直流调速系统课程设计报告

一 、 主电路设计：（一）系统主电路主要由触发电路、脉冲隔离、功率开关（晶闸管）、电源及负载组成。负载选择灯泡或者电阻要根据设备配置情况而定。电路分析:三个晶闸管按共阴极接法连接,这种接法触发电路有公共端，连线方便。 示意图如图1-1所示：图1-1三相桥式全控整流电路示意图（二）整流变压器的选择与计算：在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电压不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常均要配用整流变压器。（1）整流变压器的电压 整流变压器的一次侧直接与电网相连，当一次侧绕组Y接时，一次侧相电压等于网相电压;当一次侧接时，一次侧相电压等与电网线电压。 整流变压器的二次侧相电压与整流电路形式、电动机额定电压、晶闸管装置压降、最小控制角min及电网电压波动系数有关，电网电压波动系数，一般为0.91.1单相全控桥A=0.9，B=COS=，可按下列近似计算式中为安全系数，一般取为1.051.10左右。（2）见表92知，。根据计算公式，整流变压器的电流计算如下：（3）整流变压器的容量计算如下()（三）整流元件的计算与选择（1）整流元件的额定电压整流元件的额定电压与元件实际承受的最大峰值电压有关，即式中，（23）为安全系数，要求可靠性高时取较大值。（2）整流元件的额定电流整流元件的额定电流与最大负载电流有关，即式中为计算系数，见表93，=0.45；（1.52.0）为安全系数。（四）电抗器的计算与选择查表94可知，对于单相全控桥，为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通常需在直流侧串联带有空气隙的铁心电抗器，其主要参数为额定电流和电感量，由已知数据，根据计算公式求如下数值。（1）用于限制输出电流脉动的临界电感（单位为）式中为电流脉动系数，取5%20%。 为电压脉动系数；为输出电流脉动的基波频率，单位为Hz。与与电路形式有关。（2）用于保证输出电流连续的临界电感（单位为mH）式中为要求的最小负载电流平均值，单位为A；为计算系数。（1） 直流电动机的漏电感（单位为mH）式中，为计算系数，对于一般无补偿绕组电动机， =8-12；其余参数为电机额定值。（2） 折合到整流变压器二次侧的每相漏电感（单位为mH）式中为变压器的短路比，一般取为5%；为计算系数。（3） 实际应该串入的平波电抗器电感（单位为mH）式中，表示取最大值。（4） 电枢回路总电感（五）电阻的计算（1） 电动机电枢电阻（2） 整流变压器折合到二次侧的每相电阻式中 为变压器的最大效率，一般取为95%。（3） 整流变压器漏抗引起的换向重叠压降所对应的电阻（4） 电枢回路总电阻为平波电抗器的电阻，所以，因此，=0.6（六）时间常数的计算（1） 电磁时间常数 （2） 电机时间常数 （七）保护元件的计算与选择1交流侧阻容过压保护（1） 交流侧过压保护电容（单位为）的计算公式是式中，S为整流变压器的平均计算容量，单位为VA；为变压器励磁电流百分数，单相变压器励磁电流百分数=5%，电容的交流电压值应大于或等于1.5Uc，Uc是阻容两端正常工作时的交流电压的有效值。（2）交流侧阻容过压保护电阻的计算公式是为变压器短路比，对于101000KVA的变压器，为5%10%，取5%，电功率P可在下列范围内取式中：R和C为上述阻容计算值f和为电源频率（Hz）和二次侧相电压（V），（23）和（12）为安全系数；为计算系数，单相为计算系数，单相；对于三相半波阻容接法，阻容Y接法，；对于三相桥式，阻容接法，阻容Y接法，当CR0.5ms时，所选值接近于上式之左方 所选值接近于上式之右方2交流侧压敏电阻过压保护（单相电路用一只压敏电阻）（1） 压敏电阻的额定电压式中，Um为压敏电阻承受的额定电压峰值，单位为V；为电网电压升高系数，取1.051.10；（0.80.9）为安全系数。（2） 压敏电阻的通流容量（3）压敏电阻的残压（限压值）式中,残压比。当时，；当时，。压敏电阻的残压 必须小于整流元件的耐压值。3直流侧阻容和压敏电阻过压保护：可参照交流侧的计算方法进行计算。4晶闸管元件过压保护（1） 限制关断过电压的阻容RC的经验公式 ， 式中C的单位为；R的单位为；的单位为W。电容C的交流耐压值大于或等于1.5倍的元件承受的最大电压。5晶闸管装置的过流保护（1） 直流侧快速熔断器 熔体额定电流 （2） 交流侧快速熔断器 熔体额定电流 （3） 晶闸管元件串联快速熔断器 熔体额定电流 （4） 总电源快速熔断器 熔体额定电流 所有快速熔断器的额定电流均需大于其熔体额定电流；快速熔断器的额定电压均应大于线路正常工作电压的有效值。（5）直流侧过流继电器 动作电流小于或等于1.2（6）交流侧过流继电器 动作电流小于或等于（1.11.2）交直流侧过流继电器的额定电流均应大于或等于其动作电流，额定电压应大于或等于正常工作电压。