8直流调速系统的工程设计
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摘要调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。
目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动,简称为直流调速。
早在20世纪40年代采用的是发电机-电动机系统,又称放大机控制的发电机-电动机组系统。
这种系统在40年代广泛应用,但是它的缺点是占地大,效率低,运行费用昂贵,维护不方便等,特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。
为了克服这些缺点,50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。
这种系统缺点也很明显,主要是污染环境,危害人体健康。
50年代末晶闸管出现,晶闸管变流技术日益成熟,使直流调速系统更加完善。
晶闸管-电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统,广泛应用于世界各国。
近几年,交流调速飞速发展,逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。
直流调速理论基础是经典控制理论,而交流调速主要依靠现代控制理论。
不过最近研制成功的直流调速器,具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、高智能化特点。
同时直流电机的低速特性,大大优于交流鼠笼式异步电机,为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足,快速性还不够好。
而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
关键字:调速系统直流调速器晶闸管晶闸管-电动机调速系统目录1 绪论 (1)1.1 背景 (1)1.2 直流调速系统的方案设计 (1)1.2.1 设计已知参数 (1)1.2.2 设计指标 (2)1.2.3 现行方案的讨论与比较 (2)1.2.4 选择PWM控制系统的理由 (2)1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由 (3)1.2.6 采用转速电流双闭环的理由 (3)2 直流脉宽调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1 PWM变换器介绍 (4)2.1.2 泵升电路 (7)2.2 参数设计 (7)2.2.1 IGBT管的参数 (7)2.2.2 缓冲电路参数 (8)2.2.3 泵升电路参数 (8)3 直流脉宽调速系统控制电路设计 (9)3.1 PWM信号发生器 (9)3.2 转速、电流双闭环设计 (9)3.2.1 电流调节器设计 (10)3.2.2 转速调节器设计 (13)4 系统调试 (17)4.1 系统结构框图 (17)4.2 系统单元调试 (17)4.2.1 基本调速 (17)4.2.2 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定 (18)4.3 实验结果 (18)4.3.1 开环机械特性测试 (18)4.3.2 闭环系统调试及闭环静特性测定 (19)5 总结 (20)参考文献 (21)附录A (22)A.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (22)A.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试 (26)1 绪论1.1 背景在现代科学技术革命过程中,电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。
直流电机调速系统的设计直流电机调速系统是控制直流电机转速的一个重要工程应用领域。
在很多工业领域中,直流电机的转速控制是非常重要的,因为直流电机的转速对于机械设备的运行效率和稳定性有着重要影响。
本文将详细介绍直流电机调速系统的设计原理和步骤。
一、直流电机调速系统的基本原理直流电机调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。
一般来说,直流电机的转速与电机的电压和负载有关,转速随电压增加而增加,转速随负载增加而减小。
因此,当我们需要调节直流电机的转速时,可以通过改变电机的电压和负载来实现。
二、直流电机调速系统的设计步骤1.确定设计要求:在设计直流电机调速系统之前,首先需要确定系统的设计要求,包括所需的转速范围、响应速度、控制精度和负载要求等。
这些设计要求将指导系统的设计和选择适当的控制器。
2.选择控制器:根据设计要求,选择适当的控制器。
常见的直流电机调速控制器有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
根据实际情况,选择最合适的控制器来实现转速调节。
3.选择传感器:为了实时监测电机的转速和位置,需要选择合适的传感器来进行测量。
常见的传感器有光电编码器、霍尔效应传感器和转速传感器等。
根据实际需求,选择合适的传感器进行安装和测量。
4.搭建电路:根据控制器的要求,搭建合适的电路来实现控制和测量功能。
通常需要安装电压和电流传感器来实时监测电机的电压和电流,并将测量结果反馈给控制器。
5.调试和测试:在电路搭建完成后,需要进行调试和测试来验证系统的性能。
首先调整控制器的参数,使得系统能够按照设计要求进行转速调节。
