自动化专业课程设计 直流电动机调压调速单相可控直流电源设计
自动化综合设计——直流电机温控自动调速控制系统
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院运动控制课程设计报告直流电机自动调速控制系统学院：自动化学院小组成员：专业：自动化班级：指导教师：设计时间：2014 年 6 月重庆邮电大学自动化学院制目录摘要 ..................................................................................................................................... - 3 -一、设计课题 ..................................................................................................................... - 4 -1.1设计内容 ............................................................................................................... - 4 -1.2 设计要求 .............................................................................................................. - 4 -二、系统整体方案设计 ..................................................................................................... - 5 -2.1整体方案设计 ....................................................................................................... - 5 -2.2拟研究的主要问题 ............................................................................................... - 5 -三、硬件电路设计 ............................................................................................................. - 6 -3.1 最小系统 .............................................................................................................. - 6 -3.1.1单片机的选择方案.................................................................................... - 6 -3.1.2 晶振电路................................................................................................... - 7 -3.1.3 复位电路................................................................................................... - 7 -3.1.4 单片机最小系统....................................................................................... - 8 -3.2 温度采集模块 .................................................................................................... - 10 -3.2.1采集温度的方案选择.............................................................................. - 10 -3.2.2 DS18B20介绍 .......................................................................................... - 11 -3.2.3 温度采集模块电路分析......................................................................... - 11 -3.3直流电机驱动模块 ............................................................................................. - 12 -3.3.1 直流电机驱动模块方案选择................................................................. - 12 -3.3.2 L298N驱动芯片介绍............................................................................ - 13 -3.3.3 H桥驱动电路原理 ............................................................................... - 14 -3.3.4 电机及驱动模块电路............................................................................. - 15 -3.4电机转速控制模块设计 ..................................................................................... - 16 -3.4.1 直流电机调速原理................................................................................. - 16 -3.4.2直流电机PWM调速原理....................................................................... - 16 -3.5测速模块设计 ..................................................................................................... - 17 -3.6 液晶显示模块 .................................................................................................... - 19 -3.6.1 LCD12864介绍......................................................................................... - 19 -3.6.2 LCD的硬件连接....................................................................................... - 19 -3.7系统整体电路设计 ............................................................................................. - 20 -3.8 PCB板制作.......................................................................................................... - 21 -3.8.1 PCB图绘制基本流程............................................................................... - 21 -3.8.2 