晶闸管—直流电动机调速系统教学文稿
晶闸管-直流电动机单闭环调速系统
题目：晶闸管-直流电动机单闭环调速系统第一章绪论直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，已满足工作机械的要求。
从机械特性上看就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和负载机械特性的的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。
运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。
直流调速系统的控制方式包括，开环控制-按给定值操纵，开环控制—按干扰补偿，闭环控制系统—按偏差调节，复合控制系统。
本文着重对晶闸管电动机调速系统的开环工作机械特性，单闭环有静差和无静差工作的系统静特性，双闭环机械特性和该系统闭环控制特性进行试验研究。
并应用MATLAB软件对系统模型进行了仿真研究。
关键词：直流电机调速；开环；单闭环；双闭环；MATLAB仿真第二章晶闸管直流调速系统开环特性2.1 直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。
这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。
（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量σ，超调时间t s和震荡次数N三个指标来衡量，图2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。
最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。
不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。
一般调速系统σ可允许10%~35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%~5%，；而在张力控制的卷曲机系统（造纸机），则不允许有超调量。
调整时间t s反映了系统的快速性。
例如，连轧机t s为0.2s~0.5s，造纸机为0.3s。
振荡次数也反映了系统的稳定性。
例如，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨与轧机则允许振荡1次，而造纸机不允许有振荡。
图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。
晶闸管直流电机调速原理
晶闸管直流电机调速原理一、引言在现代工业中，电动机的调速控制是非常重要的。
直流电机作为一种常见的电机类型，其调速原理种类繁多，其中一种常用的调速方式就是利用晶闸管进行电压调节。
本文将深入探讨晶闸管直流电机调速原理。
二、直流电机的调速方式直流电机的调速方式主要分为电压调速和电流调速两种。
电压调速是通过改变供电电压的大小来调节电机的转速，而电流调速则是通过改变供电电流的大小来实现调速。
三、晶闸管控制技术晶闸管作为一种常用的功率电子器件，具有可控性强、耐压能力高等特点，因此广泛应用于电机调速控制系统中。
晶闸管的控制方式一般分为两种：全控制和半控制。
3.1 全控制全控制是指通过晶闸管来控制电机的整个周期。
具体而言，通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以改变电机的电流和转速。
3.2 半控制半控制是指通过晶闸管来控制电机的一部分周期。
在半控制方式下，通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以改变电机的平均电压，从而实现调速。
四、晶闸管直流电机调速原理晶闸管直流电机调速原理主要基于半控制技术。
通过控制晶闸管的导通角度和关断角度，可以改变电机的电压，从而实现调速。
4.1 电路结构晶闸管直流电机调速电路一般由如下几部分组成：1.电源：为电机提供供电电压。
2.电流检测电路：用于检测电机的电流大小。
3.晶闸管控制电路：用于控制晶闸管的导通角度和关断角度。
4.保护电路：用于保护电机和晶闸管免受过电流、过压等故障的损害。
4.2 工作原理晶闸管直流电机调速的工作原理如下：1.当晶闸管导通时，电流从电源经过晶闸管和电机流过去。
2.当晶闸管关断时，电机的电流被切断。
3.通过控制晶闸管的导通角度和关断角度，可以改变电机的平均电压，从而实现调速。
4.3 调速方式晶闸管直流电机调速方式一般分为以下几种：1.脉宽调制（PWM）：通过调节晶闸管的导通时间和关断时间来改变电机的平均电压。
2.频率调制（FM）：通过调节晶闸管的导通角度和关断角度来改变电机的平均电压。
(完整版)晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计
目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1。
