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1、 交直流调速系统课程设计说明书 双闭环直流调速系统 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 学 号： 指导教师： 专 业： 班 级： 完成时间： 目 录交直流调速系统课程设计指导书III一、课程设计大纲III二、 课程设计任务书IV摘要41 绪论62直流调速系统的方案确定72.1 系统技术数据及要求72.2 调速系统的方案选择72.2.1 主电路的选择82.2.2 触发电路的选择83主电路设计与计算93.1 主电路的设计93.2整流变压器的设计103.2.1变压器二次侧电压U2的计算103.2.2 一次、二次相电流I1、I2的计算103.2.3变压器容量的计算113.3晶闸管元件的选择1
2、13.3.1晶闸管的额定电压113.3.2晶闸管的额定电流113.4 主电路的保护设计与计算123.4.1 过电压保护123.4.2 过电流保护143.4.3 缺相与无励磁或弱磁保护153.5 平波电抗器的计算153.6 励磁电路元件的选择174 触发电路的设计184.1 触发电路的选择184.2 同步变压器设计194.3 控制电路的直流电源195 双闭环的动态设计和校验205.1电流调节器的设计和校验205.2转速调节器的设计和校验226 系统MATLAB仿真246.1 系统的建模与参数设置246.1.1 系统的建模246.1.2 模型参数设置256.2 系统仿真结果的输出及结果分析257
3、设计心得27参考文献27交直流调速系统课程设计指导书一、课程设计大纲适用专业：电气自动化、电气工程及其自动化 总学时：2周1.课程设计的目的课程设计室本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过度到实践的桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的： （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程设计方面的基本知识、基础理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。 （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，达
4、到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。 （3）通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。2. 课程设计的要求 （1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。 （2）要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。 （3）要求会查阅有关参考资料和手册等。 （4）要求学会选择有关元件和参数。 （5）要求学会绘制有关电气系统图和编制元件明细表。 （6）要求学会编写设计说明书。3
5、.课程设计的程序和内容 （1）学生分组、布置题目。首先将学生按学习成绩、工作能力和平时表现分成若干小组，每小组按优、中、差合理搭配，然后下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。 （2）熟悉题目、收集资料。设计开始，每个学生应按教师下达的具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。 （3）总体设计。正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图。 （4）主电路设计。按选定的系统方案，确定系统主电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主电路的元件计算和选择任务。 （5）控制电路设计。按规定的技术要求，确定系统闭环结构和调节器形式
6、，画出系统控制电路原理图，选定检测元件和反馈系数，计算调节器参数并选择相关元件。 （6）校核整个系统设计，编制元件明细表。 （7）绘制正规系统原理图，整理编写课程设计说明书。4.课程设计说明书的内容 （1）题目及技术要求； （2）系统方案和总体结构； （3）系统工作原理简介； （4）具体设计说明：包括主电路和控制电路等； （5）设计评述； （6）元件明细表； （7）系统原理图：A1或A2图纸一张。5.课程设计的成绩考核教师通过课程设计答辩、审阅课程设计说明书和学生平时课程设计的工作表现评定每个学生的课程设计成绩，一般可分为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，也可采用百分制相应记分。二、 课程设
7、计任务书为了便于教师组织课程设计，下面给出一个交直流调速系统课程设计参考课题，各校也可以根据实际情况自行选题。 （一）设计题目和设计要求1.题目名称：十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。机架序号电机型号Pn(kW)Un(V)In(A)nn(r/min)Ra()
8、P极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-514.223018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统
9、，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：2. 技术数据 （1）电枢回路总电阻取；总飞轮力矩。 （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,静差率；稳态无静差，电流超调量，电流脉动系数；启动到额定转速时的转速退饱和超调量。 （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）要求对拖动系统设计给定积分器。 （二）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）电动机供电方案选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控桥变流器供电方案）。 （3）系统
10、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”中有关主电路计算的章节） （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。交流侧过电压保护；阻容保护、压敏电阻保护计算；直流侧过电压保护；晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；过电流保护；交流侧快速熔断器的选择；与元件串联的快速熔断的选择；直流侧快速熔断器的选择。 （4）平波电抗器计算3.触发电路的选择与校验（可参考“电力电子技术”中有关触发电路的章
11、节）触发电路的种类较多，可直接选用，触发电路中元件参数可参照有关电路进行选用，一般不用重新计算。最后只需要根据主电路选用的晶闸管对脉冲输出级进行校验，只要输出脉冲功率满足要求即可。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、转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数计算（可参照本教材第一章有关内容）等。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，可参阅教材第二章中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关内容。 （三）系统的计算仿真对所设计的系统进行计算机仿真实验，即可用面向传递函数的MATLAB仿真方法，也可用面向电气系统报告原理结构
12、图的MATLAB仿真方法。 （四）设计提交的成果材料 （1）设计说明书一份，与任务书一并装订成册； （2）直流调速系统电气原理总图一份（用1号或2号图纸绘制）； （3）仿真模型和仿真结果清单。VI摘要本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的
13、输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真AbstractThis paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental results can be accurate visual observation of speed - current double closed-loop speed control system startup process can be designed to facilitate the regulation of the various parameters and control strategies and to analyze their multi-system performance and achieved good results. But how to handle the speed control and current c
