电力拖动自动控制系统课程设计

《电力拖动自动控制》

课程设计报告

专 业： 自 动 化 班 级： 一 学号：20090220105 学生姓名： 丁大磊 时 间：12年12月31日～13年1月8日

―――――――以下指导教师填写――――― 分项成绩：出勤 设计报告 总成绩： 指导教师：

一、 序言

（a）设计的目的和意义：

电力拖动自动控制系统课程设计与综合实验是工业电气自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：

1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。 2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性的分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。加强基本技能训练。

3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。

4、培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。为下学期毕业设计作准备。

5、通过设计熟练地查阅有关资料和手册。 （b）设计的要求

要求设计一个直流双闭环调速系统。其主要内容为： 1、测定综合实验中所用控制对象的参数（由实验完成）。

2、根据给定指标设计电流调节器和转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。

3、按设计结果组成系统，以满足给定指标。 4、研究参数变化对系统性能的影响。 5、在时间允许的情况下进行调试。

（c）设计对象及有关数据

直流电机：185W，220V，1.2A，1600转/分。

直流测速机：10W，10V，0.2A，1900转/分.

1、闭环系统调节器设计

利用综合实验测得的对象数据，按下述要求设计转速、电流双闭环直流调速系统的调节器和反馈参数。做出系统的伯德图和动态框图。

设计要求如下：

a.调速范围D＝5～10，静差率S≤5％。

b.空载启动时电流超调σi≤5%,转速超调σn≤10%(在额定转速时)。 c.动态速降小于10％。 d.振荡次数小于2次。

2、晶闸管－电动机系统主电路设计

a.晶闸管整流电路方案的讨论和选择。

b.整流变压器额定容量、一次侧和二次测电压、电流的选择。 c.晶闸管的选择及晶闸管保护电路的选择。 d.平波电抗器的计算与选择。 e.触发电路的选择。

f. 测速发电机的选择及有关元件的选择与计算。 g. 绘制晶闸管调速系统主电路原理图和设备明细表。

二、 结构方案的选择

（1）选择变压调速

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。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只能配合调压方案，在基速（即电动机额定转速）以上作小范围的升速。因此，自动控制的直流调速系统

往往以变压调速为主。 （2）选择双闭环调速系统

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。如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，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。

在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流Idcr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速工程必然拖长。

综上所诉，选择双闭环调速系统能得到较好系统性能，以满足要求。

三、主回路的选择

（1）主回路形式的选择与论证（选择三相桥式整流电路）

1.三相桥式整流脉波数为6，而且所用器件数相对较少。脉波数越大，脉动电流越小，产生的谐波分量也小。脉动电流产生的脉动转矩，对生产机械不利，脉动电流造成较大的谐波分量，流入电源后对电网不利，同时也增加点击发热。

2．失控时间与脉波数有关，Ts=错误！未找到引用源。，即脉波数越多，平均失控时间越小。

3.整流电压平均值较大，Ud0=2.34U2cosα，所得到的触发整流环节的系数也相对较大。综合考虑，三相桥式整流电路比较适合。

（2）整流变压器的额定容量、一次侧和二次侧电压、电流的选择与计算。交流电源的选择（单相或三相）。

交流电源选择三相电路，一次侧相电压为U1=220V为了得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。

在进行变压器计算之前，应该确定负载要求的直流电压和电流，确定变流设备的主电路接线形式和电网电压。先选择其次级电压有效值U2，U2数值的选择不可过高和过低，如果U2过高会使得设备运行中为保证输出电流电压符合要求而导致控制角过大，使功率因数变小。如果U2过低又会在运行中出现当α=αmin时仍然得不到负载要求的直流电压的现象。通常次级电压，初级和次级电流根据设备的容量，主接线结构和工作方式来定。由于有些主接线形式次级电流中含有直流成分，有的又不存在，所以变压器容量的计算要根据具体情况来定。

影响U2值的因素有：

① U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流Ud。

② 晶闸管并非理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用UT表示。 ③ 变压器漏抗的存在会产生换相压降。

④ 平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。 ⑤ 电枢电阻的压降。

当整流电路采用三相全控式整流时，并采用以转速反馈为主反馈的调速系统时且整流变压器二次侧采用Y型联结，一般情况下U2与UN有以下关系：

不可逆系统：错误！未找到引用源。U2=（0.95~1.0）UN 可逆系统：错误！未找到引用源。U2=（1.05~1.1）UN

错误！未找到引用源。U2=（0.95~1.0）UN=（0.95~1.0）错误！未找到引用源。220=（209~220）V

U2=（120.67~127.02）V 取U2=125V

次级电流I2=K12·Id，K12为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之

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