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1、湖南工程学院课程设计任务书课程名称课程名称: 电力电子技术课程设计题题 目目:双闭环直流电机控制系统设计专业班级: 学生姓名: 学号: 指导老师: 审 批: 任务书下达日期 年 月 日设计完成日期 年 月 日设计内容与设计要求一设计内容:1 系统总体方案确定: 1.1 用晶闸管整流实现直流调压,实现直流电动机的无级调速。 1.2 系统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。 1.3 主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT 1.4 系统具有完善的保护 2. 主电路设计与分析 2.1 设计
2、主电路; 2.2 计算主电路参数并选择主电路元器件选型; 2.3 设计主电路保护环节; 3. 控制电路设计与分析 3.1 确定控制电路总体结构,要求采用单闭环控制; 3.2 设计速度调节器电路; 3.3 设计触发电路 4. 双闭环直流调速控制系统的调试或仿真 4.1在实验室对设计的单闭环直流调速控制系统进行调试; 4.2设计双闭环直流调速控制系统仿真模型,确定设计系统的 性能指标。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,给出具体设计电路; 3 系统仿真时需给出仿真波形并进行分析。 4 绘制总电路图 5 写出设计报告;主要设计条件1 设计依据主要参数1) 输入输出电压
3、:三相交流,380V ;2) 主电路最大输出电压、电流根据电机参数予以确定;3) 要求电机能实现单向无级调速4) 电机型号电机型号 2:Z2-71 额定参数 30KW 225V 158.5A 3000 r/min2. 可提供实验设备或上机仿真说明书格式1 课程设计封面;2 任务书;3 说明书目录;4 系统方案确定;5 主电路设计6 控制电路设计(各单元电路图) ;7 系统实验、电路改进、仿真等。8 总结与体会;9 附录(完整的总电路图) ;10 参考文献;11、课程设计成绩评分表进 度 安 排第一周星期一: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:主电路元件选型
4、星期五:控制电路设计;第二周星期一: 控制电路设计星期二三::系统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王兆安,电力电子技术(第 5 版) 机械工业出版社,2008.2刘星平电力电子技术及电力拖动自动控制系统校内,2009.3. 浣喜明,姚为正电力电子技术高等教育出版社,2008.4刘祖润,胡俊达毕业设计指导机械工业出版社,1995.5. 林飞,杜欣电力电子应用技术的 MATLAB 仿真 中国电力出版社,2009.6钟炎平 电力电子电路设计 华中科技大学出版社,2010.7徐德鸿现代电力电子器件原理与应用技术 机械工业出版社,2011.8洪乃
5、刚电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB 仿真 机械工业出版社,2006.目录第一章第一章 绪论绪论 22第二章第二章 直流调速系统的方案设计直流调速系统的方案设计 332.12.1 设计技术指标要求 3 3 2.22.2 现行方案的讨论与比较 3 3 2.32.3 选择 PWM 控制调速系统的理由 4 4 2.42.4 采用转速、电流双闭环的理由4 4 第三章第三章 PWMPWM 控制直流调速系统主电路设计控制直流调速系统主电路设计 55 3.13.1 主电路结构设计 5 5 3.1.13.1.1 PWM 变换器介绍 5 5 3.1.23.1.2 泵升电路 1010 3.23.2 参数设
6、计1111 3.2.13.2.1 IGBT 管的参数1111 3.2.23.2.2 缓冲电路参数 1111 3.2.33.2.3 泵升电路参数 1212 第四章第四章 PWMPWM 控制直流调速系统控制电路设计控制直流调速系统控制电路设计 1212 4.14.1 检测环节 1212 4.1.14.1.1 电流检测环节 1212 4.1.24.1.2 电压检测环节 1616 4.24.2 调节器的选择与调整 1717 4.2.14.2.1 调节器限幅 1717 4.2.24.2.2 调节器锁零 1717 4.34.3 系统的给定电源、给定积分器 1717 4.3.14.3.1 给定电源 GS17
7、17 4.3.24.3.2 给定积分器 1818 4.44.4 触发电路的确定 1818 4.4.14.4.1 选用触发电路时须考虑的因素1818 4.4.24.4.2 触发电路同步电压的选取1919第五章第五章 课程设计原始数据课程设计原始数据2121第六章第六章 参数计算参数计算 21216.16.1 电流调节器的设计21216.26.2 速度调节器设计 2222课程设计总结课程设计总结参考文献参考文献第一章 绪论在电气时代的今天,电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机,在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法,对提高控制精度和响应速度
8、、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求,因此,不同的调速方法有着不同的应用场合。本文基于 PWM 的双闭环直流调速系统进行了研究,并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先描述了变频器的发展历程,提出了 PWM调速方法的优势,指出了未来 PWM 调速方法的发展前景,点出了研究 PWM 调速方法的意义。应用于直流电机的调速方式很多,其中以 PWM 变频调速方式应用最为广泛,而 PWM 变频器中,H 型 PWM 变频器性能尤为突出,作为本次设计的基础理论,本文将对 PWM 的理论进行详细论述。在此基础上,本文将做
9、出 SG3525 单片机控制的 H 型 PWM 变频调速系统的整体设计,然后对各个部分分别进行论证,力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。关键词:直流调速 ;双闭环 ;PWM ;SG3525 ;直流电机第二章第二章 直流调速系统的方案设计直流调速系统的方案设计2.12.1 设计技术指标要求(1)输入输出电压:三相交流,380V ;(2)主电路最大输出电压、电流根据电机参数予以确定;(3)要求电机能实现单向无级调速(4)电机型号电机型号 2:Z2-71 额定参数 30KW 225V 158.5A 3000 r/min2.22.2 现行方案的讨论与比较直流电动机的调速方法有三种:(1)调节电枢
10、供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,这种方法最好。变化遇到的时间常数较小,能快aI速响应,但是需要大容量可调直流电源。(2)改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速(简称弱磁调速) ,从电机额定转速向上调速,属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但fIaI所需电源容量小。(3)改变电枢回路电阻 R。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。但是只能进行有级调速,调速平滑性差,机械特性较软;空载时
11、几乎没什么调速作用;还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多,目前很少采用,仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大,往往是和调压调速配合使用,在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,以调节电枢供电电压的方式为最好。因此,自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主速。改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法,调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源,常用的可控直流电源有以下三种:(1)旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直流电压。(2)静止可控整流器。用静止的可控整流
12、器,如汞弧整流器和晶闸管整流装置,产生可调的直流电压。(3)直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电,利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。2.32.3 选择 PWM 控制系统的理由脉宽调制器 UPW 采用美国硅通用公司(Silicon General)的第二代产品SG3525,这是一种性能优良,功能全、通用性强的单片集成 PWM 控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活,大大简化了脉宽调制器的设计及调试,故获得广泛使用。PWM 系统在很多方面具有较大的优越性 :1) PWM 调速系统主电路线路简单,需用的功率器件少。2) 开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小。3) 低速性能好,稳速精度高,调速范围广,可达到 1:10000 左右。4) 如果可以与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强。5) 功率开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当时,开关损耗也不大,因而装置效率较高。