然后进行负载试验,测试系统在不同负载下的转速调节性能。
对系统进行调试和测试,可以发现问题并及时解决,确保系统能够正常工作。
6.性能优化:根据测试结果,对系统进行性能优化。
根据实际需求,调整控制器的参数和传感器的位置,改善系统的转速调节性能和响应速度。
优化后的系统将更好地满足设计要求。
三、直流电机调速系统的工程应用总结:本文详细介绍了直流电机调速系统的设计原理和步骤。
直流电机调速系统设计报告题目:H桥&串口输出2016年3月一、设计任务设计并制作一套直流电机调速系统,主要包括两部分:主电路部分和以单片机为核心的控制电路部分。
要求设计、制作控制电路和主电路,实现如下功能:(1)通过码盘和光耦得到一系列脉冲,利用M法、T法或M/T法对这些脉冲在单片机中进行处理得到电机的转速,在液晶或数码管上进行显示;(2)DC/DC电路能够正常工作,通过旋钮或键盘设定转速,并能够通过电力电子电路输出合适的电压,使电机的转速达到设定转速。
(3)实验室提供24V直流电源为DC/DC电路供电,其余部分电源请利用220V市电自行设计。
数码管显示单元DC直流电源DC码盘和光耦驱动与保护电路单片机系统旋钮输入图1 系统总体框图二、硬件电路设计与制作2.1 显示部分电路设计使用计数器采集到电机转速后,需要用数码管进行显示。
我们组选择串口驱动数码管显示电路,74HC595芯片是一种串入并出的芯片,是8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器,具有高阻、关、断状态。
首先使用三极管构成驱动电路,驱动数码管。
采用单片机的P0.0-P0.2作为74HC595时钟信号与输入口,使数码管显示相应转速,具体实现电路如图1。
图1 显示电路原理图2.2 驱动部分电路设计驱动部分作为电机与单片机控制器的结合部分,是本次设计的主电路,需要完成DC/DC变化的功能。
单片机产生PWM波送给驱动芯片IR2110,2110通过驱动电路控制MOSFET开关改变加在直流电机上的电压,从而达到改变转速的目的。
单片机产生的PWM1和PWM2波形要相反,控制斩波电路的半桥互补通断。
电路设计图如图2所示。
图2 驱动电路原理图2.3 电源部分设计电源设计部分共分两个部分,一部分是IR2110的供电电压和所有芯片的供电电压,另一部分是USB口供电电部分,使用电脑供电,两部分电路通过拨码开关进行切换。
市电供电电源采用220V交流电变成15V交流电,经整流桥变成直流电,再经7815、7805稳压得到15V和5V直流电,分别给驱动和单片机系统供电。
直流电动机调速系统课程设计直流电机转速电流双闭环调速系统设计设计报告设计人:李良友班级:电气优创0801学号:********同组人:辛迪硕郝齐心目录第一章设计任务 ................................................................................................................. - 1 -一、设计内容: ........................................................................................................ - 1 -二、设计要求: ........................................................................................................ - 1 -三、设计参数: ........................................................................................................ - 1 -第二章直流电动机转速电流双闭环调速系统设计 ......................................................... - 2 -一、转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静态结构图 ................................... - 2 -1、双闭环调速系统的组成 ......................................................................................... - 2 -2、稳态结构框图 ......................................................................................................... - 3 -二、转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 ....................................................... - 5 -三、按工程方法设计双闭环系统调节器 ....................................................................... - 6 -1、电流调节器的设计计算 ......................................................................................... - 6 -2、转速调节器的设计计算 ......................................................................................... - 8 -3 调速系统的开环传递函数 ................................................................................... - 10 -四、转速调节单闭环实验 ............................................................................................. - 11 -1、原理图各部分电路 ............................................................................................... - 11 -2、测试结果 ............................................................................................................... - 13 -五、自我评定 ................................................................................................................. - 14 -参考资料 ............................................................................................................................. - 15 -附录一速度反馈电路原理图附录二元件清单第一章设计任务一、设计内容:1、根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统。
概述 (2)1 设计任务与分析 (3)1.1 任务要求 (3)1.2 任务分析 (3)2方案选择及论证 (4)2.1 三相可控整流电路的选择 (4)2.2 触发电路的选择 (4)2.3 电力电子器件的缓冲电路 (5)2.4 电力电子器件的保护电路 (5)3主电路设计 (7)3.1 整流变压器计算 (7)3.1.1 U2的计算 (7)3.1.2一次侧和二次侧相电流I1和I2的计算 (8)3.1.3变压器的容量计算 (8)3.2 晶闸管元件的参数计算 (9)3.2.1晶闸管的额定电压 (9)3.2.2晶闸管的额定电流 (9)3.3 电力电子电路保护环节 (10)3.3.1交流侧过电压保护 (10)3.3.2直流侧过电压保护 (11)3.3.3晶闸管两端的过电压保护 (11)3.3.4过电流保护 (11)4触发电路设计 (11)4.1 触发电路主电路设计 (11)4.2 触发电路的直流电源 (13)5电气原理图 (14)小结与体会 (15)参考文献 (16)附录 (16)直流电动机具有良好的起动和制动性能,广泛应用于机械、纺织、冶金、化工、轻工等工业系统。
随着电力电子技术的发展,晶闸管在直流电动机的调速系统中得到广泛应用。
晶闸管直流电动机调速系统,可实现电动机的无级调速,具有调节范围宽,控制精度高,使用寿命长、成本低等优点。
正确掌握晶闸管直流电动机调速系统的设计方法,对系统的可靠运行及应用有重大意义。
本设计以晶闸管直流电动机调速装置为主,介绍了系统的各个部件的组成及主要器件的参数计算。
调速装置以可控整流电路作为直流电源,把交流电变换成大小可调的单一方向直流电。
通过改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚来改变直流电压的平均值。
关键词:可控整流晶闸管触发电路保护电路直流电动机调速系统设计1 设计任务与分析1.1 任务要求初始条件:输入交流电源:三相380V,频率50Hz。
要求完成的主要任务:设计直流电动机采用调压方式的调速可控整流电源,要求达到:1、采用晶闸管可控整流电路。
直流调速系统课程设计摘要一、课程目标知识目标:1. 学生能理解直流调速系统的基本原理,掌握其组成部分及功能。
2. 学生能掌握直流调速系统中速度反馈、电流反馈等基本控制环节的工作原理。
3. 学生了解不同类型直流电动机的调速方法,并能分析其优缺点。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,设计简单的直流调速系统电路。
2. 学生能够通过实验,观察并分析直流调速系统在不同参数下的性能变化。
3. 学生能够熟练使用相关仪器设备进行实验操作,掌握实验数据的处理方法。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对电气工程领域的学习兴趣,增强对工程技术应用的认知。
2. 学生培养团队协作精神,提高沟通与交流能力。
3. 学生树立安全意识,养成严谨的科学态度,注重环境保护。
课程性质:本课程为电气工程及其自动化专业本科课程,旨在帮助学生掌握直流调速系统的基本原理、设计和应用。
学生特点:学生已具备一定的电路原理和电机控制基础知识,具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求:结合课程性质和学生特点,注重理论与实践相结合,通过课堂讲解、实验操作、课后巩固等环节,提高学生的知识水平和实践能力。
