10KW直流电动机不可逆调速系统_电力拖动自动控制系统课程设计

电力电子技术课程设计--10KW 直流电动机不可逆调速电路辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：10KW直流电动机不可逆调速电路院（系）：电气工程学院专业班级：电气***学号：*********学生姓名：指导教师：起止时间：2013-12-30至2014-1-10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目10KW直流电动机不可逆调速电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为1台额定电压220V、功率为10kW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设计任务1、方案的经济技术论证。

2、主电路设计。

3、通过计算选择整流器件的具体型号。

4、若采用整流变压器，确定变压器变比及容量。

5、触发电路设计或选择。

6、绘制相关电路图。

7、完成4000字左右说明书。

要求1、1、文字在4000字左右。

2、2、文中的理论分析与计算要正确。

3、3、文中的图表工整、规范。

4、元器件的选择符合要求。

技术参数1、交流电源：三相380V。

2、整流输出电压Ud在0～220V连续可调。

3、整流输出电流最大值50A。

4、直流电动机负载，直流电动机额定功率PN＝10kw，额定电压Un＝220V, 额定电流In＝50A。

5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。

进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要摘要也称内容提要，概括研究题目的主要内容、特点，文字要精练。

中文摘要一般不少于200字，外文摘要的内容应与中文摘要相对应。

安徽工程大学课程设计说明书课程设计名称：课程设计题目：指导教师：专业班级：学生姓名：学号：起止日期：总评成绩：某金属加工机床主轴运动控制系统，采用Z2—71型直流电动机拖动，参数如下：额定功率P nom = 10 Kw额定电压U nom = 220 V额定电流I nom = 55 A额定转速n nom=1000 r.p.m飞轮矩GD2 = 1.0 Kg-m2（考虑系统总飞轮矩扩大一倍）励磁方式采用他励（220V）根据生产工艺的要求，调速系统的性能指标为：调速范围 D = 20静差率S≤5 %电动机空载起动到额定转速的时间t s≤2秒负载基本为恒转矩性质，车间交流电源为三相五线制，试设计一个满足要求的机床主轴运动不可逆调速系统。

设计内容：（1）系统方案分析、比较、选择；（2）系统主电路设计及功率元件计算、选择；（3）控制电路设计及系统动、静态参数计算；（4）绘制系统原理图设计成品：设计说明书一份，系统原理图一张（A3号图纸）某金属加工机床主轴运动控制系统，采用Z2—52型直流电动机拖动，参数如下：额定功率P nom = 7.5 Kw额定电压U nom = 440 V额定电流I nom = 20 A额定转速n nom = 1500 r.p.m电枢电阻Ra=0.3飞轮矩GD2 = 0.5 Kg-m2（考虑系统总飞轮矩扩大一倍）励磁方式采用他励（220V）根据生产工艺的要求，调速系统的性能指标为：调速范围D = 30静差率S≤10 %电动机空载起动到额定转速的时间t s≤2秒负载基本为恒转矩性质，车间交流电源为三相五线制，试设计一个满足要求的机床主轴运动不可逆调速系统。

设计内容：（1）系统方案分析、比较、选择；（2）系统主电路设计及功率元件计算、选择；（3）控制电路设计及系统动、静态参数计算；（4）绘制系统原理图设计成品：设计说明书一份，系统原理图一张（A3号图纸）某金属加工机床主轴运动控制系统，采用Z2—42型直流电动机拖动，参数如下：额定功率P nom = 2.2 Kw额定电压U nom = 180 V额定电流I nom = 15.6 A额定转速n nom= 1000 r.p.m飞轮矩GD2 = 0.4 Kg-m2（考虑系统总飞轮矩扩大一倍）励磁方式采用他励（220V）根据生产工艺的要求，调速系统的性能指标为：调速范围 D = 25静差率S≤5 %电动机空载起动到额定转速的时间t s≤2秒负载基本为恒转矩性质，车间交流电源为三相五线制，试设计一个满足要求的机床主轴运动不可逆调速系统。

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING实训报告题目十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计学生姓名李东盼专业班级电气工程1222 学号************系部电气信息工程学院指导教师程辉完成时间 2014年 1 月 3 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：讲师年月日交直流调速系统的设计摘要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，因此本设计运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出可行的直流调速系统，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用SIMULINK对系统进行各种参数的给定下的仿真。