PCB设计基本原则................................................................................... - 21 -3.8.3 PCB总体布局........................................................................................... - 22 -3.8.3 制作PCB板及硬件电路焊接................................................................. - 23 -3.8.4焊接电路板.............................................................................................. - 24 -3.9硬件测试 ............................................................................................................. - 24 -四、系统软件设计 ........................................................................................................... - 26 -4.1 系统软件基本框架 ............................................................................................ - 26 -4.1.1 温度采集模块软件分析....................................................................... - 26 -4.1.2 PWM调制软件分析............................................................................. - 27 -4.1.3 LCD12864显示模块分析...................................................................... - 28 -4.2 PID控制............................................................................................................... - 29 -4.2.1 PID调节概述 ........................................................................................... - 29 -4.2.2 PID调节器的微分方程和传递函数 ....................................................... - 30 -4.2.3 PID参数对调速系统的作用 ................................................................... - 30 -4.2.4 PID控制的优点 ....................................................................................... - 31 -4.2.5 控制方案选择......................................................................................... - 31 -五、设计总结及体会 ....................................................................................................... - 32 - 参考文献 ........................................................................................................................... - 33 - 附录 ................................................................................................................................... - 34 -摘要直流电动机以其良好的制动性和启动性赢得了越发广阔的市场，随着单片机技术的进步，各种功能的实现以及系统稳定性和工作效率均得到显著提高。
课程设计--直流电机调速控制系统设计
课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩：审定成绩：**********课程设计报告设计题目：直流电机调速控制系统设计学校：********************学生姓名：**********专业：********************班级：***********学号：**************指导教师：*****************8设计时间：2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。
改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。
直流电动机调压调速可控整流电源设计
直流电动机调压调速可控整流电源设计一、设计目标设计一个可控整流电源，满足直流电动机调压调速的需求。
该电源应具备以下特点：1.输出电压稳定可调；2.输出电流稳定可控；3.满足直流电动机调压调速的要求；4.设计成本低廉；5.性能可靠稳定。
二、设计原理可控整流电源的设计原理主要基于三相桥式可控整流电路。
该电路由6个可控晶闸管组成，分为正半桥和负半桥。
按照正弦交流电源的输入，晶闸管控制引脚接收控制信号，将交流电源的负半周期向直流方向进行整流。
同时，交流电源的正半周期通过极性相反的晶闸管进行整流。
通过控制晶闸管的导通时间，可以调节整流电流的大小和方向，从而实现直流电动机的调压调速需求。
三、设计步骤1.确定直流电动机的额定电压和电流，根据其负载要求确定整流电源的输出电压和电流范围。
2.选择适合的可控晶闸管，根据其额定电压和电流选择合适的型号。
3.根据整流电源输出电压和电流的范围，计算控制晶闸管的导通时间和周期。
4.根据计算结果，设计控制电路，包括控制信号发生器，控制信号的调节电路以及触发电路等。
5.确定整流电源的滤波电路，包括电感和电容等元件。
6.搭建整流电源的实验原型，进行测试和调试，验证设计的可行性。
7.根据实际测试结果进行优化和改进，完善整流电源的性能和稳定性。
四、设计实现1.整流电路：采用三相桥式可控整流电路，由6个可控晶闸管组成。
2.控制电路：采用微控制器或FPGA芯片控制，通过脉宽调制（PWM）的方式生成控制信号，控制晶闸管的导通时间和周期。
3.滤波电路：采用L-C滤波电路，电感和电容组合滤除直流电源中的脉动。
4.保护电路：设计过流保护和过压保护等电路，确保整流电源稳定可靠，避免对电动机的损坏。
5.控制算法：采用PID控制算法，通过测量电动机的转速和负载情况，调节控制信号的占空比，以实现电机的调压调速。
五、设计优化和改进1.优化控制电路：采用先进的数字控制器，改进PWM控制算法，提高整流电源的响应速度和稳定性。
自控课程设计——可调直流稳压电源课程设计报告
自控原理课程设计报告课题: 直流稳压电源的设计班别: 10电气2组员: （学号）020103一、设计目的熟悉自控原理的基本理论, 在实践的综合运用中加深理解, 掌握电路设计的基本方法、设计步骤, 培养综合设计与调试能力。
2.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3、培养实践技能, 提高分析和解决实际问题的能力。
4、加强组员之间的协调合作的意识, 提高组员合作的能力。
二、设计任务及要求1.设计一个连续可调的直流稳压电源, 主要技术指标要求:①输入（AC）：U=220V, f=50HZ；②输出直流电压: U0=1.27→12.24v；③输出电流: I0<=1A；④纹波电压: Up-p<30mV；2.设计电路结构, 选择电路元件, 计算确定元件参数, 画出实用原理电路图。
3、自拟实验方法、步骤及数据表格, 提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。
