国家和行业标准的要求，从而严重影响系统的正常运行和事故状态下的安全可靠性。 为加快电力建设速度，提高设计质量，在中国电力规划设计总院的统一部署和组织领导下，我院成立了“电力工程直流系统典型设计”课题小组，承担本项目的开发任务，课题目的是实现直流系统设计计算机化，做到直流设计正确、快捷、高效、经济。 该项目的指导思想是：应用计算机技术，使发电厂、变电站直流系统设计、计算、制图正确、快捷，设备选型先进、合理、经济，设计方案优化，设备布置合理，而且作到各设计阶段方案设计、电气计算、互提资料和图纸绘制等工作统一协调，提供满足要求的工程计算书和可供选择的多种设计方案，从而加快设计进度，有效提高设计效率。 编制过程 本项目从1999年3月开始，经过两个多月的需求调研，广泛听取电力设计部门意见和要求，于2000年10月完成了直流系统典型设计。同时，为配合典型设计绘图和直流系统设备选型计算，开发了《直流系统设计软件》。并于2000年9月21日通过了中国电力规划设计总院对我院直流系统设计软件的鉴定。鉴定委员会认为：该软件数学模型正确，结构合理，计算结果正确，一体化程度高，具有较强的商业化特点，在电力设计行业处于领先水平，可以在工程设计中推广应用。希望进一步完善功能，扩大应用范围。 之后，根据鉴定委员会专家的意见对直流软件进行修改、完善，并充实、增加直流系统典型设计内容。2002年初在西南院、山西院、河南院对直流系统典型设计和直流软件同时试用，根据使用单位在使用过程中发现的问题，在2002年6月和10月召开的专家会议上再一次对典型设计讨论、评议。根据专家意见对典型设计作最后修订、完善，形成典型设计的最终版本《2002版直流系统典型设计》，于2003年7月完成全部系统编制、开发，经审查批准，正式出版发行。 主要内容和应用1、典型设计的主要内容 2002版电力工程直流系统典型设计包括以下三个部分: 1）直流系统典型设计 典型设计采用安全可靠、简单清晰的接线方案，技术先进、品种齐全、灵活快捷。包括7类原则接线方案，21种设备配置方案，适用于220伏、110伏、48伏电压等级的各种容量系列的发电工程和各种电压等级的变、配电工程。 按照不同的接线方案，派生出相应的电源屏屏面布置图、充电装置屏屏面布置图、馈线屏屏面布置图、单元接线图以及相关的端子排图等。 典型设计共分直流系统接线、直流电源进线柜、直流馈线柜、直流充电整流柜、蓄电池屏（架）、直流辅助接线、变电工程直流系统典型设计、发电工程直流系统典型设计、典型设计参考资料九个分册。 2）典型设计查询系统

直流电机双闭环系统设计

直流电机双闭环系统设计 院系：机电工程学院 班级：电气自动化一班 姓名： 学号： 1 1 0 2 0 3 0 1 4 2 指导教师： 目录

1引言 2调速系统的性能指标 2.1调速系统的稳态指标 2.2调速系统的动态性能指标 2.3系统结构选择 3数字直流电机调速系统的数字PID控制3.1基于单片机控制的直流电机双闭环调速系统3.2 PID调节器的基本原理 4总结与展望 4.1工作总结 4.2研究展 参考文献 直流电机双闭环系统设计摘要

近年来，自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一，在现代化生产中起着十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展，计算机在调速系统中的应用使控制系统得到简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法也都分别在调速系统中得到了灵活。 以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点：由于速度给定和测速采用了数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速的范围，提高了测速控制系统的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件数量大大减少；由于很多功能都是由软件实现的，使硬件得以简化，因此故障率小；单片机以数字信号工作，控制方法灵活便捷，抗干扰能力较强。 关键词：直流电动机；调速；双闭环 1引言 按照拖动的电动机的类型来划分，自动调速系统可以分为直流调速系统和交流调速系统两大类。由于直流电动机的电压、电流和磁通的耦合较弱，使直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好，其在20世纪70年代以来一直在高精度，大调速范围的传动领域内占据主导地位。在要求高起、制动转矩，快速响应和较宽速度调节范围的电气传动领域中，采用直流电动机作为调速系统的执行电机。由于直流电动机具有良好的机械特性和调速特性，调速平滑，方便，易于在大范围内进行平滑调速，过载能力较大，能够承受频繁的冲击负载，可

三相半波可控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统课程设计

郑州航空工业管理学院 电力电子变流技术 课程设计论文 09 届自动化专业一班级 题目三相半波可控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统姓名宋顺阔学号 090611124 指导教师苏艳萍 二О一二年六月八日

设计题目：三相半波可控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统 设计条件： （1）电网：380V，50Hz （2）直流电动机额定功率15Kw、额定电压220V、额定电流79.6A、额定转速3000r/min。 （3）变压器漏感：0.4mH 设计任务： （1）电源变压器参数的计算。 （2）晶闸管的选型。 （3）平波电抗器的计算。 （4）控制角移相范围的计算。 （5）最小逆变角的计算。 （6）主电路图的设计 设计要求： （1）根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定电流。 （2）分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压。 （3）计算电源变压器变比，容量。 （4）计算平波电抗器的电感值，保证电流连续。 （5）根据设计条件，计算幻想重叠角，最小逆变角，最小控制角。取得控制角移相范围。 （6）画出完整的主电路图。 提示： （1）最大负载平均电流应当在电动机额定电流的1.5倍~2倍之间选择，自选。 （2）负载电流可近似认为是一条水平直线，即：负载电流就是平均电流。

（3）在计算平波电抗器、最小逆变角等参数时，需要用到变压器2次侧电压有效值，因此本题目的重点在于给出合适的电源变压器参数。 的选择：首先根据负载要求得到一个大致的数据，适当留出（4）关于U 2 裕量；依据该数据计算最小逆变角；依据最小逆变角给出最小控制 角；计算换相压降；依据最小控制角以及换相压降验证是否满足负 载要求，如果不满足，调整裕量，重新计算。总原则：考虑最小控 制角限制以及换相压降影响后，在满足负载要求的前提下，U 裕量 2尽量小。 （5）平波电抗器的计算见第3章第5节。 注意： （1）每一步都必须给出具体的计算过程和分析过程。 （2）可用波形图配合说明计算过程。 一．关于U2的计算。 1.根据题意知直流电动机的额定电流为220V，且有环流的存在，则 U d??U d≥220V。三相半波可控整流电路电感性负载时在控制角为时U d可有以下波形求得： 又因为负载为直流电动机，故 关于I d的计算负载电流就是平均电流为79.6A。由于要考虑最大负载平均电流应当取电动机额定电流的 1.5~ 2.0倍。在本设计中取1.5倍，即I d=79.6*1.5=119.4A取I d为120A。已知 L=0.4mH.又因为是三相半波可控整流电路，因此m=3。且W=100π。△Ud=7.2V