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单闭环直流调速系统-课程设计 PAGE 2 综合课程设计说明书 题目：单闭环直流调速系统的设计与Matlab仿 真（一） 学院：机电与汽车工程学院 专业班级：电气工程与自动化专业（1）班 姓名： 学号： 指导教师： 第一章 概述 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被陈为调速系统。目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统也日趋广泛。单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。 单闭环直流电机调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、电动机-发动机、闭环控制系统等组成，我们可以通过改变晶闸管的控制角来调节转速，本文就单闭环直流调速系统的设计及仿真做以下介绍。 第二章 调速控制系统的性能指标 2.1 直流电动机工作原理 直流电机的构成 (1)定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置； (2)转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴； (3)气隙 直流电机的励磁方式 按励磁方式的不同，直流电机可分为他励、并励、串励和复励电动机四种。直流电动机中，在电磁转矩的作用下，电机拖动生产机械沿着与电磁转矩相同的生产方向旋转时，电机向负载输出机械功率。 2.2 电动机调速指标 稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳定运行，而且在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标就是调速系统的调速范围和静差率。 动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力。 调速范围：生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速Nmax与最低转速Nmin之比称为调速范围，用D表示。即 D= 静差率：调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增加到规定负载时，所对应的转速降落与理想转速n0 之比，用s表示，即 s=100%=100% 调速方向:指调速后转速比原来的高还是低，有上调和下调之分。 调速的平滑性：它由一定调速范围内能得到的转速级数来说明。调速可分为有级调速和无级调速。 2.3 直流电动机的调速 本文以他励直流电动机为例来说明直流电机的调速，他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，在励磁电压的作用下，励磁绕组中通过励磁电流，从而产生磁通。在电枢电压的作用下，电枢绕组中通过电枢电流。 他励直流电动机的转速公式： n== 式中U为他励电动机的电枢电压；I为电枢电流；E为电枢电动势；R为电枢回路的总电阻；n为电机的转速；为励磁磁通；为由电机结构决定的电动势系数。 他励电机的调速方式有三种：电枢回路串电阻的变电阻调速、改变电枢电压的变电压调速、减小气隙磁通量的弱磁调速。在实际应用中，我们通常采用变电压调速。 2.4 直流电机的机械特性 他励直流电动机中转速和转矩之间的关系为 n= 式中为电动机的理想空载转速，其值为 是机械特性的斜率，是转速差。他励直流电机的固有特性曲线如图所示： 第三章 单闭环直流电动机系统 3.1 Ｖ－Ｍ系统简介 　晶闸管－电动机调速系统（简称V-M系统），其简单原理图如下： 图中ＶＴ是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或者更多相，半波、全波、半控、全控等类型。 优点:通过调节触发装置ＧＴ的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。 缺点：１、由于晶闸管的单相导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。 元件对过电压、过电流以及过高的和都十分敏感，其中任意指标超过允许值都可能使元件在短时间内损坏，因此必须有保护装置和散热条件。 3.2 闭环调速系统的组成及静特性 转速反馈控制的闭环调速系统，其原理图如下： a、忽略各种非线性因素，假定各环节的输入输出都是 线性的。 b、假定只工作在系统开环机械特性的连续段