4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图, 并仿真和调试, 并测试其主要性能参数。
三、实验设备及元器件1. 装有multisim电路仿真软件的PC2.三端可调的稳压器LM317一片3.电压表、焊电路板的工具4.滑动变阻器、二极管、变压器、电阻、电容、整流桥四、电路图设计方法（1）确定目标: 设计整个系统是由那些模块组成, 各个模块之间的信号传输, 并画出直流稳压电源方框图。
（2）系统分析：根据系统功能, 选择各模块所用电路形式。
（3）参数选择: 根据系统指标的要求, 确定各模块电路中元件的参数。
（4）总电路图: 连接各模块电路。
（5）将各模块电路连起来, 整机调试, 并测量该系统的各项指标。
五、总体设计思路1. 直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz, 要获得低压直流输出, 首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压, 通过整流电路变成单向直流电, 但其幅度变化大（即脉动大）。
直流电动机课程设计
直流电动机课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解直流电动机的基本原理，掌握其构造和分类；2. 掌握直流电动机的启动、调速和制动方法；3. 了解直流电动机在实际应用中的优缺点及改进措施。
技能目标：1. 能够正确组装和拆卸直流电动机，并进行简单的故障排查；2. 能够运用所学知识，完成对直流电动机启动、调速和制动的实际操作；3. 能够分析直流电动机在实际应用中的问题，并提出合理的解决方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题；3. 培养学生的创新思维，敢于提出不同的观点和看法；4. 增强学生对我国电动机产业的了解，树立民族自豪感。
本课程针对八年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力。
同时，关注学生情感态度的培养，使他们在掌握知识技能的同时，形成正确的价值观。
为后续的教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. 直流电动机的基本原理与构造- 课本章节：第三章第三节- 内容：磁场对电流的作用、直流电动机的构造与分类2. 直流电动机的工作原理与启动方法- 课本章节：第三章第四节- 内容：直流电动机的工作原理、启动方法（直接启动、降压启动）3. 直流电动机的调速与制动- 课本章节：第三章第五节- 内容：调速方法（变电阻调速、变电压调速、变频调速）、制动方法（能耗制动、反接制动）4. 直流电动机在实际应用中的优缺点及改进措施- 课本章节：第三章第六节- 内容：直流电动机在实际应用中的优点与局限、改进措施（如采用无刷直流电动机）5. 直流电动机的组装与故障排查- 课本章节：第三章实验- 内容：组装与拆卸直流电动机、观察电动机运行状态，进行简单故障排查教学内容按照以上大纲进行安排，共计5个部分，每部分的教学时间为2课时。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，让学生在掌握理论知识的基础上，提高实践操作能力。
直流电机调速计算机控制技术课程设计
直流电机调速计算机控制技术课程设计The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020计算机控制技术课程设计专业：自动化班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2016年07月15日直流电机调速系统设计1设计目的本课程设计是在修完《计算机控制技术A》课程之后，为加强对学生系统设计和应用能力的培养而开设的综合设计训练环节。
本课程设计结合《计算机控制技术A》课程的基础理论，重点强调实际应用技能训练，包括计算机控制系统算法软件和硬件设计。
其课程设计任务是使学生通过应用计算机控制技术的基本理论，基本知识与基本技能，掌握计算控制技术中各主要环节的设计、调试方法，初步掌握并具备应用计算机进行设备技术改造和产品开发的能力，培养学生的创新意识，提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。
2 设计方法设计一个直流电机系统，合理选择PID控制规律，掌握被控对象参数检测方法、H桥驱动的功能、旋转编码器的功能、单片机PWM控制波形输出方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高解决实际工程问题的能力。
直流电机调速系统是以电机转速作为变量，单片机根据采集电机转速的测量值与设定值的偏差去控制PWM波形的脉宽，从而改变直流电机两端的电压，达到控制转速的目的。
直流电机调速系统由单片机、直流电机、光电式旋转编码器、H桥驱动、LCD显示屏等及相关电路组成。
3 设计方案及原理系统功能介绍整个控制系统由控制器、执行器、被控对象和测量变送组成，在本次控制系统中控制器为单片机，采用算法为PID增量算法控制规律，执行器为H桥驱动电路，测量变送器为光电式旋转编码器，被控对象为直流电机。
然后通过单片机对数据进行处理，控制转速的大小和正反转。
系统组成总体结构计算机控制系统由控制计算机系统和生产过程两大部分组成。
可调直流稳压电源课程设计
可调直流稳压电源课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解可调直流稳压电源的工作原理，掌握其关键组成部分及功能。
2. 学生能掌握电路图中的元件符号，并运用这些符号绘制简单的可调直流稳压电源电路图。
3. 学生能描述不同类型的可调直流稳压电源特点，以及其在实际应用中的优缺点。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计并搭建一个简单的可调直流稳压电源电路。
2. 学生能通过实验，学会调节可调直流稳压电源的输出电压，并掌握基本的调试技巧。
3. 学生能运用数学和物理知识分析电路性能，解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 学生通过动手实践，培养对电子技术的兴趣，激发创新意识。
2. 学生在小组合作中，培养团队协作精神和沟通能力，增强集体荣誉感。
3. 学生认识到可调直流稳压电源在日常生活和工业生产中的重要性，增强环保意识和责任感。
课程性质：本课程属于电子技术实践课程，结合理论教学，注重培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：学生处于高年级阶段，已具备一定的电子技术基础知识和实验操作能力。
教学要求：教师应结合学生特点，采用启发式教学，引导学生主动探索，注重培养学生的创新意识和实践能力。
通过课程目标的设定，将知识、技能和情感态度价值观的培养贯穿于教学过程，为后续教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容本节教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，进行以下安排：1. 理论知识：- 介绍可调直流稳压电源的工作原理，涉及教材第3章“直流稳压电源”相关内容。
- 分析可调直流稳压电源的组成部分，包括调整管、稳压集成电路、反馈电阻等，参考教材第4节“稳压电源的组成及功能”。
- 讲解不同类型的可调直流稳压电源特点，对比分析各种电源的优缺点，参考教材第5节“各类稳压电源的性能比较”。
2. 实践操作：- 指导学生绘制可调直流稳压电源电路图，运用教材第6节“稳压电源电路图的绘制方法”。
- 组织学生搭建和调试可调直流稳压电源电路，实践教材第7节“稳压电源的组装与调试”。
全数字直流调速系统课程设计大学自动化专业课程设计报告 精品
自动控制系统课程设计设计题目：全数字直流调速系统课程设计班级：自动化1006班学号：20103074姓名：李文博指导教师：高明王彦婷设计时间：2013年7月1日~2013年7月19日摘要众所周知，执行机构分为电动、气动及液压三种，而电动执行机构占据了最主要的部分。
在电动的执行机构中，直流电动机因其具有良好的调速特性，被工业界广泛的应用。
直流调速方式有很多种，但是通过改变电动机电枢电压，方便可靠，并且可以做到无级调速，备受工程师偏爱。
本文首先从理论上将传统的直流调速系统和全数字的直流调速系统进行阐述，对比了晶闸管-电动机调速系统和全数字调速系统的特点，并着重介绍了应用全数字调速系统的优势；然后分别介绍了开环调速系统，转速单闭环调速系统，电流单闭环调速系统，转速电流双闭环调速系统的结构，并做出了分析。
本文还通过软件设计的方法实现了8个基本实验和2个综合实验，并详细的对系统功能，系统原理，参数设置，运行曲线分析。