2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 (1)1。
3 课题设计要求 (1)1.4 课题主要内容 (2)2 主电路设计 (3)2.1 总体设计思路 (3)2.2 系统结构框图 (3)2。
3 系统工作原理 (4)2。
4 对触发脉冲的要求 (5)3 主电路元件选择 (6)3.1 晶闸管的选型 (6)4 整流变压器额定参数计算 (7)4。
1 二次相电压U2 (7)4.2 一次与二次额定电流及容量计算 (8)5 触发电路的设计 (10)6 保护电路的设计 (12)6.1 过电压的产生及过电压保护 (13)6。
2 过电流保护 (13)7 缓冲电路的设计 (14)8 总结 (17)1 绪论1.1 课题背景当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用，直流调速系统是自动控制系统的主要形式.由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统（简称KZ—D系统）和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
可控硅虽然有许多优点,但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。
为了使器件能够可靠地长期运行,必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施.为此，在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护;在直流负载侧并联电阻和电容构成直流侧过电压保护;在可控硅两端并联电阻和电容构成可控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过流保护作用。
随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛.由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%~40％，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节.1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。
晶闸管—直流电动机调速仿真论文
第一章 晶闸管—直流电动机调速系统概况1.1晶闸管—直流电动机调速方法为了使生产机械以最合理的速度工作，从而提高生产率和保证产品具有较高的质量，许多的生产机械（如各种机床，轧钢机、造纸机、纺织机械等）要求在不同的情况下以不同的速度工作。
采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种人为地改变电动机的转速通常称为调速。
调速可用机械方法、电气方法或机械电气配合的方法。
在用机械方法调速的设备上，速度调节是用改变传动机构的速比来实现，但是改变传动机构较复杂；用电气方法调速，电动机在一定负载情况下可获得多种转速，电动机可与工作机构同轴，或其间只用一套变速机构，机械上较简单，但电气上可能较复杂；在机械电气配合的调速设备上，用电动机获得几种转速，配合用几套（一般用三套左右）机械变速机构来调速。
究竟采用何种方案，如何与机械电气配合，需要全面考虑。
由直流电动机的机械方程式：φe aC U n ≈（1-1）n —电动机的转速；a U —电枢端电压；φ—励磁磁通；e C —电动势常数。
由式（1-1）可得，主要通过改变电枢端电压a U 或改变励磁磁通φ来改变电动机的转速。
提高电动机电枢端电压受到绕组绝缘耐压的限制，根据规定，只允许比额定电压提高30%，因此提高a U 的可能范围不大。
实际上改变a U 常应用在减压时，从额定转速向下调速。
而改变励磁磁通，由于一般电动机的额定磁通的铁心接近饱和，所以改变φ一般在减弱的方向，称为弱磁调速，使转速从额定值向上调节。
在调速的范围要求较宽等情况下，可结合应用上述两种方法，即在额定转速以下减压，而在额定转速以上弱磁。
1.1.1 降低电枢端电压调速1.降低电源电压调速电动机的工作电压不允许超过额定电压，只能在额定电压以下进行调节。
降低电源电压调速的原理及调速过程如图3-1说明，U1＞U2＞U3。
Tn 1n 2nU1U2U3abcn 0U1 ＞U2 ＞U3TzT1图1-1降低电枢电压调速设电动机拖动恒转矩负载z T 在固有特性上a 点运行，其转速为1n 。
晶闸管直流电动机调速系统设计_毕业设计