课程设计任务书系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：V-M双闭环不可逆直流调速系统设计起迄日期:课程设计地点:指导教师:工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(2)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：V-M双闭环可逆直流调速系统设计起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(3)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：逻辑无环流直流可逆调控制系统设计起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(4)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：逻辑无环流可逆直流调速系统设计及Matlab仿真起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(5)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：基于SG3525的双闭环直流脉宽调速系统设计起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日5．本课程设计课题工作进度计划：起迄日期工作容2014年06月 09日~06月09日06月 10日~06月12日06月 13日~06月18日06月 19日~06月19日06月20日下达任务书，任务布置及设计要求说明查阅材料,方案设计;完成设计初稿仿真、调试答辩、成绩考核教研室主任审查意见：负责人签字：年月日电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(6)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：PWM控制直流调速系统设计起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(7)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：参数自整定模糊PID控制直流调速系统设计与仿真起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(8)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：双闭环三相异步电动机串极调速系统的设计起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(9)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：双闭环三相异步电动机调压调速系统设计起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2014年 06月09日工作日程电气与电子类课程设计成绩评定表皖西学院课程设计任务书(10)系别：机电学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：两相异步电机变频调速系统的研究起迄日期: 2014年06月09日 ~ 2014年06月22日课程设计地点:指导教师:方杰下达任务书日期: 2013年 12月 16日工作日程。

电力拖动自动控制系统课设直流双闭环调速系统的性能专门好，具有调速范畴广、精度高、动态性能好和易于操纵等优点，因此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剂器, 即转速调剂器(ASR)和电流调剂器(ACR), 分别调剂转速和电流。

本文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，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调剂器和转速调剂器的设计以及一些参数的选择和运算，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，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。

关键词：双闭环直流调速系统 Simulink仿真名目1 设计目的及意义........................................................................ 错误!未定义书签。

2 工作原理 (4)2.1 双闭环直流调速系统的组成与原理 (4)2.2 双闭环直流调速系统的静特性分析 (5)2.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图 (6)2.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (7)2.5 调剂器的具体设计 (8)2.6 速度环的设计 (10)2.7 双闭环直流调速系统仿真 (11)3 心得体会 (16)参考文献 (17)双闭环调速系统调剂器设计及matlab 仿真验证1 设计目的及意义本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。

然后按照自动操纵原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和运算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。

转速、电流双闭环直流调速系统是性能专门好，应用最广的直流调速系统, 采纳转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。

转速、电流双闭环直流调速系统的操纵规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动操纵系统的重要基础。

10kW直流电动机不可逆调速系统设计摘要：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，在高性能的电力拖动控制技术领域中，今后相当长时期内仍将采用直流电力拖动系统。

本课题对在工业生产中使用较多的10kW直流电动机调速系统进行设计，主要内容有：调速系统方案的选择及其工作原理；调速系统主电路（包括整流变压器、三相桥式整流电路及平波电抗器）工程设计；整流设备过电压、过电流保护电路计算选择；触发电路的选择与校验；反馈电路参数的选择与计算；继电器-接触器控制电路设计；整体电路结构设计；并给出了10kW直流调速系统电气原理总图。

本研究课题可广泛应用于各类电力拖动生产机械,满足电力拖动调速机械的生产工艺要求,对提高产品质量和生成率,电力拖动系统的调速性能具有重要意义。

关键词：直流调速系统，主电路，保护电路，触发电路，控制电路，设计。

目录1 绪论1.1 课题现状、目的和意义1.2 直流调速方法及发展历史1.2.1 直流电动机调速方法1.2.2 直流调速发展过程1.3 本设计涉及主要性能技术指标1.3.1 转速控制要求1.3.2 主要性能指标1.4 本次毕业设计的内容及要求2 调速系统方案的选择及其工作原理2.1 调速系统方案的确定2.2 调速系统的工作原理2.2.1 问题的提出2.2.2 解决方法2.2.3 带截流反馈的转速负反馈调速系统工作原理3 调速系统工程设计的基本内容3.1 主电路计算3.1.1 整流变压器额定参数计算3.1.2 晶闸管的选择3.1.3 平波电抗器参数计算3.2 整流设备保护电路计算3.2.1 过电压保护3.2.1.1 过电压保护的设置3.2.1.2 阻容保护及参数计算3.2.1.3 换相过电压保护及参数计算3.2.1.4 非线性元件保护及参数计算3.2.2 过电流保护3.2.2.1 过电流保护装置3.2.2.2 快速熔断器的选择及参数计算3.2.2.3 过电流继电器的选择3.3 励磁电路元件的选择4 触发电路的选择与校验5 反馈电路参数的选择与计算5.1 测速发电机的选择5.2 电流反馈环节的选择5.3 调速系统静态精度的计算5.4 给定环节的选择5.5 控制电路的直流电源6 继电器-接触器控制电路设计7 10kW直流调速系统电气原理总图8 结构设计9 调试、修改电路参数9.1 首先检查接线是否正确，布线是否合理9.2 相序检查9.3 检查同步电压与主电路电压的相位关系9.4 放大器的检查9.5 触发电路的调整9.6 电阻性负载的调试9.7 电动机负载调试1 绪论1.1 课题现状、目的和意义在用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、国防、科技及社会生活等各个方面。