通过这10个实验，我们大体上学会了使用6RA70全数字调速系统，并且能利用软件设计实现开环，单闭环，双闭环，特殊给定等实验，这些实验大多数来自工业现场的要求，通过这些实验，我们也初步具备了一些调试经验和能力。
本文的最后，我们还对我们实验过程中遇到的故障进行了记录和分析，这对我们以后的调试来说，是宝贵的经验，在我们再次碰到同样的问题时，我们能轻而易举的将其解决。
这次课程设计对我们每个学生都是一次非常难得的机会，将我们课程上学到的理论知识进行实践，做到学以致用。
作为工科学生，我们不仅要学得好，还要用得好。
关键词：电动直流调速系统全数字调速系统故障分析目录摘要 (I)1. 概述......................................................................................................................................... - 2 -2. 课程设计任务及要求............................................................................................................. - 2 -2.1 设计目的和任务........................................................................................................... - 2 -2.2 设计要求....................................................................................................................... - 3 -3. 理论设计................................................................................................................................. - 3 -3.1方案论证........................................................................................................................ - 3 -3.1.1 传统的直流调速系统........................................................................................ - 3 -3.1.2 全数字直流调速系统........................................................................................ - 4 -3.1.3 6RA70直流调速控制器 .................................................................................... - 4 -3.2 系统设计....................................................................................................................... - 5 -4. 设计实验题目......................................................................................................................... - 7 -4.1 熟悉6RA70直流调速系统的外部接线，掌握直流调速系统的结构...................... - 7 -4.2 学习DriveMonitor软件的使用方法........................................................................... - 7 -4.3 系统基本参数输入....................................................................................................... - 8 -4.4 速度电流双闭环调速系统的参数优化，系统的参数监视及分析 ........................... - 9 -4.5 速度电流双闭环调速系统的运行............................................................................. - 10 -4.6 斜坡函数发生器的参数设定及波形调整，改变斜率观察系统特性 ..................... - 16 -4.7 利用模拟量输出通道D/A 装换器实现系统电流及速度动态响应曲线的测试.... - 17 -4.8 将手动输入给定改为方波发生器给定，直流电动机正反转调节及显示错误！未定义书签。
直流调速系统课程设计摘要
直流调速系统课程设计摘要一、课程目标知识目标：1. 学生能理解直流调速系统的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能掌握直流调速系统中速度反馈、电流反馈等基本控制环节的工作原理。
3. 学生了解不同类型直流电动机的调速方法，并能分析其优缺点。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的直流调速系统电路。
2. 学生能够通过实验，观察并分析直流调速系统在不同参数下的性能变化。
3. 学生能够熟练使用相关仪器设备进行实验操作，掌握实验数据的处理方法。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电气工程领域的学习兴趣，增强对工程技术应用的认知。
2. 学生培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。
3. 学生树立安全意识，养成严谨的科学态度，注重环境保护。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业本科课程，旨在帮助学生掌握直流调速系统的基本原理、设计和应用。
学生特点：学生已具备一定的电路原理和电机控制基础知识，具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，通过课堂讲解、实验操作、课后巩固等环节，提高学生的知识水平和实践能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 直流调速系统原理及组成- 直流电动机调速原理- 直流调速系统的组成部分及其功能- 速度反馈与电流反馈在调速系统中的作用2. 直流电动机调速方法- 晶闸管直流调速系统- 闭环直流调速系统- 不同调速方法的优缺点分析3. 直流调速系统电路设计- 速度反馈环节设计- 电流反馈环节设计- 调速系统电路连接与调试4. 直流调速系统性能分析- 系统稳定性分析- 负载扰动对系统性能的影响- 参数调整对系统性能的影响5. 实验教学- 直流调速系统实验操作方法- 实验数据的采集与处理- 实验结果分析及报告撰写教学内容安排与进度：第一周：直流调速系统原理及组成第二周：直流电动机调速方法第三周：直流调速系统电路设计第四周：直流调速系统性能分析第五周：实验教学（含实验报告撰写）教材章节及内容关联：第一章：电气传动控制系统概述第二章：直流电动机及其调速原理第三章：闭环控制系统的组成与设计第四章：直流调速系统性能分析第五章：直流调速系统实验教学内容根据课程目标和教学要求，结合教材章节进行科学性和系统性的组织，确保学生能够循序渐进地掌握直流调速系统的相关知识。
直流电动机调压调速单相可控直流电源设计PPT精品文档33页
当α =60。时.转矩负载为5时，电机转速（rad/s） 电枢电流（A）励磁电流（A）电磁转矩（N*M） 晶闸管两端电压（V）的波形分别如下所示
当α =60时.转矩负载为10时，电机转速（rad/s） 电枢电流（A）励磁电流（A）电磁转矩（N*M） 晶闸管两端电压（V）的波形如下图所示
当α =90。时.转矩负载为1时，电机转速（rad/s） 电枢电流（A）励磁电流（A）电磁转矩（N*M）晶 闸管两端电压（V）的波形分别如下所示
当α =90。时.转矩负载为2时，电机转速（rad/s） 电枢电流（A）励磁电流（A）电磁转矩（N*M） 晶闸管两端电压（V）的波形分别如下所示
