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1、10kW 直流电动机不可逆调速系统设计作者姓名：专业名称：电气工程及其自动化指导教师：摘要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调 速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖 动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角 度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调 速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多 种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因而调速系统 是最基本的拖动控制系统。本文重点研究了用电力电子所学知识，实现一台 220V，10KW， 1000r/min
2、的直流电动机不可逆调速控制技术。详细介绍了直流电动机 不可逆调速硬件电路部分，详细的阐述了控制系统硬件电路结构、工 作原理、电子元器件规格，型号的选取、系统保护设计、硬件抗干扰 设计等。关键词 ：直流电动机电力电子 双闭环调速AbstractDC motor with braking from a good performance, a broad range of easy to smooth speed control, which require high performance in the field of controlled electric drive has been a w
3、ide range of applications. DC Drag control system in theory and practice more mature, and the closed-loop feedback control from the point of view, it is dragging the exchange control system, therefore, should first master the DC system.Control of production machinery from the physical demands, the e
4、lectric drive speed control system of automatic control systems, position servo system, tension control system, multi-motor synchronous control system and so many types, and are often a variety of systems by controlling the speed to achieve, so speed control system is the most basic drag control sys
5、tem.This article focuses on the use of power electronic learning, the achievement of a 220V, 10KW, 1000r/min irreversibility of the DC motor speed control technology .Details of irreversible DC motor speed control circuit of the detailed circuit of the control system hardware structure, working prin
6、ciple, the specifications of electronic components, model selection, the design of system protection, anti-hardware design.DC Motor In this paper, structure, working principle, the basic equation, mechanical characteristics and speed control methods, do not constitute reversible speed control system
7、 and control system software design part done a brief introductionKeywords:DC Motor, Speed Control, Power Electronics目录摘要IAbstract II目录 III绪论 11 系统方案的选择 21.1 直流电动机概述 21.2 整流电路简介 21.3 电动机供电方案的选择 31.4 触发电路的选择 31.5 反馈方式的选择 42 主电路计算 62.1 整流变压器计算 72.2 晶闸管元件的选择 82.3 晶闸管保护环节的计算 82.4 电抗器的参数计算 102.5 励磁电路元件的选
8、择 103 触发电路的选择 124 反馈电路参数选择与计算 154.1 测速发电机的选择 154.2 电流截止反馈环节的选择 164.3 调速静态精度的计算 164.4 给定环节的选择 184.5 控制电路的直流电源 195 调试及电路参数修改 205.1 接线和布线检查 215.2 相序检查 215.3 检查同步电压与主电压的相位关系 215.4 放大器的检查 225.5 触发电路的调整 225.6 电阻性负载调试 225.7 电动机负载调试 23结论 25致谢 26参考文献 27附件 电气原理总图 28绪论近年来，随着电子技术的发展及其应用技术的进步，单片微型机 的高速发展。外围电路元件专
9、用集成器件的不断出现，使得直流电动 机控制技术有了显著进步。直流电机的控制与调速技术的发展是与控 制器件的发展紧密相连的。数字技术的飞速发展，将计算机与直流电 机的控制系统相结合，使得直流电机被广泛的应用在各种领域。电机是进行电能与机械能交换的机器。在工业、农业、运输和国 防上广泛应用它来拖动工作机械。较先进的工作机械和生产工艺普通 要求对电机的转速实行自动控制，直流电机一直以来，以其调速性能 为：起动转矩大，能获得宽范围的调速等优点。被广泛应用在要求调 速指标高的各种机械上。正是基于对小功率直流电机调速系统的优越性的认识，本设计即 运用小功率直流电动机调速系统。直流电动机具有良好的起制动性能
10、,能大范围内平滑调速,因而在可 控的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流调速系统现已具有较完 整的理论和较成熟的实践。这种调速方式正是适应了自动调速系统向 微型化、集成化和电机控制装置一体化的发展方向，具有较高的实际 应用价值。论文概括：调速系统方案选择主电路选择与计算控制电路选择与计算调速系统静态精度计算绘制电气系统原理图及部件图调试、修改电气参数1 系统方案的选择1.1 直流电动机概述直流电动机是由直流电源供电，将直流电能转换为机械能，从而 拖动生产机械完成生产任务。它有良好的启动性能和调速特性，因此 在启动、调速性能要求高的场合，如电车、轧钢机等常常选用直流 电动机拖动。按励磁方式可分为
11、自励、他励和永磁三类。其特点是:（一）调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件 下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载 条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。（二）起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是 在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、 卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。1.2 整流电路简介整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。 大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它 在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得 到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器
12、组成。 20 世纪 70 年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波 器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成 分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流 输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间 的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路 和全控整流电路。后两种电路按其控制方式又可分为相控整流电 路和斩波整流电路。相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作可靠，得到广泛应用。但相控整流电路在控制用 a较大时，功率因数较低，网侧电流谐 波含量较大。因而
13、在大功率调速传动中，低速运行时，采用斩控 整流电路可解决功率因数变坏的问题。单相可控整流电路的交流侧接单相电源，当整流负载容量较 大，或者要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。1.3 电动机供电方案的选择由于电机的容量较大,又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式 整流电路供电方案.。电动机额定电压为220V,为保证供电质量，应采用三相减压变压 器将电源电压降低。为避免三次谐波电流对电源的干扰，主电压器采 用 D/Y 联结。因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。采用电流截 止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电 源。为使线路简单，工作可靠，装置体积小，宜选用
14、KJ004 组成的六 脉冲集成触发电路。该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒定。励磁绕组采用三 相不控桥式整流电路供电，电源可从主变压器二次侧引入。为保证先 加励磁后加电枢电压，主接触器点应在励磁绕组通电后方可闭合，同 时设有弱磁保护环节。1.4 触发电路的选择晶闸管触发电路的形式很多，常用的有阻容移相桥触发电路、单 结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利用小晶闸管触发大晶闸 管的触发电路，等等。单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个 PN 结和三个电极构成 的半导体器件。单结晶体管组成的触发脉冲产生电路在今天大家制作的调压器中 已经具体应用了。为了实现整流电路输出电压“可控”，必须使晶闸管
15、承受正向电 压的每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这 种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。本设计所选用的直流电动机容量较小，通过晶闸管的电流不会超 过 50A ，故可采用电路简单，成本低的单结晶体管触发电路。为实现 自动控制，且要同时触发两只阴极不接在一起的晶闸管，可采用由晶 体管代替可变电阻的单结晶体管触发电路，用具有两个二次绕组的脉 冲变压器输出的脉冲。1.5反馈方式的选择晶闸管直流调速系统的静态指标是指系统的调速范围 D 和静差率 S。由于各类生产机械的工艺要求不同，对系统提出的静态技术指标也 往往有所不同。其中：调速系统的调速范围 D 和静差率 S 及静态转速 降落是相互关联的。对直流调速系统来说， D、S 是提出的静态指标要 求，系统方案必须予以满足。晶闸管调速系统的动态指标是指系统在稳定的前提下对阶跃给定 信号的跟随性能指标和在扰动信号作用下的抗扰性能指标。在调速系 统中负载扰动和电网电压扰动是最常见的扰动量，其中以负载扰动为 主。次要扰动以负反馈闭环加以抑制。转速降/n和静差率S只能反 映系统空载和满载两种稳态下的差别，并不能反映负载变化对系统动 态过程的影响，只有用系统的抗扰性能才能反映负载变化（即扰动） 对系统动态过程品质的影响。直流电动机全电压起动时，如果没有采取专门的限流措施，