晶闸管直流电动机调速系统设计目录1设计概述 (1)1.1 设计意义及要求 (1)1.2 方案分析 (1)1.2.1 可逆调速方案 (1)1.2.2 控制方案的选择 (2)2主电路的设计与分析 (3)2.1 整流电路 (3)2.2 斩波调速电路 (4)3控制电路的设计与分析 (6)3.1 触发电路的设计与分析 (6)3.2脉宽调制（PWM）控制的设计与分析 (6)3.2.1 欠压锁定功能 (7)3.2.2系统的故障关闭功能 (7)3.2.3软起动功能 (7)3.2.4 波形的产生及控制方式分析 (8)3.3 延时、驱动电路的设计 (8)3.4 ASR和ACR调节器设计 (9)3.4.1 ASR（速度调节器） (9)3.4.2 ACR（电流调节器） (10)结束语 (1)参考文献 (2)附录 (3)晶闸管直流电动机调速系统设计1设计概述1.1 设计意义及要求有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。
改变电枢电压的极性，或改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。
当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统1.2 方案分析1.2.1 可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。
电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。
电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。
电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。
晶闸管整流直流电动机调速系统
晶闸管整流直流电动机调速系统设计概述：许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
本此设计主要：就是针对直流调速装置，利用晶闸管相控整流技术，结合集成触发器芯片和调节器，组成晶闸管相控整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。
同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。
关键词：双闭环直流调速晶闸管相控1 设计意义及要求1.1 设计意义电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电半导器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制装置。
通过此次课程设计要求学会电力电子装置的设计，能够利用相控整流装置对直流电动机进行调速系统的设计。
1.2 设计要求本次课程设计的题目是晶闸管相控整流直流电动机调速系统设计。
已知直流电动机参数：=3KW ，=220V ，=17.5A，=1500。
N P N U N I N n min r 要求采用集成触发器及调节器构成转速电流闭环的直流调速系统。
设计绘制该系统的原理图，并计算晶闸管的额定电压和额定电流。
2 系统电路设计根据设计的要求，可将设计分为两大部分，一是主电路及系统原理图，二是控制电路，系统原理图部分我们采用的是三相全控整流装置，在这里我们使用三个TCA785芯片以便满足设计的要求，同时要加入转速电流双闭环系统，更好的实现调速的要求，达到稳定的速度效果。
电路原理总图见附录。
2.1 系统主电路晶闸管相控整流电路有单相、三相、全控、半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路，如图1所示。
在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压及滤波，晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲；快速熔断器直接与晶闸管串联，对晶闸管起过流保护作用。
第2章1直流电动机调速方法讲课教案
常用的可控直流电源有以下三种
旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，以获得可调的直流电压。
静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器，以获得可调的直流电压。
直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产 生可变的平均电压。
i
O
用晶闸管 VT1 和VT4 中仍流过
VT 2,3
O i
电流id，并不关断
2
O u
VT 1,4
至ωt=π+a 时刻，给VT2和VT3 O
加触发脉 冲 ，因VT2 和 VT3本
已承受正电压，故两管导通
wt
I
d
I
d
I
d
I
d
wt Id
wt
wt wt wt
wt
b)
图2-8 单相半控桥带 阻感负载时的电路及波形 21
制电压 Uc 来移动触发脉冲
的相位，即可改变整流电压
Ud ，从而实现平滑调速。
图2-8a 单相全控桥电路
20
晶闸管整流电路原理
➢ 为便于讨论，假设电路已工作
于稳态，id的平均值不变。
2
O
➢ 假设负载电感很大，负载电流 u
d
id连续且波形近似为一水平线
O
i
d
u2过零变负时，由于电感的作
iO
VT 1,4
n0
调节过程：
增加电阻 Ra R R n ，n0不变；
调速特性：
转速下降，机械特性 O 曲线斜率变大，特性
变软。