添加滤波电容后整流桥的输出 电压波形如下：
电机的转速波形如下图所示
电路中主要工作量的波形如下
触发电路设计电路图
本设计采用单结晶体管的触发 电路，单结晶体管实验电路如 下
如下左图是单结晶体管的脉冲电 路，右图是其脉冲波形
单结晶体管工作原理
单结晶体管触发电路的仿真电 路及其仿真波形
当α =30。的时候仿真波形如下
当α =60。的时候仿真波形如下
当α =90。的时候仿真波形如下
晶闸管的过电压保护及其原理
这种保护电路能有效的抑 制内因过电压，从而保护 晶闸管不受损坏。这种电 路一般和 抑制电路串联使 用，从而更好的保护晶闸 管。如下图所示：
当α =30。时转矩负载为额定值15N*M时，电机转 速（rad/s）电枢电流（A）励磁电流（A）电磁 转矩（N*M）晶闸管两端电压（V）的波形分别如 下所示
当α =30。时转矩负载为额定值10N*M时，电机转 速（rad/s）电枢电流（A）励磁电流（A）电磁 转矩（N*M）晶闸管两端电压（V）的波形分别如 下所示
直流电动机调压调速可控整流电源设计(DOC)
直流电动机调压调速可控整流电源设计摘要变压调速是直流调速系统的主要调速方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。
静止式可控整流器就是其中之一。
静止式可控整流器，即晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），其本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。
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有很大的提高，而且在技术上也能显示出较大的优越性。
目前在各种整流电路中,应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，本设计是以晶闸管三相桥式全控整流电路作为为主电路系统，全面详细的分析了直流电动机调压调速可控整流电源的设计方法。
关键词：晶闸管-电动机调速系统三相桥式全控整流电路可控整流电源目录第一章课题任务分析 (3)1.1 概述 (3)1.2 要求 (3)第二章主电路设计 (3)2.1 主电路的选择 (3)2.2 系统及参数计算 (4)2.3. 主电路原件选择工作原理 (5)第三章触发电路的选择 (6)3.1 触发脉冲的要求 (6)第四章控制系统设计 (8)第五章控制电源设计 (8)第六章系统保护设计 (9)第七章电气操作系统设计 (10)第八章感想 (11)第一章课题任务分析1.1 概述整流电路是电力电子电路中出现最早的一种电路，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。
V--M系统本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路。
本文是关于直流电动机调压调速可控整流电源的设计。
该系统以晶闸管三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，包括主电路形式，晶闸管选型，整流变压器额定参数的计算，平波电抗器的选择，输出滤波电容的设计等环节。
同时采用双窄脉冲集成触发器来控制晶闸管的触发角α的大小。
此外，还有控制系统的设计（通过电压闭环以实现稳压输出），控制电源设计（包括控制变压器、整流滤波，稳压输出），系统保护设计（电流截止保护，熔断器，SCR阻容保护），电气操作系统设计（控制电路与主电路通断控制逻辑互锁等）。
直流电动机调压调速可控整流电源设计-课程设计报告
课程设计报告课程名称电力电子技技术设计题目直流电动机调速调压可控整流电源设计学生学号XXXX起止日期2021年2月——2021年3月指导教师摘要现今直流电动机调压调速可控整流电源对调压围、响应速度、工作效率、稳定性等各方面提出了很高的要求。
本文通过三相桥式全控整流装置为直流电机提供可调电压，详细计算了满足设计要求的包括晶闸管、平波电抗器在的主电路元器件参数，提供了一种集成的信号触发电路的设计方案，并且设计了通过并联阻容保护电路和快速熔断器实现过压过流保护的解决方案。
在本文的最后提供了主电路所用元器件的明细表。
关键词：直流调速；三相桥式可控整流；过压过流保护目录摘要 ..............................................................................................................错误!未定义书签。
目录 . (I)1绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2系统概述 (1)1.3系统设计指标要求 (1)1.4本文的工作 (2)2系统方案确实定 (2)2.1主电路的方案选择 (2)2.1.1整流装置 (2)2.1.2整流电路形式 (3)2.1.3整流变压器 (3)2.1.4保护元件与平波电抗器 (4)2.1.5主电路原理图 (4)2.3对触发脉冲的要求 (5)2.4系统工作原理 (6)3主电路的计算 (9)3.1整流变压器额定参数的计算 (9)3.2整流元件的选择 (12)4保护电路的设计 (13)4.1晶闸管保护设计 (14)5触发电路的设计 (16)5.1触发信号方式选择 (16)5.2触发电路性能要求 (16)5.3触发电路选型 (17)6结论 (18)7元器件明细表 (19)参考文献 (19)致 (20)1绪论1.1研究背景现今，自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域，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，直流电动机自从1834年问世以来，就以调速围广、静差小、稳定性好以及良好的动态性能被广泛使用，是自动控制系统的主要形式。
直流电动机调压调速单相可控直流电源设计-PPT精选文档
当α =90。时.转矩负载为2时，电机转速（rad/s） 电枢电流（A）励磁电流（A）电磁转矩（N*M） 晶闸管两端电压（V）的波形分别如下所示
添加滤波电容后整流桥的输出 电压波形如下：
电机的转速波形如下图所示
电路中主要工作量的波形如下
触发电路设计电路图
本设计采用单结晶体管的触发 电路，单结晶体管实验电路如 下
当α =30。时转矩负载为额定值15N*M时，电机转 速（rad/s）电枢电流（A）励磁电流（A）电磁 转矩（N*M）晶闸管两端电压（V）的波形分别如 下所示
当α =30。时转矩负载为额定值10N*M时，电机转 速（rad/s）电枢电流（A）励磁电流（A）电磁 转矩（N*M）晶闸管两端电压（V）的波形分别如 下所示
输出电流24A，保证电流连续的最小电流为 5A。
系统总体框图
交
流
电
整流变压器
网
单
晶闸管触发电路
相
直
桥
流
式
电
全
动
控
机
整
晶闸管过电压保护
负
流
载
电
路
晶闸管过电流保护
本设计整体电路图设计
直流电动机调压调速单相可控 直流电源设计组成部分
主电路（单相桥式全控整流电路） 控制电路（单结晶体管触发电路） 保护电路（过压保护、过流保护）
如下左图是单结晶体管的脉冲电 路，右图是其脉冲波形
单结晶体管工作原理
单结晶体管触发电路的仿真电 路及其仿真波形
当α =30。的时候仿真波形如下
当α =60。的时候仿真波形如下
当α =90。的时候仿真波形如下
晶闸管的过电压保护及其原理
这种保护电路能有效的抑 制内因过电压，从而保护 晶闸管不受损坏。这种电 路一般和 抑制电路串联使 用，从而更好的保护晶闸 管。如下图所示：
直流电动机可调可控直流稳压电源的设计
第一章 绪论1.1 电机调速方案脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM 控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
直流电动机的转速n 和其他参量的关系可表示为a a ae U I R n C -=Φ∑ （1-1）式中 a U ：电枢供电电压（V ）。
a I ：电枢电流（A ）。
Φ：励磁磁通（Wb ）。
a R ：电枢回路总电阻（Ω）。
e C ：电势系数。
1.2 本设计内容简介本系统采用PWM 调压调速，设计包括主电路、触发电路、驱动电路三个部分，如图1.1所示。
图1.1 总体结构框图交流电源由电网接入，经过变压器变压后输入整流桥变为直流。
通过调节占空比来调节斩波输出电压以控制电机电枢电压，调节电机转速。
基本工作过程：在inU正半周过零点至ωt=0期间，因inU<dU，故二极管均不导通，此阶段电容1C向1R放电，提供负载所需电流，同时dU下降。
至ωt=0之后，inU将要超过dU，使得D1和D4开通，dU=inU，交流电源向电容充电，同时向负载R1供电。
