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1、电力拖动自动控制系统课程设计 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 实训报告 题 目 十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计 学生姓名 李 东 盼 专业班级 电气工程1222 学 号 201250712138 系 部 电气信息工程学院 指导教师 程 辉 完成时间 2014年 1 月 3 日 实训报告评语一、实训期间个人表现 1.尊敬师长，团结他人，能吃苦耐劳。 2.在现场能坚持不迟到，不早退，勤奋学习。 3.出现少于3次迟到和早退现象，表现一般。 4.能主动向指导老师提问，能积极做好各项设计任务。 5.在实训中能灵活运用相关专业知识，有较强的创新意识。二、实训报告内容完
2、成质量 1.能按时完成报告内容等实训成果资料，无任务遗漏。 2.能按时完成报告内容等实训成果资料，有少许任务遗漏。 3.不能按时完成报告内容等实训成果资料，有多处任务遗漏。 4.条理清晰，书写规范工整，图文并茂，报告内容全面，主要内容阐述详细，能体现实训过程中做了大量工作，与专业相关知识能紧密联系，认识体会深刻，起到了实训的作用。 5.条理清晰，书写规范工整，图文并茂，报告内容全面，主要内容阐述详细，能体现实训过程中做了大量工作，与专业相关知识能较紧密联系，认识体会较深刻，起到了实训的作用。 6.条理清晰，书写较规范工整，报告内容全面，主要内容阐述较详细，能体现实训工作过程，能与专业相关知识联
3、系起来，认识体会较深刻，起到了实训的作用。 7.条理较清晰，书写较规范工整，报告内容较全面，主要内容阐述较详细，能体现实训过程中的相关工作，与专业相关知识不能紧密联系，认识体会不太深刻，基本起到了实训的作用。 8.内容有雷同现象。三、成绩不合格原因 1.实训期间旷课超过3次。 2.报告有严重抄袭现象。 3.未同时上交实训报告。 四、需要改进之处 1.进一步端正实训态度。 2.加强报告书写的规范化训练，对主要内容要加强理解。 3.加强相关专业知识的学习，深刻理解各设计步骤具体的要求。 五、其他说明等 级： 评阅人： 职称： 讲师 年 月 日交直流调速系统的设计摘要 直流调速系统具有调速范围广精度
4、高动态性能好和易于控制等优点，因此本设计运用电力拖动控制系统的理论知识设计出可行的直流调速系统，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用SIMULINK对系统进行各种参数的给定下的仿真。通过建模、仿真验证理论分析的正确性。也可以制作硬件电路。同时通过本次课程设计能够加强我们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。达到综合提高我们的工程设计与动手能力的目的。各个仿真结果都基本上符合设计要求。关键词：直流电机、双闭环调速系统、MATLAB/SIMULINK仿真目录交直流调速系统的设计3摘要3绪论51 方案选择部分61.1设计要求61.2调速的方案
5、选择61.2.1直流电动机的选择71.2.2动机供电方案的选择71.2.3系统的结构选择71.2.4直流调速系统的总体结构框图71.3主电路的计算81.3.1整流变压器的计算81.3.2晶闸管元件的选择91.3.3晶闸管保护环节的计算91.3.4平波电抗器的计算111.4触发电路的选择与校验121.5控制电路的计算121.5.1给定电源和给定环节的设计121.5.2转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数设计131.6双闭环直流调速系统的动态设计131.6.1电流调节器的设计131.6.2 转速调节器的设计142 MATLAB仿真162.1 系统的建模与参数设置162.1.1
6、 开环物理模型的构建162.1.2 单闭环物理模型的构建172.1.3 双闭环物理模型的构建182.2系统动态仿真结果的输出及结果分析182.2.1 开环数学模型182.2.2 单闭环数学模型及其仿真结果192.2.3 双闭环数学模型及其仿真结果202.3系统仿真结果总体分析202.3.1.电机转速曲线202.3.2.电机电流曲线213.心得及总结22参考文献23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、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化
7、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。双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。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。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。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矩。直流电动机具有良好
8、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。1 方案选择部分1.1
9、 设计要求(1电枢回路总电阻取R=2Ra; 总分轮力矩GD2=2.5GDa2=2.5*58.02NM2，极对数P=1。（2）其它未尽参数可参阅教材第二章2.3.2节中“工程设计方法在双闭环直流调速系统中的应用”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I%=5%,电流脉动系数SI=10%;启动到额定转速时的转速退饱和超调量N=10%.(4)要求系统具有过流，过压，过载和缺相保护。（5）要求触发脉冲有故障封锁能力。 (6)要求对拖动系统设置给定积分器。1.2 调速的方案选择1.2.1 直流电动机的选择根据设计要求，本次课程设计采用Z2-91型直流电动机。1.
10、2.2 电动机供电方案的选择三相全控桥式整流器电路采用共阴极接法的三相半波和共阳极接法的三相半波的串联组合，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，且每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器的利用率，且直流侧脉动较小，元件利用率较好，无直流磁化同时波形畸变较小，故选择三相全控桥式整流电路可用来给直流电机供电。1.2.3 系统的结构选择工业上，为了提高生产效率和加工质量，充分利用晶闸管元件及电动机的过载能力，要求实现理想启动，即要求在启动过程中，是启动电流一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩启动，转速迅速
11、以直线规律上升，以缩短启动时间；启动结束后，电流从最大值迅速下降为负载电流值且保持不变，转速维持给定转速不变。又因调速精度要求较高，故采用转速电流双闭环负反馈调速系统。启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流一直保持最大允许值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定器的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电动机的电枢电流以平衡负载电流。1.2.4 直流调速系统的总体结构框图 图1.1 直流调速系统的总体结构框图采用双闭环调速系统，可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用
12、最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电
13、流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。1.3 主电路的计算1.3.1 整流变压器的计算1.3.1.1整流变压器二次侧电压计算整流变压器二次侧电压计算公式：U2=（11.2） 查表知，三相全控桥式整流电压的计算系数KUV=2.34，电网电压波动系数b=0.900.95，查表知角，考虑10裕量，故cosmin=0.985,由电机参数可知UN=230V,代入公式计算出U2U2=(11.2)=110.9133.08V取U2=120V,变比K=1.831.3.1.2 一次、二次侧电流计算一次侧电流：= 考虑变压器自身的励磁电流时，应乘以1.05左右的系数，查表知，一次相电流计算系数KIL=0.816，由电机参数可知=209A,代入公式计算出=1.05*0.816*209/1.83=97.85A二次侧电流：I2=KIVIdN 查表知，二次相电流计算系数KIV=0.816，一般取整流器额定直流电流ID=IN，由电机参数知IN=209A,