UR n I
Ke Ke
nN
n1
Ra
n2 n3
晶闸管直流调速系统
电力电子课程设计书——晶闸管直流调速系统设计******班级：机电二班学号：***********指导教师：***2012-7-3一、设计意义及目的通过课程设计是学生对本课程所学内容加深理解另一方面让学生熟悉工程设计的过程、规范和方法能正确查阅技术资料、技术手册和标准培养学生工程设计能力。
二、设计技术数据及要求1. 直流电动机额定数据2. 主电路中晶闸管要有过电压、过电流及抑制其正向电压上升率、正向电流上升率的保护电路。
3.选择合适的晶闸管触发电路。
三、设计内容1.系统调速方案的确定。
2.主电路的选择与计算a.整流变压器次级电压的计算整流变压器次级电流及变压器容量的计算b.电枢整流桥路中晶闸管额定电压和额定电流的计算,以及晶闸管型号的确定。
C. 电枢电感M L的计算整流变压器漏电感BL的计算。
3.主电路中各种保护电路的选用及元件参数计算。
摘要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向的电力拖动领域中得到应用。
晶闸管问世后生产出成套的晶闸管整流装置组成晶闸管—电动机调速系统简称V-M系统和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
本文首先明确了设计的任务和要求在了解了转速电流双闭环直流调速系统的调速原理后依次对晶闸管相控整流调速系统的主电路保护电路检测电路和触发电路进行了设计并且计算了相关参数。
最后给出了这次设计的心得体会参考文献和系统的电气总图。
目录设计任务及要求摘要第一章晶闸管直流调速系统概述第一节直流调速系统的组成第二节双闭环直流调速系统的静特性第二章系统主电路原理分析第一节晶闸管直流电动机调速系统原理第二节总体方案第三节三相桥式全控整流电路第三章系统参数计第一节整流变压器参数计算第二节晶闸管参数计算第三节其他参数计算第四章保护电路第一节过电压保护第二节过电流保护第五章系统控制电路设计第一节信号检测电路设计第二节系统调节器第三节触发电路心得第一章晶闸管直流电动机调速系统概述直流调速系统通过调节控制电压Uc就可改变电动机的转速。
探索晶闸管在直流电动机调速方法
探索晶闸管在直流电动机调速方法摘要：近年来，由于晶闸管自身的优点，晶闸管被广泛的应用于各个领域。
晶闸管还可以运用于电动机的调速，本文详细介绍了晶闸管的调速原理及其在直流电动机中的应用，总结了调速关键注意事项，为晶闸管更好的应用于直流电动机提供了原理依据和实践指导，以便以后具有借鉴意义。
关键词：晶闸管、直流电动机、调速1、引言晶体闸流管简称晶闸管，又叫做可控硅整流元件（scr），是一种由三个pn结构成的大功率半导体器件，在七十年代出现，晶闸管的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。
晶闸管具有硅整流器件的特性，能够在高电压、大电流条件下工作，并且工作过程可以被控制，由于这些特点晶闸管被广泛的应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
目前，在实际产品的电路中，晶闸管元件已经被广泛的应用到了调温、调光、自动控制系统等领域。
晶闸管的优点是体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大，正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏。
晶闸管不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性，它只存在导通和关断两种工作状态。
(1)晶闸管在导通状态，如果阳极电位高于阴极电位，且阳极电流大于维持电流，即使除去门极、阴极之间电压，仍然维持导通状态；如果阳极电位低于阴极电位或阳极电流小于维持电流，则由导通状态转为关断状态。
(2)晶闸管在关断状态，如果阳极电位高于阴极电位，且门极、阴极之间有足够的正向电压，则由关断状态转为导通状态。
晶闸管的缺点是静态及动态的过载能力较差，容易受干扰而导致误通电。
2、晶闸管的调速原理2.1 晶闸管调速原理图(图1)2.2 晶闸管调速原理分析晶闸管调速是用改变晶闸管导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，实现调速的目的。
在晶闸管承受正向阳极电压时间内，改变正向控制电压的输出时间，使正向控制电压相位角发生变化，晶闸管的导通角就随之产生相应的变化，负载上也将得到相应的输入电压，实现电动机速度的改变。
晶闸管-直流电动机调速系统计算与仿真自动控制课程设计报告
目录目录.................................................................................................................................................错误!未定义书签。