电容被充电到ωt=θ时，dU=inU，D1和D4关断。
电容开始以时间常数RC 按指数函数放电。
当ωt=π，即放电经过π-θ角时，Ud降至开始充电时的初值，另一对二极管D2和D3导通，此后inU又向1C充电，与inU正半周的情况一样，如图2.3所示。
图2.3 电容滤波对整流电路的影响主要的数量关系：:1、输出电压平均值1) 空载时，。
2) 重载时，dU逐渐趋近于0.92U，即趋近于接近电阻负载时的特性。
3) 在设计时根据负载的情况选择电容C值，使,此时输出电压为：dU≈1.22U(2.1)2、电流平均值1) 输出电流平均值RI为：RI=dU/R (2.2)dI=RI(2.3)2) 二极管电流DI平均值为：DI=dI/2=RI/2 (2.4)3、二极管承受的电压di C i R+-RCa)b)VD1VD3u dVD4VD2u1u2i22dU()2/5~3TRC≥直流降压斩波电路基本工作原理：直流降压斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。
直流电动机调压调速体系的可控直流电源
直流电动机调压调速体系的可控直流电源直流电动机的调压调速必定要用到输出电压能够操控的直流电源。
常用的可控直流电源又因其供电电源品种的纷歧样而分为以下几种状况：1、旋改动流机组可控变流设备前期运用的可控变流设备是旋改动流机组，由它供电的直流电动机调速体系如图1所示。
图1旋改动流机组图中，交流电动机（图1中的蓝色圈闪现）为原动机，作业时转速根柢安稳。
由它拖动的直流发电机G（图-1中的绿色圈闪现秒）给需求调速的直流电动机M（图1中的赤色圈闪现）的电枢供电。
GE（图1中的紫色圈闪现）为一台小型直流发电机，能够如图那样与交流电动机、直流发电机G同轴相连，也可另设一台小型交流电动机对其拖动。
它在体系中的效果是供应一小容量的直流电源，供直流发电机G（图1中的绿色圈闪现）和直流电动机M（图1中的赤色圈闪现）的定子励磁用，所以又称GE为励磁发电机。
关于直流发电机而言，其定子需求直流励磁，外力转矩使转子旋转，然后发作动生电动势。
关于直流电动机而言，其定子需求直流励磁，转子上再外接作业直流电源，然后在转子上发作转矩。
旋改动流机组供电的直流调速体系可简称为G-M体系。
改动G 的励磁电流的巨细，也就改动了G的输出电压U，进而改动了直流电动机的M的转速。
对体系的调速功用恳求不高时，图中的拓宽设备能够不必，直接由励磁电源GE供应，恳求较高的闭环调速系一同般都应有拓宽设备。
假定改动的方向，则U的极性和直流电动机M的旋转方向都将发作改动。
所以，G-M体系的可逆作业是很简略结束的。
上述改动的方向能够怎样结束？G-M体系在20世纪60年代早年广泛运用，但因其设备多、体积大、功率低、作业噪声大等缺点，后被更经济牢靠的晶闸管整流可控变流设备替代了。
2、晶闸管整流可控变流设备图2晶闸管整流设备晶闸管整流设备供电的直流调速体系如图。
GT（图2中的绿色圈闪现）为晶闸管的触发设备，V（图2中的橙色圈闪现）为晶闸管整流器，合起来为一可控直流电源。
直流电动机调压调速可控整流电源设计_电力电子技术课程设计
摘要
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。 该设计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。同时考虑保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。 该装置可以用于发电机励磁仿真实验，实现励磁全工艺调节；还可用于直流电机调速系 统、同步电机传动系统、通用直流电源、UPS 等，也可作为交流电机传动系统相控交交变频 器的基本单元。 关键字：可控硅三项桥式全控整流电路；保护电路；脉冲电路；UPS；传动系统；交变频；
指导教师：王巍 时 间：2015 年 12 月 23 日
目
录
总体框图......................................................................................................................... 1 1.电路原理说明............................................................................................................................. 1 1.1 主电路原理说明........................................................................................................................................1 1.2 触发电路........................................................................................................................................................3 1.2.1 触发电路的脉冲类型........................................................................................................3 1.2.2 常用的继承触发电路........................................................................................................4 1.2.3 触发信号波形......................................................................................................................5 2.电路参数及元件选取............................................................................................................... 7 2.1 主电路元件选择........................................................................................................................................7 2.2 整流变压器额定参数计算.................................................................................................................. 8 2.2.1 二次相电压 U2..................................................8 2.2.2 一次与二次额定电流及容量计算..................................9 3.保护电路工作原理................................................................................................... 10 3.1 过电流保护............................................................................................................10 3.2 过电压保护............................................................................................................ 11 4.应用举例................................................................................................................... 12 5.总结体会................................................................................................................... 14 元器件清单........................................................15 参考文献....................................................................................................................... 15
