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1、 1课程设计说明书课程设计说明书课程设计说明书课程设计说明书 课题名称 直流电机整流调速控制系统 （院）系 专业 自动化 班级 学号 学生姓名 指导老师 完成日期 湖南工程学院 2课程设计任务书 课程名称课程名称课程名称课程名称： 运动控制系统课程设计 题题题题 目目目目：直流电机整流调速控制系统 专业班级： 自动化 0702 学生姓名： 朱旺力 学号： 03 指导老师： 唐勇奇 审 批： 任务书下达日期 2010 年 12 月 13 日 设计完成日期 2010 年 12 月 24 日 设计内容与设计要求 3一 设计内容： 1 电路功能： 1） 用晶闸管缺角整流实现直流调压，控制直流电动机的转
2、速。 2） 电路由主电路与控制电路组成 主电路主要环节：整流电路及保护电路。 控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、 检测与故障保护电路。 3） 主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT 或 MOSFET。 4） 系统具有完善的保护 2. 系统总体方案确定 3. 主电路设计与分析 1）确定主电路方案 2）主电路元器件的计算及选型 3）主电路保护环节设计 4. 控制电路设计与分析 1）检测电路设计 2）功能单元电路设计 3）触发电路设计 4）控制电路参数确定 二 设计要求： 1 设计思路清晰，给出整体设计框图； 2 单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 3 分析所有单元电路
3、与总电路的工作原理，并给出必要的波形分 析。 4 绘制总电路图 5 写出设计报告； 4主要设计条件 1 设计依据主要参数 1） 输入电压： （AC）380（1+15%） 、 2） 最大输出电压、电流根据电机额定参数选择 3） 要求电机能实现单向无级调速 4） 电机型号布置任务时给定 2. 可提供实验与仿真条件 说明书格式 1课程设计封面； 2任务书； 3说明书目录； 4设计总体思路，基本原理和框图（总电路图） ； 5单元电路设计（各单元电路图） ； 6故障分析与电路改进、实验及仿真等。 7总结与体会； 8附录（完整的总电路图） ； 9参考文献； 10、课程设计成绩评分表 5进 度 安 排 第一
4、周星期一:课题内容介绍和查找资料； 星期二:总体电路方案确定 星期三:主电路设计 星期四:控制电路设计 星期五:控制电路设计； 第二周星期一: 控制电路设计 星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等 星期四五:写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午:答辩及资料整理 参 考 文 献 1石玉 栗书贤电力电子技术题例与电路设计指导机械工业出版社，1998 2王兆安 黄俊电力电子技术（第 4 版） 机械工业出版社，2000 3浣喜明 姚为正电力电子技术高等教育出版社，2000 4莫正康电力电子技术应用（第 3 版） 机械工业出版社，2000 5郑琼林耿学文电力电子电路精选机械工业出版社，1996
5、6刘定建朱丹霞实用晶闸管电路大全机械工业出版社，1996 7刘祖润 胡俊达毕业设计指导机械工业出版社，1995 8刘星平电力电子技术及电力拖动自动控制系统校内，1999 目目目目 录录录录 1、引言引言引言引言.1.1.1.1 62、系统方案选择和总体结构设计系统方案选择和总体结构设计系统方案选择和总体结构设计系统方案选择和总体结构设计.2.2.2.2 2.1 调速方案的选择.2 2.1.1 电动机供电方案的选择.2 2.1.2 调速系统方案的选择.2 3、主电路设计与参数计算主电路设计与参数计算主电路设计与参数计算主电路设计与参数计算.3.3.3.3 3.1 整流变压器的设计.3 3.2 晶
6、闸管元件的选择.4 3.3 晶闸管保护环节的计算.5 3.4 平波电抗器的计算.7 3.5 励磁电路元件的选择.9 4、触发电路选择触发电路选择触发电路选择触发电路选择.10.10.10.10 5、双闭环的动态设计和校验双闭环的动态设计和校验双闭环的动态设计和校验双闭环的动态设计和校验.11.11.11.11 5.1 电流调节器的设计和校验.11 5.2 转速调节器的设计和校验.12 6、控制电路的设计与计算控制电路的设计与计算控制电路的设计与计算控制电路的设计与计算.14.14.14.14 6.1 给定环节的选择.14 6.2 控制电路的直流电源.14 6.3 反馈电路参数的选择与计算.14
7、 7、直流调速系统电气原理总图直流调速系统电气原理总图直流调速系统电气原理总图直流调速系统电气原理总图.15.15.15.15 8、系统系统系统系统 MATLABMATLABMATLABMATLAB 仿真仿真仿真仿真.17.17.17.17 9、设计心得体会设计心得体会设计心得体会设计心得体会.18.18.18.18 10、附录及电子元器件清单附录及电子元器件清单附录及电子元器件清单附录及电子元器件清单.18.18.18.18 11、参考文献参考文献参考文献参考文献.19.19.19.19 71 1 1 1 引引引引 言言言言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、
8、格拉姆、 爱迪生、 戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献， 这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣， 现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 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
9、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。 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
10、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。 本设计主电路采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、触发器和电流自适应调节器等。 82 2 2 2 系统方案选择和总体结构设计系统方案选择和总体结构设计系统方案选择和总体结构设计系统方案选择和总体结构设计 2.12.12.12.1 调速方案的选择调速方案的选择调速方案的选择调速方案的选择 本次设计选用的电动机型号 Z2-91 型，其具体参数如下表 2-1 所示 表 2-1 Z2-91 型电动机具体参数 电动 机 型号 PN(
11、KW) UN(V) IN(A) NN(r/min) Ra() GDa2（Nm2） P 极对数 Z2-91 48 230 209 1450 0.3 58.02 1 2.1.1 电动机供电方案的选择 变压器调速是直流调速系统用的主要方法， 调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有 3 种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称 G-M 系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可控整流器又称 V-M系统，通过调节触发装置 GT 的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变dU ，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用 PWM 受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和特点选 V-M 系统。 在 V-M 系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置 GT 输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案。 因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，