（一）绪论...................................................................................................................................错误!未定义书签。
1.1 设计目的 ..................................................................................................................错误!未定义书签。
1.2 直流调速系统概述............................................................................................................................. - 1 -1.3 MATLAB系统简介 ........................................................................................................................... - 1 -1.2 晶闸管-电动机直流调速系统简介 ................................................................................................... - 1 -（二）直流电动机开环调速系统仿真 .........................................................................................错误!未定义书签。
晶闸管—直流电动机调速系论文
目录1 晶闸管—直流电动机调速系统简介 (1)1.1晶闸管整流器输出电流连续 (1)1.2晶闸管整流器输出电流连续 (2)2 V-M系统的动态特性 (5)2.1晶闸管触发和整流装置的传递函数 (5)2.2V-W系统的动态结构 (7)3V-W系统动态特性分析 (9)4总结 (10)参考文献 (11)1 晶闸管—直流电动机调速系统简介采用晶闸管可控整流电路给直流电动机供电，通过移相触发，改变直流电动机电枢电压，实现直流电动机的速度调节。
这种晶闸管—直流电动机调速系统是电力驱动中的一种重要方式，更是可控整流电路的主要用途之一。
直流电动机是一种反电势负载，晶闸管整流电路对反电势负载供电时，电流容易出现断续现象。
如果调速系统开环运行，电流断续时机械特性将很软，无法负载；如果闭环控制，断流时会使控制系统参数失调，电机发生振荡。
为此，常在直流电机电枢回路内串接平波电抗器d L ，以使电流d I 尽可能连续。
这样，晶闸管—直流电动机调速系统的运行分析及机械特性，必须按电流连续与否分别讨论。
如图1所示为由可控整流装置供电的他励直流电动机调速系统一般结构。
如果电源电压能满足可控整流装置提供给电动机额定电枢电压，那么整流器可直接链接与交流电源，否则就必须设置一个合适变比的整流变压器插在电源和整流器之间，滤波电抗用于减小电机电流的纹波改善电动机的运行特性，电机励磁电流通常由变压器和不控制整流器从同一交流电源供电，如果磁场也需要调节，只需要可控整流器给磁场供电。
1.1 晶闸管整流器输出电流连续如果平波电抗器d L 电感量足够大，晶闸管整流器输出电流连续，此时晶闸管—直流电动机系统可按直流等值电路来分析，如图2-所示。
图中，左半部代表电流连续时晶闸管整流器的等效电路，右半部为直流电动机的等效电路。
由于电流连续，晶闸管整流器可等效为一个直流电源d U 与内阻的串联，d U 为输出整流电压平均值式中，U 为电源相压有效值，α为移相触发图 1 可控整流装置供电的他励直流电动机调速系统角。
直流调速自动控制系统详解演示文稿
晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联接，二次
线电压U21=230V，电压放大系数Ks=44；V-M系统电枢回路总电阻R=1.0Ω； 测速发电机：永磁式，额定数据为23.1KW，110V，0.21A，1900r/min；
机械特性硬度一样,S是否一样??
第二十四页，共107页。
3. 静差率与机械特性硬度的区别
对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差 率越大，转速的相对稳定度也就越差。 ▪调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值 为准。
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4. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN， 则该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即
第十二页，共107页。
2 直流PWM变换器-电动机系统
思考：
（1）什么是电压系数，不可逆PWM变换电路的电压系数 是什么？