直流电动机调速系统课程设计
直流电动机调速系统课程设计直流电机转速电流双闭环调速系统设计设计报告设计人：李良友班级：电气优创0801学号：********同组人：辛迪硕郝齐心目录第一章设计任务 ................................................................................................................. - 1 -一、设计内容： ........................................................................................................ - 1 -二、设计要求： ........................................................................................................ - 1 -三、设计参数： ........................................................................................................ - 1 -第二章直流电动机转速电流双闭环调速系统设计 ......................................................... - 2 -一、转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静态结构图 ................................... - 2 -1、双闭环调速系统的组成 ......................................................................................... - 2 -2、稳态结构框图 ......................................................................................................... - 3 -二、转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 ....................................................... - 5 -三、按工程方法设计双闭环系统调节器 ....................................................................... - 6 -1、电流调节器的设计计算 ......................................................................................... - 6 -2、转速调节器的设计计算 ......................................................................................... - 8 -3 调速系统的开环传递函数 ................................................................................... - 10 -四、转速调节单闭环实验 ............................................................................................. - 11 -1、原理图各部分电路 ............................................................................................... - 11 -2、测试结果 ............................................................................................................... - 13 -五、自我评定 ................................................................................................................. - 14 -参考资料 ............................................................................................................................. - 15 -附录一速度反馈电路原理图附录二元件清单第一章设计任务一、设计内容：1、根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统。
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课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目：直流电动机调压调速单相可控直流电源设计初始条件：1．直流电动机参数：P N＝3KW，U N＝220V，I N＝16A，n N＝1500r/min，Ra＝0.2Ω，励磁：它励，励磁电压220V，电流过载倍数λ＝1.5，使用单相可控整流电路，工作于电动状态。
2.进线交流电源：单相220V3.性能指标：直流输出电压0-220V，最大输出电流24A，保证电流连续的最小电流为5A。
要求完成的主要任务：1. 单相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。
2.触发电路设计。
触发电路选型（可使用单结管触发电路或集成触发器），同步信号的定相等。
3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。
4.提供系统电路图纸不少于一张。
课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。
应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。
时间安排：2011.1.14～2011.1.15 收集资料，确定设计方案2011.1.16～2011.1.17 系统设计2011.1.18～2011.1.19 撰写课程设计论文及答辩指导教师签名：年月日摘要随着科学技术的不断进步,电气工程与自动化技术正以令人瞩目的发展速度，改变着我们的工业的整体面貌。
同时，对社会的生产方式,人们的生活方式与思想观念也尝试了重大的影响，并且在现代化的建设中发挥着越来越重要的作用。
在进入21世纪后电力电子技术的应用得到了更加广泛的发展,对电力电子技术的研究更为重要起来。
主电路是采用晶闸管可控整流装置进行调速;控制电路是采用双闭环速度电流调节方法进行反馈。
系统采用调压调速的调速方法可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速。
双闭环速度电流调节这种方法虽然初次头次成本相对而言较高，但它保证了系统的性能，保证了对生产工艺要求的满足，它既兼顾了启动时的电流的动态过程，又保证稳态后速度的稳定性，在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。
达到稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用很好地满足了生产需要。
本设计的重点也就是对ASR和ACR的设计。
目录前言 (4)第一章设计方案要求及分析 (5)1.1 设计要求 (5)1.2 设计分析 (5)第二章电动机系统 (6)第三章单相全控桥式整流电路单元电路模块分析 (7)3.1 单相全控桥式整流电路 (7)3.2 电路参数计算分析 (8)3.3 晶闸管触发电路的设计 (9)3.4晶闸管电路对电网的影响 (10)3.5 晶闸管过电压保护电路的设计 (11)3.6晶闸管过电流保护电路的设计 (12)第四章设计体会与小结 (13)参考文献 (14)附录 (15)前言电力电子线路的基本形式之一，即交流—交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。
