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1、课程设计任务书课程名称:运动控制系统课程设计题目:单闭环交流电机调压调速控制系统的设计设计公差和设计要求一. 设计容量:1. 总体系统方案确定：1.1通过双向晶闸管整流实现交流斩波调压，实现交流电机调速。1.2系统电路由主电路和控制电路组成： 主电路环节:交流调压电路和保护电路。 控制电路包括触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测 和故障保护电路。1.3主电路电力电子开关装置采用晶闸管。1.4系统有完善的保护。2. 主电路的设计与分析2.1设计主电路；2.2计算主电路参数，选择主电路元件；2.3设计主电路保护环节；3. 控制电路的设计与分析。3.1确定控制电路的总体结构，要求单闭环控制；3
2、.2设计调速电路；3.3设计触发电路4. 单闭环速度控制系统的调试或仿真4.1在实验室调试设计的单闭环DC速度控制系统； 4.2设计单闭环速度控制系统的仿真模型，确定所设计系统的 性能指标。二. 设计要求：1. 设计思路清晰，给出了总体设计框图；2. 电路设计，给出具体的设计电路；3. 对系统进行仿真时，应给出仿真波形并进行分析。4. 画出总电路图5. 写设计报告；主要设计条件1.根据主要设计参数1）输出电压:三相交流电，380V2）根据电机参数确定主电路的最大输出电压和电流;3）要求电机实现单向无级调速。4）电机型号电机类型 1:1:Y180M-230 kw 380v 57a 2940 r/
3、min电机类型 2:y200l-822 kw 380v 48a 740 r/min指令格式1课程设计封面;2任务书；3说明书目录；4. 系统确定；5. 主电路设计6. 控制电路设计（各单元电路图）;7. 实验、电路改进、仿真等。8总结和体会；9. 附录（完整的总电路图）；10. 参考文献；11. 课程设计评分表金岸派第一周的星期一:主题介绍和信息搜索; 周二:整体电路方案确定。周三:主电路设计 星期四:主电路元件的选择 周五:控制电路设计；第二周星期一:控制电路设计 周二周三：系统调试与仿真等。 周四至周五:撰写设计报告，打印相关图纸;周五下午:答辩和数据整理。考证1老板。运动控制系统。机械工
4、业，20062王兆安黄军。电力电子技术（第5版）。机械工业，20063祖润胡俊达。毕业设计指导。机械工业，19954兴平。电力电子技术和电力传动自动控制系统实验指南。学校，2009年5. 机械行业电力电子及电力传动控制系统的MATLAB仿真6. 王忠立MATLAB应用技术清华大学20077. 网络相关信息（根据需要在线查看）目录第 1 章 绪论 6第 2 章 系统同总体方案 7第 3 章 主电路设计 93.1 主电路原理 93.2 保护电路 10第 4 章 控制电路设计 114.1 调节器114.2 触发器12 第 5 章 调试和结果 13第 6 章 总结 1 四 附录:五 参考文献 1 六第
5、一章引言20 世纪 60 年代末，随着电力电子技术的发展，采用电力电子变换器的交 流传动系统得以实现，特别是随着大规模集成电路和计算机控制的出现，高性 能的交流调速系统应运而生。在现实生活中，交流调速系统应用广泛，交流调速系统的应用领域主要包 括三个方面:一方面是一般性能的节能调节；另一方面，高性能交流调速系统和 私人服务器系统；另一方面，超大容量、极高速度的交流调速。其中，交流电机具有结构简单的优点，但其动态数学模型具有非线性多变 量强耦合的特性。两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过控制晶闸管可以控制交流输 出。这种电路不能改变交流电的频率，称为交流电源控制电路。交流调压电路广泛用于照明
6、控制和异步电动机启动，也是异步电动机的调 速。在电力系统中，这种电路常用于无功率的连续调节。此外，在高压小电流 或低压大电流的DC电源中，常采用交流调压电路来调节变压器的初级电压。第二章系统与总体方案相同单闭环交流调压调速从这几句话可以知道:既然有单闭环电路，那么就必须 用双闭环。单闭环电路是一种结构简单、实用性强、能有效调节电压的电路。 双闭环电路是一种结构复杂的电路，但能有效精细地调节电压。在这个课程设 计中，你只需要一个简单的电路。你不需要精确地调整电压。你可能需要调整 电压。毕竟你需要了解电路。交流调压，有晶闸管调压和斩波调压两种调压方式；晶闸管的调压是通过 改变触发角来改变其有效值；
7、斩波调压是通过改变宽度来改变其有效值。在本 次设计中，我采用晶闸管调压，因为晶闸管调压更简单，思路更清晰。晶闸管 调压比斩波调压更熟悉，更容易理解。图 2-1 闭环交流调压调速系统示意图单闭环交流调压调速是一种单相单闭环交流调压调速电路。首先，它将给定的电压与反馈的电压信号进行比较，然后传递调节器装置的输出电压。控制 单相交流调压触发器的启动角度，控制其有效电压，直接控制电机的转速，通 过将转速的电压信号转换到比较器来调整电压是否满足要求。比如给定一个电 压，但电机转速较慢，反馈电压信号小于给定的电压信号，于是调节调节器， 使调节器的输出电压变小，单相交流调压触发器的有效值变大，从而使电机转