将课程目标分解为具体的学习成果,以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 直流调速系统原理及组成- 直流电动机调速原理- 直流调速系统的组成部分及其功能- 速度反馈与电流反馈在调速系统中的作用2. 直流电动机调速方法- 晶闸管直流调速系统- 闭环直流调速系统- 不同调速方法的优缺点分析3. 直流调速系统电路设计- 速度反馈环节设计- 电流反馈环节设计- 调速系统电路连接与调试4. 直流调速系统性能分析- 系统稳定性分析- 负载扰动对系统性能的影响- 参数调整对系统性能的影响5. 实验教学- 直流调速系统实验操作方法- 实验数据的采集与处理- 实验结果分析及报告撰写教学内容安排与进度:第一周:直流调速系统原理及组成第二周:直流电动机调速方法第三周:直流调速系统电路设计第四周:直流调速系统性能分析第五周:实验教学(含实验报告撰写)教材章节及内容关联:第一章:电气传动控制系统概述第二章:直流电动机及其调速原理第三章:闭环控制系统的组成与设计第四章:直流调速系统性能分析第五章:直流调速系统实验教学内容根据课程目标和教学要求,结合教材章节进行科学性和系统性的组织,确保学生能够循序渐进地掌握直流调速系统的相关知识。
摘要整流电路在工业生厂上应用极广。
将交流电变换为直流电称为AC/DC变换,这种变换的功率流向是由电源传向负载,称之为整流。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路的种类有很多,有单相半波整流电路、单相全波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。
把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。
整流器的输入端一般接在交流电网上,为了适应负载对电源电压大小的要求或者为了提高可控整流装置的功率因数,一般可在输入端加接整流变压器,把一次电压U1变成二次侧电压U2。
本设计采用三相桥式可控整流(既三相桥式全控整流),从而实现为1台额定电压220V、功率为3kW的直流电动机提供直流可调电源,以实现直流电动机的调速。
关键词:整流电路;变压器;晶闸管;触发电路。
目录第1章绪论 (1)1.1电力电子技术概况 (1)1.2本文研究内容 (2)第2章三相桥式可控整流电路设计 (3)2.1三相桥式可控整流电路总体设计方案 (3)2.2具体电路设计 (5)2.2.1主电路设计 (5)2.2.2触发电路设计 (7)2.2.3保护电路设计 (10)2.3元器件型号选择 (12)2.4系统仿真分析 ............................................... 错误!未定义书签。
第3章课程设计总结.. (17)参考文献 (18)第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术(整流,逆变,斩波,变频,变相等)两个分支。
直流电动机调速系统设计一、电机调速系统的基本原理和组成1.电源:提供电机运行所需的直流电源,可以是单相或三相电源,还可以是蓄电池等。
2.电机:根据工况要求和负载特性选择适当的直流电动机,如有刷直流电机或无刷直流电机等。
3.变频器:用于将电源提供的交流电转换为直流电,同时提供适当的电流和电压给电机,以实现调速功能。
4.传感器:用于感知电机的转速、转矩或位置等参数,并将其发送给控制器。
5.控制器:根据传感器反馈的信息,进行逻辑控制运算,并输出相应的控制信号,以控制变频器的输出电流和电压,从而实现电机的调速。
二、电机调速系统的工作原理1.传感器感知电机的运行状态,如转速、转矩或位置等参数。
2.将传感器反馈的信息发送给控制器。
3.控制器根据反馈信息进行运算,得到控制电压和频率的控制信号。
4.控制器将控制信号发送给变频器。
5.变频器根据控制信号改变输出电压和频率,使得电机的转矩和速度达到所需的目标值。
6.电机根据变频器提供的电压和频率运行,实现调速功能。
三、电机调速系统的设计要点1.选择合适的电机:根据工况和负载特性选择合适的直流电动机,如有刷直流电机或无刷直流电机等。
2.设计适当的控制算法:根据电机的特性和调速要求,设计适当的控制算法,如比例控制、积分控制、模糊控制等。
3.选择合适的传感器:根据需要感知的参数,选择合适的传感器,如转速传感器、转矩传感器或位置传感器等。
4.设计合理的控制器:根据控制算法和传感器反馈的信息,设计合理的控制器,能够实时计算控制信号,并输出给变频器。
5.选用合适的变频器:根据电机的功率、电流和电压等特性,选择合适的变频器,能够满足电机调速系统的要求。
6.进行稳定性和性能测试:设计好调速系统后,进行稳定性和性能测试,比较实际运行与设计要求的差异,并进行必要的调整和改进。
四、电机调速系统的应用领域直流电动机调速系统广泛应用于工业生产和生活中的各个领域,例如风电场、输电输能、汽车工业、电梯工程、纺织机械、电化学、化工等。
交直流调速复习题一、选择题1.在自动控制系统中,若想稳定某个物理量,就该引入该物理量的( B )A.正反馈B.负反馈C. 微分负反馈D. 微分正反馈2.带有速度、电流双闭环调速系统,在启动时,调节作用主要靠( A )产生。
A. 电流调节器B. 速度调节器C. 电流、速度调节器D. 比例、积分调节器3.带有速度、电流双闭环调速系统,在系统过载或堵转时,速度调节器处于( A )。
A. 饱和状态B. 调节状态C. 截止状态D. 放大状态4.电压负反馈主要补偿( B )上电压的损耗。
A. 电抗器电阻B. 电源内阻C. 电枢电阻D. 以上皆不正确5.带有速度、电流双闭环调速系统,在负载变化时出现偏差,消除偏差主要靠。
( B )。
A. 电流调节器B. 速度调节器C. 电流、速度两个调节器D. 比例、积分调节器6.带有速度、电流双闭环调速系统,在系统过载或堵转时,速度调节器处于( A )。