在进行交流—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。
其中，只改变电压、电流而而不改变交流频率的电路成为交流交流电力控制电路，包括交流调压电路，交流调功电路，交流电力电子开关等；在改变电压电流的同时，不需要该变其频率的交流—交流变频电路成为交交变频电路，即直接把一种频率的交流变频变换成另一种频率或可变的交流。
电力电子变流技术课程设计是对本门课程的总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一实际问题的基本训练，加深对该课程知识的理解。
根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容。
通过此次设计掌握单向桥式全控整流电路的工作原理，了解调数原理，掌握过零检测电路及控制电力等。
通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力:查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料的能力；方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力；迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
第一章设计方案要求及分析1.1 设计要求直流电动机参数：PN＝3KW，UN＝220V，IN＝16A，nN＝1500r/min，Ra＝0.2Ω，励磁：它励，励磁电压220V，电流过载倍数λ＝1.5，使用单相可控整流电路，工作于电动状态。
1.2 设计分析设计要求中提供的电动机为直流电动机，因此需要用到整流电路。
整流电路是电力电子电路中经常用的一种电路，它将交流电转变为直流电。
这里要求设计的主电路为单相全控桥式晶闸管电路，接电动机负载。
由于电动机是阻感负载，且工作时相当于反电动势负载，因此要分别予以分析考虑。
晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
在电力电子电路中，可能会出现一些突发情况，比如电压过大、电流过大、电压电流变化速率过快等等，这些都会使晶闸管烧坏，导致整个电路不能正常工作，因此，需要额外的设计保护电路对晶闸管进行过电压过电流保护，从而保证电力电子电路正常工作。
他励直流电动机是由其他直流电源单独供给励磁电流的电动机，它将直流电能转变为机械能。
从整个系统来看，单相桥式全控整流电路将交流电网中的交流电转变成直流电，直流电驱动直流电动机工作，但为了保护晶闸管正常工作，需要围绕晶闸管设计触发电路、过电压和过电流保护电路。
第二章 电动机系统晶闸管可控整流装置带电动机负载组成的系统，习惯上称为晶闸管直流电动机系统，是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一。
这里用到的控制电路为单相桥式全控。
图2-系统总体框图整流电路直流电压的平衡方程为：U I R E U d M d ∆++=∑式中，∑R 为电路总的阻抗，它包括变压器等效电阻、电枢电阻以及重叠角引起的阻抗。
第三章单相全控桥式整流电路单元电路模块分析3.1单相全控桥式整流电路在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT6组成一对桥臂，VT3和VT4组成另一对桥臂。
在U2正半周（即a点电位高于b点电位）,若4个晶闸管均不导通，负载电流i d为零，U d也为零，VTI、VT6串联承受电压U2，设VT1和VT6的漏电阻相等，则各承受U2的一半。
若在触发角α处给VT1和VT6加触发脉冲，VT1和VT6即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT6流回电源b端。
当U2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT6关断。
负半周，仍在触发角α处触发VT3和VT4（VT3和VT4的α=0位于ωt=π处），在u2VT3和VT4导通，电流从电源b端流出，经VT4、R、VT3流回电源a端。
到u过零时，2电流又降为零，VT3和VT4关断。
此后又是VT1和VT6导通，如此循环地工作下去，整流电压ud和晶闸管VT1、VT6两端电压波形分别如图3.1所示。
晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为√2/2 U2和√2U2。
图3.1单相桥式全控整流电路电阻性负载由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。
在U2一个周期内，整流电压波形脉动2次，脉动次数多于半波整流电路，该电路属于双脉波整流电路。
变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，如图3.2所示，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率也高。
3.2单相全控桥式整流带阻感负载时的工作波形从图中可看出，负载上的直流电压输出波形与单相半波时多了一倍，晶闸管的控制角可从0°～180°，导通角T θ为απ-。
晶闸管承受的最大反向电压为22U ，而其承受的最大正向电压为222U 。
3.2电路参数计算分析单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：①．输出电压平均值的计算公式：2cos 19.0)(sin 2122αωωππα+==⎰U t td U U d通常取晶闸管的DRM U （断态重复峰值电压）和RRM U （反复重复峰值电压）中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，额定电压要留有一定裕量，一般额定电压)(TN U 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压)(TM U 的2~3倍，即：TM TN U U )3~2(=②．负载电流平均值的计算公式：2cos 19.02α+==d d d d R U R U I晶闸管允许通过的额定电流有效值TN I 大于实际流过晶闸管电流最大有效值T I ，即：T AV T TN I I I >=)(57.1其中，)(AV T I 为通态平均电流d AV T KI I )2~5.1()(=其中，d I 为实际电流有效值。
③．输出电压的有效值的计算公式：παπαπωωππα-+==⎰2sin 21)()sin 2(1222U t d t U UU ≈301V④．负载电流有效值的计算公式：παπαπ-+=2sin 212d R U I⑤．流过每只晶闸管的电流的平均值的计算公式：2cos 145.0212α+==d d dT R U I I⑥．流过每只晶闸管的电流的有效值的计算公式：I R U t d t R U I d d T 2122sin 41)()sin 2(21222=-+==⎰παπαπωωππα⑦．晶闸管可能承受的最大电压为：22U U T M =3.3晶闸管触发电路的设计由于全控桥式整流电路带电动机负载，而电动机负载中含有电阻和电感，由于电动机电枢电感较小，基本可以不予考虑，但要保证电动机电流连续，则通常在电枢回路中串联一个平波电抗器，平稳负载电流的连续，保证整流电流在较大范围内连续。
这相当于在回路中串联了一个大电感。
因此设计触发电路时需要考虑到这一点。
这里设计的触发电路采用锯齿波同步触发电路，这种电路输出为双窄脉冲（也可输出单窄脉冲），它适用于对触发电路要求较高的晶闸管整流电路，比如全控桥式整流电路。
触发电路如图3.3。
图3.3触发电路3.4晶闸管电路对电网的影响随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置的应用越来越广泛，但电力电子装置也有其不好的地方，比如其带来的无功和谐波会对电网带来很不利的影响。
晶闸管作为一种电力电子装置，也难免会对电网产生不利影响，突出表现为以下几个方面。
晶闸管电路中产生的谐波对电网的危害包括：（1）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，甚至会使线路过热而发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作，例如使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热等等。
（3）谐波会引起电网中局部的并联谐振，从而使谐波放大，使危害大大加大，甚至引起严重事故。