8、速变快，反馈电压信号符合实际要求。反之，给定一个电压，电机转速快，反 馈电压信号大于给定信号。因为调节器的输出电压变大，触发器的有效电压变 大。如上图2-1 所示。第三章主电路设计3.1 主电路原理过去交流调压采用自耦变压器或带 DC 磁化绕组的饱和电抗器，现在已被晶闸管交流调压所取代。交流调压器一般在三相电路中使用三对反向并联的晶闸管或三个串联的双向晶闸管。如图 3-1 所示:H2T4玄塚Qi丹M3TVCVT5VT3VT1.:I . -_ _VT6图 3-1 主电路示意图3.2 保护电路在交流电机运行期间，如果电路中的任何一相被切断，其他两相的电流将 急剧增加。如果交流电机不及时停止运行，继
9、续缺相运行，交流电机绕组温度 会在短时间内急剧上升，直至相间击穿，烧坏电机。交流电机断相保护是指在交流电机断相时，接触器 C 能及时释放，从而快 速切断交流电机的电源，避免烧坏交流电机。电动机交流断相保护原理如图3-2所示：中间继电器1C和2C分别串联在交 流接触器触头C1、下A相和B相之间、B相和C相之间，中间继电器1C和2C的常开触头1C1和2C1串联在控制电路中交流接触器C的自保电路上。三相电动机断相保护过程如下：合上隔离开关GK,控制变压器B运行，按 下启动按钮QA,交流接触器的线圈C通电，接触器触点C1接入主回路，电动 机电动运行。同时，接触器触点 C2 接通，中间继电器 1C、2C
10、 电啮合，触点 1C1、2C1 接通，交流接触器 C 自我保护，维持三相电机正常运行。当三相电机 停止工作时，按下停止按钮TA,交流接触器C失电释放，交流接触器触头C1 打开，三相电机失电停止工作。交流接触器触点 C1 断开，断电后中间继电器 1C和2C释放，触点1C1和2C1断开。三相电机工作时，如果A相或C相异相，中间继电器1C或2C将无电释放; 如果B相异相，中间继电器1C和2C将同时断电释放。触点1C1、2C1将断开交 流接触器C的自保电路，交流接触器C无电释放，三相电机无电停止工作。因 此，无论三相电源的任何一相断电，三相电机都能立即断电停止工作，从而实 现三相电机的断相保护功能。第
11、四章控制电路的设计4.1 调节器调节器的作用是对给定和反馈输入变量进行加减运算，使其输出按一个规 律变化。调节器由运算放大器、输入和反馈环节以及二极管限幅环节组成。原 理如图4-1 所示。图 4-1 调节器示意图二极管 VD1 和 VD2 限制运算放大器的输入，以保护运算放大器。二极管 VD3 和 VD4、RP1 和 RP2 形成一个具有可调正负幅度限制的幅度电路。由 C1 和 R3组成的差分反馈校正环节有助于抑制冲击，减少超调量。R7和C5形成速度 链路的串联校正链路。改变 R7 的阻值改变系统的放大倍数，改变 C5 的电容改 变系统的响应时间，RP3是调零电位器。4.2 触发器单闭环交流调
12、压调速电路的控制电路为单相交流调压触发电路，其主芯片为KC05集成。KC05集成晶闸管移相触发器适用于触发双向晶闸管组成的交流调压电路。它具有锯齿线性度好、移相宽度宽、控制方式简单、易于集中控制、异相保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发器。如图 4-2 所示:同步电压从KCO5的管脚15和管脚16输入，在TP2点观察到锯齿波。锯齿 波的斜率由RP1、R1和C1的值决定，锯齿波的斜率由引脚5的外部电位计RP1 调整。与 6 引脚引入的相移控制电压相比，锯齿波被放大，相移控制电压由 R3 和C2的值决定。Rp电位器调节相移角度，触发脉冲通过脉冲变换从9号引脚 输出。第5 章调试和结果进入实
13、验室，在测试台上提供你需要的元器件和芯片，根据你的原理图连 接电路。物理线接好后，开始运行，打开电源，发现芯片上的指示灯不亮，说 明芯片没有上电或者芯片坏了，或者其他地方有问题。我试着用万用表测量芯 片的电源端，发现没有电压显示。电线出故障后我就觉得这个实验有问题。我 检查了电线，电线断了，我换了一根。这个芯片指示灯亮着。电路测试后，一 切正常，主电源接通，交流电机运行正常；我先给它一个给定的电压，调节调 节器。交流电机的速度是否改变？结果电机变了。将示波器连接到负载和晶闸管上，调节单交流调压调速触发器上的 RP2 观察负载和晶闸管上电压波形的变化。实际上，在单相交流调压调速触发器上 调节RP
14、2，就是调节触发角来改变有效电压。获得的实验数据见表5-1:触发角a和电压uO关系（表5-1）角度a0306090120150百八U0电压72.372.068.367.552.323.40由于角度不同，电压波形和电压有效值也不同。从上表可以看出，a越大,U0越小，直到a=1800时U0=0。随着a的增加，负载电压降低。第六章总结通过这次课程设计，我对运动控制系统有了进一步的了解，也知道了如何 通过改变电压来改变电机转速的原理。也希望以后能有更多的机会学习。虽然 在课程设计中遇到了很多问题，但都是在老师的指导下解决的。借助这次课程设计，我还复习了电力电子技术和运动控制系统的相关知识 巩固了之前所
15、学的知识。在设计过程中，电路原理分析没有问题，但调试结果 不尽如人意。经过讨论和检验，得出最终结果。我个人觉得最重要的是过程， 结果没那么重要。这个课程设计能学到什么才是最重要的。在这里感受到了老师们的指导和帮助！附录:Ulc1脱EC Jpjilieifile Edit 0呼 Simdatiai Format Tools HelpLirthucu=SI 血 Isfind 勺A1牝if评/1r总电路图参考1. 老板。运动控制系统。机械工业，20062. 王兆安黄军。电力电子技术（第 5版）。机械工业，20063. 祖润胡俊达。毕业设计指导。机械工业，19954. 兴平。电力电子技术和电力传动自动控制系统实验指南。学校，2009年5.
