1kw直流电动机不可逆调速系统毕业设计.doc
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1、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
2、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AbstractThe double-close-loop D.C. speed regulating system to use extensive among project, for make s
3、ystem 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 neednt operate the practical system , so long as set up digital simulation mod
4、el 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 r
5、eal 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-
6、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
7、 regulator ,Speed regulator Computer simulation 目 录摘要 IAbstract II前言1第一章 调速方案的选择21.1 直流电机电源确定21.2 励磁电源的选择31.3 测速发电机选择31.4 电流反馈环节的检测31.5 电流环选择41.6 速度环选择4第二章 主电路的计算52.1 整流变压器额定参数计算52.1.1 二次相电压 的计算52.1.2 一次和二次相电流和计算52.1.3 变压器的容量计算52.2 整流元件的选择62.2.1 晶闸管的额定电压62.2.2 晶闸管的额定电流62.2.3 励磁电路元件的选择62.2.4 滑动变阻器R的选
8、择62.3 晶闸管保护设计与计算62.3.1 晶闸管两端的过电压保护82.3.2 过电流保护82.4 电抗器参数计算82.4.1 使输出电流连续的临界电感82.4.2 限制输出电流脉动的电感量92.4.3 电动机电感量Ld和变压器漏电感92.4.4 实际串入电抗器的电感量9第三章 控制电路的设计103.1 触发电路的选择 103.2 控制电源的选择 113.3 电流反馈环节设计与计算123.3.1 电流调节器的工作原理电流123.3.2 电流环结构图的简化123.3.3 电流环参数的确定133.4 电流调节器结构的选择及参数计算143.4.1 结构的选择143.4.2 参数的计算143.4.3
9、 检验近似条件143.4.4 计算调节器电阻和电容153.5 转速环的设计163.5.1 转速调节器的工作原理163.5.2 电流环的等效闭环传递函数163.5.3 速度环参数的确定173.6 转速调节器结构的选择及参数计算173.6.1 结构的选择173.6.2 参数的计算183.6.3 检验近似条件183.6.4 计算调节器电阻和电容193.6.5 检验转速超调量193.7 继电器接触器控制电路设计21第四章 控制电路的设计224.1 单元部件调试224.2 系统调试224.3 速度变换器的调试224.4 数学模型的建立244.5 仿真软件MATLAB的介绍254.6 系统的动态分析26结
10、 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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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、
16、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
17、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
18、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 A2.34, 则 =60.3172.37V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, A2.1.3变压器的容量计算查表可知 则 KVAKVA =2.865KVA2.2整流元件的选择 2.2.1晶闸管的额定电压 =343514V取 V2.2.2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 =(1.52)0.3671.2
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