二、控制电路的设计转速、电流双闭环不可逆直流调速系统，变流装置采用单相全控桥整流电路，已知基本数据如下：直流电动机电机型号Z2-91-2， ，变流装置：, 电枢回路总电阻： 时间常数： 电流反馈： 转速反馈： 设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：（按退饱和方式计算）（一） 电流环的设计电流环的等效静态结构图1确定时间常数（1） 整流装置滞后时间常数 （2） 电流滤波时间常数 （3） 电流环小时间常数 2选择电流调节器结构根据设计要求，因此可按典型型系统设计。取工程参数， 因要求无静差，所以电流调节器选用PI型。其传递函数为 3 择电流调节器参数ACR超前时间常数 电流环开环放大系数要求时，应取，因此 于是，ACR的比例系数为 4.计算调节电阻和电容选择ACR输入电阻，则，取， 滤波电路近似条件检验电流截止频率为： 5.校验近似条件（1） 晶闸管整流装置传递函数近似条件，现在 满足近似条件（2） 忽略反电动势对电流环影响的条件，现在 满足近似条件（3） 小时间常数近似处理条件，现在 满足近似条件电流超调量满足设计要求（二） 转速环的设计转速环的等效动态结构图如下1 确定时间常数（1） 电流环等效时间常数 电流环已按典型型系统设计，则 （2） 转速滤波时间常数 （3） 转速环小时间常数 2 选择转速调节器结构转速设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节，又根据动态要求，应按典型型系统设计转速环，故ASR选用PI调节器。其传递函数为 3 选择转速调节器参数用准则设计，取最佳工程参数h=5，则ASR的超前时间常数为 其开环放大系数为 于是ASR的比例放大系数为 4 近似校验条件转速环的截止频率为： （1） 电流环传递函数简化条件，现在 满足简化条件（2） 小时间常数近似处理条件 现在 满足近似条件。5.计算调节器电阻和电容转速调节器电路图如图，取，则 取 取 5 校核转速超调量查表3-8，当h=5时， 因空载起动，z=0,且能满足设计要求(三)双闭环调速系统的动、静态机构图 双闭环调速系统静态结构图 双闭环调速系统动态结构图（四）触发电路此单结晶体管电路为同步触发电路，为了使晶体管每次导通的控制角都相同，从而得到稳定的直流电压，触发脉冲必须在电源电压每次过零后滞后角出现，为了实现同步，图中同步电路由同步变压器TS，整流桥以及稳压管V组成。当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单结晶体管得基波电压降为零，管内A点电位，保证电容电荷很快放完，在下一个半波开始时能从零开始充电，从而使各半周期的控制角A一致，从而起到同步作用。（五）系统总原理图系统原理概图 (-)三、元器件的选择名称型号数量电动机Z2-71-21电容0.03uF20.4uF70.225uF11.53uF11uF1电阻20144016201电位器WS2-4.711转速调节器FC541电流调节器FC541触发管TC7871二极管2CP164晶闸管Kp20-26平波电抗器1.461压敏电阻2平波电抗器1熔断器12阻容保护电阻3阻容保护电容3四 设计总结本次课设的题目为：“转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的设计”。设计主要内容包括：主电路设计、控制电路设计、校核以设计系统等等。其中主电路设计主要是根据电机型号及容量确定其电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主电路元件的计算和选择；控制电路设计主要是根据需要确定调节器的形式，画出电路的原理图，选定检测元件和反馈系数，计算调节器参数并计算选择相关元件。经校核满足要求后绘制总原理图。在本此课设中进一步了解双闭环调速系统的原理及具体的调节过程。通过求取各个环节的传递函数，并校核其正确性，明白设计过程其实就是由假设到验证再到调整直至得到理想结果的一个过程。整个设计过程，我学到了很多东西。首先是熟悉了设计过程，了解了设计步骤，培养了我查阅图书，过程绘图和编写设计说明书的能力。其次是进一步巩固、扩展了直流拖动的有关知识，是我对直流调速有了更深的认识，也发现了自己的不足之处。也培养了我独立思考、分析问题和解决实际问题的能力，做到理论与实际的结合。更多的是养成科学严谨、严肃认真、实事求是的工作作风，为我以后从事相关工作打下良好基础最后，特别感谢田老师在设计过程中给予学生极大地帮助！ 五、参考文献 1交直流调速系统 史国生 赵家璧，化学工业出版社2自动控制系统 刘建昌 冶金工业出版社 3电力拖动自动控制系统第二版 陈伯时 机械工业出版社 4电力电子设计手册 王兆安 机械工业出版社21