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1、2011年12月20日电气与电子信息工程学院电气传动控制系统课程设计设计题目：直流调速系统设计及仿貞和交流调速系建模巧仿貞专业班级：电气工程及其自动化2008 (1)班学 号：姓 名：指导教师：胡学芝 陈学珍K2电力电子实验室、机房设计时间： 2011/10/31 2011/11/11设计地点电气传动控制系统课程设计成绩评定表姓名学号专业班级电气工程及其自动化（1）班课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和交流调速系建模与仿真课程设计答辩记录：1.简述双闭环转速调节器的作用？答：（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它是转速n很快地跟随给左电压Un变化，稳 态时可减小转速谋差，如果采用PID调
2、节器，则可实现无静差。（2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。2 列举交一交变频器的一起显著特点？答：（1）交交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，町靠。（2）交交变频的最高输出 频率是电网频率的1/3-1/2,在大功率低频范围有很大的优势。（3）交交变频没有直流环节，变 频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回 馈容易。（4）虽然人功率交交变频器得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输 出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。它在传统大功率电机调 速系统中应用较多。成绩评定及依据：1
3、. 课程设计考勤情况（20%）:2. 课程设计答辩情况（30%）:3. 完成设计任务报告规范性（50%,其中直流系统部分占60%,交流部分占40%）:最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：指导教师签字：课程设计任务书20112012学年第一学期学生姓名：_专业班级：电气工程及其自动化2008 （1）班指导教师： 工作部门：屯气学院屯气自动化教研室一、课程设；1题冃：直流调速系统设计及仿真和交流调速系建模与仿真二、课程设计内容（含技术指标）1. 设计目的及要求电气传动课程设计是继“电气传动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。山 于“控制系统”课程本身是一门理论深、综合性强的专业课，单
4、是学习理论而不进行实践 将不利于知识的接受及综合应用。为了培养学生的实践能力，而设置电气传动控制系统的 课程设计。它将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。通过该坏节训练，达到下述教学口的：1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基 本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作， 使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实 际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综
5、合分析和解决实际工程问题的能力。通过课程设计，使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握 控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调 试步骤。并提高正确查阅和使用技术资料、标准手册等工具书的能力，提高独立分析问题、 解决问题及独立工作的能力。通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作 风。培养学生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。2. 课程设计基本要求木课程设计应根据设计任务书以设计技术规程及规定进行。1、根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算, 要求概念清楚、方案合
6、理、方法止确、步骤完整。2、要求掌握直流调速系统的设计内容、方法、步骤和交流调速系统建模与仿真。3、学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。4、学会绘制有关电气系统原理图和编制元器件明细表。5、学会编写设计说明书。6、通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。3. 通过课程设计，学生应学握控制系统工作原理、总体方案确定原则、主电路设计 及元器件选型、拎制回路设计及元器件选择、辅助回路设计等。并能熟练应用和应软件绘 制原理图及PCB板图，并能在应用控制系统仿真软件对所设计系统进行仿真实验。最后在 条件允许的情况下能对小型系统进行动手做出实体并调试，特别是应通过调试使学
7、生学握 工程系统调试过程及方法，积累工程实践经验。3. 直流调速系统设计及仿真题目和设计要求：（直流调速系统选项一题）（一）直流调速系统的设计选题1电机数如下表:机架电动机型号Pn (KW)Un (V)In (A)nn (r/niin)Ra (Q )GD? (Nm2)P极对数1Z2-926723029114500.268. 6012Z2-914823020914500.358. 0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527. 4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.
8、817Z2-621123047.814500.96. 3918Z2-61& 52303711501. 05.4919Z2-52623026. 114501. 13.92110Z2-514.22301& 2514501.23. 431（2）技术数据1 .电枢回路总电阻取R= 2 Ra；总飞轮力矩：GD =2.5GD： 2. 其他参数可参阅教材中“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S 5 %：稳态无静差，电流超调量cr,.% 5% : 启动到额定转速I寸的转速退饱和超调量b” 10%。4 .要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。5. 要求触发
9、脉冲有故障封锁能力。6. 要求给拖动系统设置给定积分器。（3）设计的内容1. 调速的方案选择（1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）（2 ）电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流 器供屯方案）；（3 ）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）; （4 ）确定直流调速系统的总体结构框图。2. 主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路技术的章节）（1）整流变压器计算，二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。（2）晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。（3 ）晶闸管保护环节的计算。a）交流侧过屯压的保护；b
10、）阻容保护、压敏电阻 保护计算；c）直流侧过电压保护：d）晶闸管及整流二极管两端的过电压保 护；e）过电流保护。f）交流侧快速熔断器的选择，与元件全连的快速熔断 器的选择,直流侧快速熔断器的选择。（4 ）平波电抗器计算。3. 触发电賂的选择与校验触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。4. 控制电路设计计算：主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态 参数计算、调速系统的稳态参数计算。5. 双闭环直流调速系统的动态设计：主要设计转速调节器和电流调节器，町参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。6. 对系统进行仿真校验并上交
11、设设说明书。4. 交流调速系统建模及仿真交-交变频调速系统的建模与仿真：建立交-交变频调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。 三、成绩评定评定项目基本内涵分值设计过程考勤、自行设计、按进度完成任务等情况20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分答辩冋答问题情况30分90100分：优：8089分：良：7079分：中：6069分，及格：60分以下：不及格指导教师：胡学芝，陈学珍2011年9月10日教研室主任签名：胡学芝2011 年 10 月 20 H10目 录第1篇直流调速系统1. 引言62. 系统方案选择和总体结构设计22.1调速方案的选择22. 2电动机供屯方案
12、的选择22. 3调速系统方案的选择72. 4总体结枸设计33主电路设计与参数计算43.1整流变压器的设计43. 2晶闸管元件的选择103. 3晶闸管保护环节的计算63. 4平波电抗器的计算124. 触发电路选择与校验105. 双闭环的动态设计和校验165. 1电流调节器的设计和校验 165.2转速调节器的设计和校验176控制电路的设计与计算196.1给定环节的选择196.2控制电路的直流电源196.3反馈电路参数的选择与计算197. 系统MATLAB仿真207. 1系统的建模与参数设置207.2电流环的仿真错误！未定义书签。157.3转速环的仿真错误！未定义书签。17第2篇交流调速系统1. 交
13、交变频调速原理242. 逻辑切换装置DLC封装222.1电平检测器的建模222.2逻辑判断电路的建模222.3延时电路模块建模223. 异步电动机交交变频器调速系统的建模与仿真23总结24参考文献24附录一错误！未定义书签。25附录二错误！未定义书签。26第1篇直流调速系统1.引言直流电动机具有良好的起动、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了广泛的应用。从控制的角度来 看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为 基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的 硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统
14、非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电 动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多 控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵 活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资 源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率，本文所论述的是转速、电流双闭环直流调速系统设计。主电路设计是依据晶 闸管-电动机（V-M）系统组成，其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、 平波电抗器L和电动机-发电机组等组成o整流变压器TR和晶闸管整流调速装置 的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器L的功能是使输出的直 流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交沆电源。同时，根据双闭环自流调 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没 计，得到转速和电流的仿真波形。并对得到的波形进行分析。本设计主电路釆用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电 路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流口适应调 节器等。2.系统方案选择和总体结构设计2.1调速方案的选择本次设计选用的电动