A. 饱和状态B. 调节状态C. 截止状态D. 放大状态7.在转速负反馈系统中,系统对( C )调节补偿作用。
A、反馈测量元件的误差有B、给定电压的漂移误差有C、给定电压的漂移误差无D、温度变化引起的误差有8.电压负反馈调速系统是通过稳定直流电动机电枢电压来达到稳定转速的目的,其原理是电枢电压的变化与( A )。
A、转速的变化成正比B、转速的变化成反比C、转速的变化平方成正比D、转速的变化平方成反比9.电压负反馈自动调速系统,当负载增加时,则电动机转速下降,从而引起电枢回路( C )。
A、端电压增加B、端电压不变C、电流增加D、电流减小10.在变频调速中的变频器( D )。
A、只具有调压的功能B、只具有调频的功能C、都具有调压和调流的功能D、都具有调压和调频的功能11.在电压负反馈调速系统中加入电流正反馈的作用是利用电流的增加,从而使转速(C ),使机械特性变硬。
A、减少B、增大C、不变D、微增大12.电压负反馈加电流正反馈的直流调速系统中,电流正反馈环节( A )反馈环节。
电气工程课程设计:直流电机调速系统设计东北石油大学课程设计2012年7月18目录1 设计要求 (1)2双闭环直流调速系统设计 (1)2.1系统的组成 (1)2.2系统的原理图 (2)3系统的稳态结构框图和静特性 (3)3.1系统稳态结构图 (3)3.2系统静特性 (3)3.3双闭环直流调速系统的动态结构图 (4)4电流调节器的设计 (4)4.1确定时间常数 (4)4.2选择电流调节器的结构 (4)4.3计算电流调节器的参数 (5)4.4计算调节器电阻和电容 (5)4.5计算电流调节器的参数 (6)4.6校验近似条件 (6)5转速调节器的设计 (7)5.1确定时间 (7)5.2计算转速调节器参数 (7)5.3检验近似条件 (8)5.4计算调节器电阻和电容 (8)5.5校核转速超调量 (9)6调速系统的开环传递函数 (10)结论 (10)参考资料 (12)1 设计要求2.1根据设计要求完成双闭环系统的稳态参数设计计算、判断系统的稳定性、绘制系统的稳态结构图。
2.2按工程设计方法设计双闭环转速电流双闭环直流调速系统的调节器,选择调节器结构、利用伯德图完成系统动态校正、计算系统的稳定余量γ及GM、计算调节器参数、绘制系统动态及结构图。
2.3设计采用模拟调节器及MOSFET功率器件实现的转速单闭环调速系统,绘制控制电路及主电路电路图。
2.4测试双闭环调速系统的PWM驱动信号波形、PWM电压波形、电机电流波形、转速反馈波形和直流电动机转速及控制电路各单元的相关波形。
2双闭环直流调速系统设计2.1系统的组成转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。
采用PI调节的单个转速闭环调节系统可以在保证系统稳定的前提下实现无静差调速。
但对于系统的动态性能要求较高的系统,单闭环系统就难以满足要求了。
为了实现在允许条件下的最快起动,关键是要获得一段使电流保持为最大的恒流过程。
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值Idm量基本不变,那么采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
自动控制原理课程设计(论文) 题目: 无超调小功率直流调速系统设计学生姓名654313405专业_ 自动化(工程方向)学号_ *********班级_ 2008 级2 班指导教师彭生祥成绩_工程技术学院2011 年 1 月目录1. 课程设计任务、内容与步骤 (2)1.1. 设计指标 (2)1.2. 设计内容与步骤 (2)2. 直流电机相关参数的测算 (2)3. 调速系统的总体设计 (3)电流调节器 (3)3.1. 转速调节器 (3)3.2. 系统原理图 (3)4. 直流电源的选择 (4)5. 电流内环的设计 (5)5.1. 电流环结构组成 (5)6. 转速外环的设计 (6)6.1. 转速环结构组成 (6)6.2. 转速环PI调节器部分参数计算 (7)7. 仿真与调试过程 (9)7.1. 绘制系统框图 (9)7.2. 系统调试 (10)8. 心得体会与收获 (11)8.1. 巩固了相关知识 (11)8.2. 第一次将理论知识运用于实践 (12)8.3. 其他感想 (12)无超调小功率直流调速系统设计1.课程设计任务、内容与步骤1.1.设计指标设计无超调小功率直流调速系统,要求满足以下指标:转速无超调,电流最大超调量小于5%;转速与电流调节器均为带限幅输出的调节器;阶跃负载扰动作用下的恢复时间小于0.1S。
1.2.设计内容与步骤测定直流电机的各个参数,包括电枢回路电阻、电阻、电感、电磁时间常数及机电时间常数;按可逆调速的要求,选择直流电源的形式,给出电路图及输出波形图;不要求对具体的元件型号及参数进行选择,也不要求对电源本身的控制电路(如可控硅整流的触发电路与PWM整流的驱动电路)及相关的保护电路进行选择;按各分组中性能指标额要求,设计转速、电流双闭环系统,给出系统的原理图及动态结果图;利用静态特性图确定反馈系数及各环节增益;利用动态结构图进行校正,确定各调节器(控制器)的结构与参数;利用matlab进行仿真调试,观察系统启动过程中(即阶跃响应)转速误差、电流误差、点数回路电流及转速的变化曲线,对参数进行适当调整,直至满足性能指标要求;2.直流电机相关参数的测算电枢回路电阻的测量:采用伏安法测电阻,将电枢绕组当做简单的电阻来测量,并采用多次测量求平均值的方法;电枢回路电感的测量:与测量电阻类似,采用伏安法测量,但输入电源采用交流电源输入,先求阻抗,再算电感值;机电时间常数的测量:在示波器上测量测速发电机的输出电压,记录一组电压—时间数据,然后曲线拟合求电机时间常数。