直流电机制系统设计.doc

直流电机控制系统设计 目 录 第1章 概 述………………………………………………………1.1 直流电机控制概述 ………………………………………1.2 控制对象参数 ……………………………………………1.3 控制要求 …………………………………………………1.4 设计任务 …………………………………………………第2章 系统方案选择 …………………………………………2.1 调速方案选择 ……………………………………………2.2 调速电路方案 ……………………………………………2.3 控制方案选择 ……………………………………………第3章 系统主电路设计 ………………………………………3.1主电路原理图及说明 ……………………………………3.2电路参数计算及选型………………………………………3.3 晶闸管元件的选择…………………………………………3.3.1晶闸管的额定电压UTN、额定电流ITN的计算………3.3.2晶闸管电压安全系数kV和电流安全系数kI检验……3.4 保护电路的元件选型………………………………………第4章 控制及驱动电路设计…………………………………4.1控制原理图及说明 ………………………………………4.2调节器的设计………………………………………………4.3设计触发电路………………………………………………第5章 系统参数计算 …………………………………………5.1 系统的退饱和超调量 …………………………………5.2 系统的过渡过程时间……………………………………5. 3 系统的相角稳定裕度……………………………………总 结…… …………………………………………………………第1章 概 述 1.1 直流电机控制概述 调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最普通的一种系统。目前，需要高性能可控电力拖动的领域多数都采用直流调速系统。直流电动机具有良好的起、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转的电力拖动领域中得到了广泛的应用。 1.2 控制对象参数 Z系列电机,型号:Z 355-4A PN =110kW, UN =220 V, IN =604 A, nN =503 r/min,效率η=79.7, λ＝2，最大转速nmax=1000r/min,励磁功率Pf=5.3kW,转动惯量J=13.2kg·m2 1.3 控制要求 工艺要求实现: 1)无级调速运行,且有较高的稳态控制精度调整范围D≥20; 2)无静差，≤10%; 3)有较好的动态性能; 4)有较好的抗干扰能力; 5)有完善的保护设计 1.4 设计任务 在满足生产机械工艺要求的前提下选择系统总体方案；确定系统方案的基础上，进行系统方案的实体设计，包括各种功能电路或部件的设计与选择、参数计算，系统各保护环节的设计。为确保系统的性能要求，还需要系统的动态工程设计，包括转速调节器和电流调节器结构和选择，系统动态性能指标的计算。 第2章 系统方案选择 2.1 调速方案选择 由直流电机转速公式可知，调节电动机的转速可以有三种方法： 1）调节电枢供电电压；2）减弱励磁磁通； 3）改变电枢回路电阻。 2.2 调速电路方案 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样。整流电路按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁心直流磁化；单相全控整流电路中为了增大电流平均值，必须增大电流峰值，这要求较多的降低反电动势，因此机械特性较软，为了克服这些缺点，需要主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间；单相全波可控整流电路中变压器的二次绕组带中民抽头，结构较复杂，电路中的2个晶闸管承受的最大电压是全控桥式整流电路的2倍；单相桥式半控整流电路在实际中需要加设续流二极管，以避免可能发生的失控现象。 三相半波可控整流电路虽然只用三只晶闸管，投资比三相桥式电路少，但主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，且每周期内只有1/3时间有电流，利用率低，为此其应用较少；然则三相桥式全控整流电路每个时刻需2个晶闸管导通，形成向负载供电的回路，6个晶闸管的脉冲相位VT1－VT2VT3－VT4－VT5－VT6600，由此该电路为6脉波整流电路。基于三相桥式全控整流电路不存在直流磁化现象，利用率高，并且电路的失控时间只是三相半波的一半，可提高系统响应的快速性，调速范围较大，输出的波形好，最大调节滞后时间短，适用功率范围较优大等优点，此次设计优先选用了这种调速电路方案。 2.3 控制方案选择 根据具体的工艺要求，确保产品质量的前提下，综