（2）制动时
VT1和VT2
如何交替工作？
第十三页，共107页。
※PWM系统的特点
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电
机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，
可达1:10000左右； （4）若与快速响应的电机配合，动态响应快，
动态抗扰能力强；
第十四页，共107页。
※ PWM系统的特点（续）
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小， 当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置 效率较高；
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比 相控整流器高。
晶闸管整流直流电动机调速系统
晶闸管整流直流电动机调速系统设计概述：许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
本此设计主要：就是针对直流调速装置，利用晶闸管相控整流技术，结合集成触发器芯片和调节器，组成晶闸管相控整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。
同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。
关键词：双闭环直流调速晶闸管相控1 设计意义及要求1.1 设计意义电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电半导器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制装置。
通过此次课程设计要求学会电力电子装置的设计，能够利用相控整流装置对直流电动机进行调速系统的设计。
1.2 设计要求本次课程设计的题目是晶闸管相控整流直流电动机调速系统设计。
已知直流电动机参数：N P =3KW ，N U =220V ，N I =17.5A ，N n =1500min r 。
要求采用集成触发器及调节器构成转速电流闭环的直流调速系统。
设计绘制该系统的原理图，并计算晶闸管的额定电压和额定电流。
2 系统电路设计根据设计的要求，可将设计分为两大部分，一是主电路及系统原理图，二是控制电路，系统原理图部分我们采用的是三相全控整流装置，在这里我们使用三个TCA785芯片以便满足设计的要求，同时要加入转速电流双闭环系统，更好的实现调速的要求，达到稳定的速度效果。
电路原理总图见附录。
2.1 系统主电路 晶闸管相控整流电路有单相、三相、全控、半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路，如图1所示。
课题 晶闸管一直流电动机调速系统
晶闸管一直流电动机调速系统一、概述现代工业生产中，在不同的场合下要求生产机械采用不同的速度进行工作，以保证生产机械的合理运行，并提高产品质量。
改变生产机械的工作速度就是调速，如金属切削机械在进行加工时，为提高工件的表面光洁度二需要提高切削速度；龙门刨床在胞胎返回时不进行切削的空行程，故返回速度应尽量加快，以提高工作效率；对鼓风机和泵类负载，用调节转速来调节流量（或风量）地方法，比通过阀门（或风门）调节的方法要节能。
可见，调速在各行各业生产机械的运行中，具有重要的意义。
调速的方法主要有两种：一是采用机械方法进行调整；二是采用电气方法进行调整。
机械调整是人为地改变机械传动装置的传动比来达到调整的目的，而电气调速则是通过改变电动机的机械特性来达到调速的目的。
相比而言，采用电气方法对生产机械进行调速具有许多优点，如可以简化机械的结构、提高生产机械的工作效率、操作简便等，尤其是电气调速易于实现对生产机械的自动控制。
因此，在现代生产机械中，广泛采用电气方法进行调速，组成自动调速系统。
调速系统有直流调速系统和交流调速系统两大类。
鉴于直流调速系统，特别是晶闸管一直流电动机调速系统，在现代生产中获得了广泛的应用。
二、开环与闭环调速系统调速系统有各种各样的形式，从信号传递的路径来看，可归纳为两种，即开环调速系统和闭环调速系统。
1.开环调速系统晶闸管一电动机开环调速系统的电路如图4一1所示。
由图中可以看出，若要改变电动机的转速n，只要改变电位器Rg的滑动触头，使放大器的给定电压Ug相应变化，从而改变晶闸管触发电路的控制角和整流器的输出电压Ua，使直流电动机有不同的转速n。
这种调速系统有如下特点：（1）电动机的转速n 对(被控制量，简称被控量)受从电位器Rg 上取得电压Ug（控制量）的控制。
（2）转速n对控制量Ug的控制作用没有影响，即没有反馈作用。
我们把这种控制量决定被控量，而被控量对控制量不能反施任何影响的调速系统称为开环调速系统。
晶闸管直流电动机调速系统的设计
晶闸管直流电动机调速系统的设计摘要：该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。
此外，还有双窄脉冲形成环节。