一、技术数据：直流电动机：额定功率60KW 、额定电压220V 、额定电流308A 、额定转速1000r/min 、电动势系数Ce=0.196V ·min/r ；主回路总电阻0.18欧姆；电磁时间常数T l =0.012s ；机电时间常数T m =0.12s ，电流反馈滤波时间常数0.0025s ；转速反馈滤波时间常数0.015s ；额定转速时的给定电压为10V ，调节器ASR 、ACR 饱和输出电压*8, 6.5im cm U V U V ==晶闸管整流电源：采用三相零式晶闸管整流电路，触发整流环节的放大倍数Ks=35。

二、系统设计的静、动态指标：稳态无静差；调速范围D=10，电流超调量小于5%，空载启动到额定转速的转速超调量小于10%，（按退饱和超调计算）三、设计内容：1．根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图2．调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）3．动态设计计算与实现：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。

调速系统控制电路元部件的确定及其参数计算。

4、完成直流电机转速、电流控制系统设计。

a .设计控制系统主机、过程通道模板电路，包括元器件选择。

b.画出系统控制图。

c.控制系统软件设计。

转速、电流控制均采用PI 控制算法，设计位置式PI 控制算法。

绘出程序流程图，设计算法程序。

5、学习并掌握MATLAB/Silmulink 直流调速系统仿真方法，给出典型的双闭环直流调速系统的转速和电流仿真波形。

并对波形进行简单的分析。

6．绘制V-M 双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）7．整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书一、技术数据：直流电动机：额定功率555KW 、额定电压750V 、额定电流760A 、额定转速375r/min 、电动势系数Ce=1.82V · min/r ；电枢回路总电阻0.14欧姆；允许电流过载系数为1.5。

10KW不可逆直流调速系统
8WKW不可逆直流调速系统由三角形电路与不可逆变频调速器组成，它可以通过改变电路的频率和电压来调节机械转速。

由于不可逆变频调速器可以直接控制电动机的转速，因此，不可逆直流调速系统的精度要高于传统的可逆调速方式。

1、控制电压：以适当的支导电压来控制机电容量，通过改变机电容量，实现控制机
速度；
2、控制频率：频率修正由伺服系统完成，其可以根据控制信号来改变PLL中心频率，从而实现机电转速的控制；
3、失步保护：当PLL锁定状态脱离正常工作，或者有外部对机械系统施加的扰动，
可触发机器的失步保护功能，从而有效的避免了机械部件的损坏；
4、故障处理：它具有自检形式和故障显示形式，当发生故障时，自动进行故障处理，并且能够判断出故障类型，以便故障根源的快速确认。

8WKW不可逆直流调速系统主要应用于制冷通风系统中，可以有效地控制风机的转速，实现节能环保。

此外，还可以将其用于机械加工中的切削、铣削、精加工等领域，以保证
生产质量的稳定性和加工速度的可控性。

课程设计课程名称电力拖动自动控制系统课程设计设计题目 V-M双闭环不可逆直流调速系统设计专业电气工程及其自动化姓名梁鑫鑫班级学号自B041 (20)指导教师刘松完成时间摘要电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。

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应用。

晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统），和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。

而转速、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。

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。

最后给出参考资料和设计体会。

关键字：直流调速晶闸管双闭环目录第1章设计任务书--------------------------------------------------4第2章主电路选型和闭环系统的组成--------------------------5晶闸管结构型式的确定 (5)闭环调速系统的组成 (6)第3章调速系统主电路元部件的确定及其参数计算--------8整流变压器容量计算 (8)晶闸管的电流、电压定额计算 (9)平波电抗器电感量计算 (10)保护电路的设计计算 (11)3.4.1过电压保护 (11)3.4.2过电流保护……………………………………………………………13第4章驱动控制电路的选型设计---------------------------------14第5章双闭环系统调节器的动态设计----------------------------155．1电流调节器的设计 (15)5．2转速调节器的设计 (17)设计小结-----------------------------------------------------------------18参考文献----------------------------------------------------------------18附录V-M双闭环不可逆直流调速系统电气原理总图-------19设计任务书一．题目：V-M双闭环不可逆直流调速系统设计二．技术要求：1．该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作2．系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）3．动态性能指标：转速超调量δn ＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s4．系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续5．调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施三．设计内容：1．根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图2．调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）3．驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）4．动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求5．绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） 6．整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书四．技术数据：晶闸管整流装置：R rec =ΩΩ，K s =45-48。