交直流调速系统设计课程设计(河南工程)

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 实训报告题目__交直流调速系统的设计学生姓名专业班级学号系（部）指导教师(职称)完成时间2014年 1月 2日实训报告评语一、实训期间个人表现□1.尊敬师长，团结他人，能吃苦耐劳。

□2.在现场能坚持不迟到，不早退，勤奋学习。

□3.出现少于3次迟到和早退现象，表现一般。

□4.能主动向指导老师提问，能积极做好各项设计任务。

□5.在实训中能灵活运用相关专业知识，有较强的创新意识。

二、实训报告内容完成质量□1.能按时完成报告内容等实训成果资料，无任务遗漏。

□2.能按时完成报告内容等实训成果资料，有少许任务遗漏。

□3.不能按时完成报告内容等实训成果资料，有多处任务遗漏。

□4.条理清晰，书写规范工整，图文并茂，报告内容全面，主要内容阐述详细，能体现实训过程中做了大量工作，与专业相关知识能紧密联系，认识体会深刻，起到了实训的作用。

□5.条理清晰，书写规范工整，图文并茂，报告内容全面，主要内容阐述详细，能体现实训过程中做了大量工作，与专业相关知识能较紧密联系，认识体会较深刻，起到了实训的作用。

□6.条理清晰，书写较规范工整，报告内容全面，主要内容阐述较详细，能体现实训工作过程，能与专业相关知识联系起来，认识体会较深刻，起到了实训的作用。

□7.条理较清晰，书写较规范工整，报告内容较全面，主要内容阐述较详细，能体现实训过程中的相关工作，与专业相关知识不能紧密联系，认识体会不太深刻，基本起到了实训的作用。

□8.内容有雷同现象。

三、成绩不合格原因□1.实训期间旷课超过3次。

□2.报告有严重抄袭现象。

□3.未同时上交实训报告。

四、需要改进之处□1.进一步端正实训态度。

□2.加强报告书写的规范化训练，对主要内容要加强理解。

□3.加强相关专业知识的学习，深刻理解各设计步骤具体的要求。

五、其他说明等级：评阅人：职称：讲师年月日目录第1章设计目的和要求 (4)1.1 设计的题目及给定的相关资料 (4)1.2课程设计的目的 (4)1.3设计的要求 (5)第2章方案的选择 (6)2.1 调速的方案选择 (6)2.1.1 直流电动机的选择 (6)2.1.2 电动机供电方案的选择 (6)2.2系统的结构选择 (7)第3章主电路设计与参数计算 (8)3.1整流变压器计算 (8)3.2整流器件计算 (9)3.3 平波电抗器的计算 (11)3.4 触发电路的选择与校验 (12)第4章双闭环直流调速系统的动态设计 (14)4.1电流环(ACR)的设计 (14)4.2 转速环（ASR）设计 (15)第5章系统的MATLAB/SIMULINK仿真 (17)5.1 系统的建模与参数设置 (17)5.2 系统仿真结果的输出及结果分析 (18)总结 (22)参考文献 (23)摘要本文所论述的是十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计，做的是第6组数据的设计，通过对开环、单闭环以及双闭环的数学和物理模型的电路设计，调速方案的方案选定，主电路计算，参数选定，触发电路的选择与校验，控制电路设计计算，以及双闭环直流调速系统的动态设计，最后用MATLAB/SIMULINK仿真，得出仿真结果，根据双闭环直流调速系统原理图, 分析了转速调节器、电流调节器的作用, 并通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形。

并对得到的波形进行分析。

关键词：直流调速调速，转速和电流调节器, MATLAB/SIMULINK仿真第1章设计目的和要求1.1 设计的题目及给定的相关资料在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。

其主要特点是被扎金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。

每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。

本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分，各部分电动机参数如下表。

1.2课程设计的目的1、通过课程设计，进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基础知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

2、通过课程设计，独立完成一项直流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。

3、通过课程设计，使熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养我们工程绘图和编写设计说明的目的，为我们今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

1.3设计的要求（1）电枢回路总电阻取a R R 2=；总飞轮力矩225.2a GD GD =(2)其它参数可参考教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。

（3）要求：调速范围D=10,静差率%5≤s ；稳态无静差，电流超调量%5≤i σ， 空载起动到额定转速时%10≤n σ。

（4）要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。

（5）要求触发脉冲有故障封锁能力。

（6）要求对拖动系统设置给定积分器第2章方案的选择2.1 调速的方案选择调速选泽包括以下几种：直流电动机的选择、电动机供电方案的选择、系统的结构选择、确定直流调速系统的总体结构原理框图及仿真图。

2.1.1直流电动机的选择根据任务的安排，我们组分的是第六台机架连轧机，此机架连轧的电动机的型号是Z2-71，其个数据为表2.1表2.1第6组电机参数表2.1.2电动机供电方案的选择变压器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，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。

静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发U，从而实现平滑调速，且控装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变d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。

采用双闭环调速系统，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，二者之间实行串级联接，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。

I时表现为转速无静差，这时，转速双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dN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。

2.2系统的结构选择选择的双闭环的原理框图为：第3章 主电路设计与参数计算3.1整流变压器计算1、二次电压计算电动机的额定电压为230V ，为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y 联结。

U2是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。

选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。

一般可按下式计算，即：2(1~1.2)NUV U U K b= （3-1） 式中N U 为电动机的额定电压，b 为电网波动系数，一般取0.90~0.95；UV K 为整流电压计算系数，(1～1.2)——考虑各种因数的安全系数；根据设计要求，采用公式： 取N U =230V, UV K =2.34，b=0.94 得2U =121.29V2、变压器一次、二次侧电流计算由表查得IV K =0.816, IL K =0.816考虑变压器励磁电流得：二次相电流I2的计算2IV dN I K I =式中，IV K 为二次相电流计算系数，dN I 为整流器额定直流电流等于电动机的最大额定电流N I 得2I =0.816*61=49.776A 一次相电流I1的计算1IL NK I I K=式中，电压比K=U1/U2=380/121.29=3.13, N I =61 得1I =0.816*61/3.13=15.9A3、变压器容量的计算1111I U m S =2222I U m S =；)(2121S S S +⨯=；式中21,m m --一次侧与二次侧绕组的相数； 由表查得3,321==m m1111I U m S ==3×380×15.9=18.13KVA2222I U m S ==3×121.29×49.776=18.11 KVA )(2121S S S +⨯==1/2（18.13+18.11）=18.12KVA取S=18.12KVA3.2整流器件计算3.2.1．晶闸管的选择晶闸管实际承受的最大峰值电压TN U ，乘以（2～3）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压TN U ，即TN U =（2～3）2NT K U整流电路形式为三相全控桥，查表得UT K =2.45，则TN U =2.6*2.45*121.29=772.62v1、晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值TN I 大于实际流过管子电流最大有效值T I ，即TN I =1.57)(AV T I >T I 或 )(AV T I >57.1TI =57.1T I dd I I =K d I 考虑（1.5～2）倍的裕量d AV T KI I )2~5.1()(=式中K=T I /（1.57d I ）--电流计算系数。