同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型，也对直流电动机进行了简单的介绍。
关键词：可控整流晶闸管触发电路缓冲电路保护电路1 设计的性质和目的半导体变流技术自六十年代出现以来获得迅速发展，它的应用日益广泛，已深入各工业电气自动化领域，成为机电一体化的重要组成部分. 晶闸管可控整流直流电动机调速系统是半导体技术的一种应用类型，它具有高效率无级调速的优点。
本设计中的调速系统在矿山牵引，运输和包装机械中应用十分广泛，直流电动机具有良好的起动性和调速性能，它的特点是起动转距大，能在宽广的范围内平滑，经济地调速，转速容易控制，调速后的效率仍然很好。
本设计中的电动机参数自动测试系统适用于晶闸管-直流电动机系统，而且也适用于其他运动控制系统，过程控制系统或机电控制系统。
直流电机有三种控制方式，即控制电枢电压改变电动机的转速，控制电动机励磁电流改变电动机的转速以及电枢串电阻调速。
1)单向驱动用晶闸管控制直流电动机时功率较小的电动机采用单相电源，功率较大电动机的主回路采用三相以上电源。
一般都有整流变压器，但有不同相数和接法大部分采用三相桥式连接。
电动机以最低速度连续运行时，电流不容易连续，高精度控制时，如果负载电路不连续，相当于电枢电阻增大，为此可在主电路中接入较大电感，防止电流断续，但控制时间常数会增大。
2)双向驱动如果需要双向驱动直流电动机时，可采用双组反相并联的整流电路。
第一组整流电路使电动机正转，第二组整流电路使电动机反转或正向制动，具有使电动机双向运行的良好功能。
要使电动机正反转，就要求晶闸管控制电路使整流器输出加到电动机的电压可反向，或者加到励磁电路上的电压可反向。
可以采用接触器使电动机电压反向，这种方式不需要环流控制，控制简单，廉价，经常采用。
自动控制系统课程设计--晶闸管-直流电动机单闭环调速系统
《电力拖动自动控制系统》报告题目：晶闸管-直流电动机单闭环调速系统系别电气工程系班级本自动化092学号学生姓名指导老师2012年11月题目：晶闸管-直流电动机单闭环调速系统系统结构图：已知数据：直流电动机：额定功率18kw、额定电压220v、额定电流94A、额定转速1000r/min、电枢回路电阻1欧；机械部分的飞轮惯量：10N.m^2；电枢回路总电感0.017H；测速发电机：永磁式，额定功率23w、额定电压110v、额定电流0.21A、额定转速1900r/min；整流变压器：Y/Y联接，二次线电压230V；直流稳压电源：15V*其它相关数据：触发整流器放大倍数设为40；二、设计要求(1)调速范围D=20，静差率S 10(按S=10计算)(2)超调量小于（或等于）25%三、设计完后须提交(1) 设计说明书(含静态计算、稳定性判定；调节器的选取及参数计算等)(2) 系统的电路原理图；*(3) 系统的性能仿真(用MATLAB软件)控制结构图有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。
图3、单闭环直流调速系统稳态结构框图同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，就得到了系统的动态结构框图。
由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。
所以，可以得到如下的框图：参数计算根据以上数据和稳态要求计算参数如下：取电机电枢电阻为0.5欧 1.为了满足D=20，s ≤10%，额定负载时调速系统的稳态速降为min /56.5min /)1.01(201.01000)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆2.根据cl n ∆，求出系统的开环放大系数 先计算电动机的电动势系数r V r Vn R I U C N a N N e min/173.0min/1000)5.094220(⋅=⨯-=-=则开环系统额定速降为min /35.543min /173.0194r r RI n ceN op =⨯==∆ 闭环系统的开环放大系数应为72.96172.97156.535.5431=-=-≥-∆∆=clop n n K3.计算测速反馈环节的放大系数和参数测速反馈系数α包含测速发电机的电动势转速比etg C 和电位器的分压系数2α，即α=2αetg C根据测速发电机数据，r V r Vetg min/0579.0min/1900110C ⋅==试取2.02=α，如测速发电机与主电动机直接联接，则在电动机最高转速成1000r/min 下，反馈电压为V V r C U etg n 58.1110000579.02.0min /10002=⨯⨯=⨯=α稳态时n U ∆很小，n n U U 只要略大于*即可，现有直流稳压电源为15V ，可以满足需要，因此所取的值是合适的。
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7.1 晶闸管—直流电动机调速系统
采用晶闸管可控整流电路给直流电动机供电，通过移相触发，改变直流电动机电枢电压，实现直流电动机的速度调节。
这种晶闸管—直流电动机调速系统是电力驱动中的一种重要方式，更是可控整流电路的主要用途之一。
可以图7-1所示三相半波晶闸管—直流电动机调速系统为例，说明其工作过程和系统特性。
直流电动机是一种反电势负载，晶闸管整流电路对反电势负载供电时，电流容易出现断续现象。
如果调速系统开环运行，电流断续时机械特性将很软，无法负载；如果闭环控制，断流时会使控制系统参数失调，电机发生振荡。
为此，常在直流电机电枢回路内串接平波电抗器Ld，以使电流Id尽可能连续。
这样，晶闸管—直流电动机调速系统的运行分析及机械特性，必须按电流连续与否分别讨论。
8.1.1 电流连续时
如果平波电抗器Ld电感量足够大，晶闸管整流器输出电流连续，此时晶闸管—直流电动机系统可按直流等值电路来分析，如图7-2所示。
图中，左半部代表电流连续时晶闸管整流器的等效电路，右半部为直流电动机的等效电路。
由于电流连续，晶闸管整流器可等效为一个直流电源Ud与内阻的串联，Ud为输出整流电压平均值
（7-1）
式中U为电源相压有效值，为移相触发角。
电流连续情况下，晶闸管有换流重迭现象，产生出换流重迭压降，相当于整流电源内串有一个虚拟电阻，其中LB为换流电感。
再考虑交流电源（整流变压器）的等效内电阻Ro，则整流电源内阻应为，如图所示。
电流连续时直流电动机可简单地等效为为反电势E与电枢及平波电抗器的电阻总和Ra 串联，而平波电抗器电感Ld在直流等效电路中是得不到反映的。
这样，根据图7-2等效电路，可以列写出电压平衡方程式为
（7-2）
式中，Ce为直流电机电势常数，φ为直流电机每极磁通。
求出电机转速为
（7-3）
可以看出，在电枢电流连续的情况下，当整流器移相触发角固定时，电动机转速随
负载电流Id的增加而下降，下降斜率为。
当角改变时，随着空载转速点no的变化，机械特性为一组斜率相同的平行线。
但是在一定的平波电抗器电感Ld下，当电流减小到一定程度时，Ld中储能将不足以维持电流连续，电流将出现断续现象，此时直流电动机机械特性会发生很大变化，不再是直线，图7-3中以虚线表示。
这部分的机械特性要采用电流断续时的运行分析来确定。
二、电流断续时
电枢电流断续时不再存在晶闸管换流重迭现象，晶闸管整流器供电直流电动机系统须采用图7-4所示交流等效电路来分析。
在此电路中，u2为相电压瞬时值，显然只有当它大于电枢反电势Ea时晶闸管才能导通，如图7-5所示。
由于id断续，电路分析时必须计入平波电感Ld的作用，回路电压平衡方程为
（7-4）
图7-4 电流断续时，晶闸管—直流电动机等效电路图7-5 电流断续时的电枢电流
为分析简便起见，先忽略等效内阻，求解出机械特性后再作为系统内阻对特性斜率进行修正。
这样，可采用积分求解如下微分方程
（7-5）
式中C为积分常数，可由图7-5中边界条件
（7-6）
解出
（7-7）
式中为三相半波整流器移相触发角计算起点（）的相位。
将式（7-7）代入式（7-5），可得
（7-8）
由于电流不连续，只在一段时间内有电流。
设晶闸管导通角为，则又有一边界条件
（7-9）
可用来求取反电势Ea与、之间的关系。
即
（7-10）
在并励直流电动机中，，故由上式可转而求得转速n和及的关系为
（7-11）
由于晶闸管导通角和负载电流大小有关，故上式实际上隐含地给出了直流电机电流断续时的机械特性，只是关系复杂不直观，需要通过求解电机电枢电流Id与导通角间
的关系来揭示。
按照定义，电枢电流平均值Id为
式中，为每周内换流次数，三相半波和三相桥式整流电路。
将式（7-8）和式（7-10）代入上式并经积分和整理，可得负载电流和导通角之间的关系为：
（7-12）
这样，就可以为参变量，将式（7-11）和式（7-12）联系起来，求得不同和下、三相半波晶闸管整流器供电直流电动机的机械特性，由于直流电机电磁转矩，故特性曲线用作横坐标，如图7-6所示。
图7-6 三相半波晶闸管整流器供电直流电机机械特性
由于是由单一组整流器供电的不可逆直流调速系统，电机系统只可工作在的第Ⅰ象限和的第Ⅳ象限。
第Ⅰ象限内，晶闸管移相触发角，整流器工作在可控整流状态；电机转速n、电磁转矩同方向，直流电机运行在电动状态。
第Ⅳ象限内，，整流器工作在有源逆变状态；电机转速与电磁
转矩反方向，直流电动机运行在反转制动状态，并将转子机械动能变成电能经可控整流器返回交流电源。
无论是第Ⅰ或第Ⅳ象限，当电机电流Id较小时晶闸管导通角，电流断续，机械特性变得很软，随着负载增加转速下降很快；当负载增大到一定数值时，，电流进入连续状态。
由于分析中忽略电枢电阻，机械特性变成水平；如计及电阻影响，则电流连续时特性将具有一定斜度，其斜度为。
电流断续时直流电机电枢回路等效电阻增加很多，除使机械特性变软外，还会使调速系统调节器特性变坏，往往引起系统振荡，此时应设法减小电流断续的范围，为此应设计好平波电抗器的电感量。
晶闸管—直流电动机系统中平波电抗器电感量按最小电流IL min下仍
能保证电流连续为原则来选择。
因为电流连续的条件是晶闸管导通角，则由式（7-12）可推得
一般IL min由调速系统设计确定，约为（5～10%）额定电枢电流。
这样，保证电流连续的电感量为
（7-13）
一般来说整流相数越多、整流器脉波数越多，整流电压脉动减小，所需电感量可选小些。