双闭环直流调速系统课程设计 湖南工学院

《交直流调速系统》课程设计说明书
双闭环直流调速系统
院、部：电气与信息工程学院
学生姓名：
学号：
指导教师：
专业：
班级：
完成时间：
目录
TOC \o "1-3" \h \u HYPERLINK \l _Toc4537 交直流调速系统课程设计指导书...................................... PAGEREF _Toc4537 5 HYPERLINK \l _Toc16687 一、课程设计大纲PAGEREF _Toc16687 5
HYPERLINK \l _Toc23272 二、课程设计任务书PAGEREF _Toc23272 7
HYPERLINK \l _Toc30110 摘要.......... PAGEREF _Toc30110 11
HYPERLINK \l _Toc3400 1 绪论.......... PAGEREF _Toc3400 13
HYPERLINK \l _Toc28821 2直流调速系统的方案确定PAGEREF _Toc28821 14
HYPERLINK \l _Toc25280 2.1 系统技术数据及要求PAGEREF _Toc25280 14
HYPERLINK \l _Toc10040 2.2 调速系统的方案选择PAGEREF _Toc10040 14
HYPERLINK \l _Toc31571 2.2.1 主电路的选择PAGEREF _Toc31571
15
HYPERLINK \l _Toc811 2.2.2 触发电路的选择PAGEREF _Toc811
16
HYPERLINK \l _Toc25882 3主电路设计与计算PAGEREF _Toc25882 16
HYPERLINK \l _Toc282 3.1 主电路的设计 PAGEREF _Toc282 16
HYPERLINK \l _Toc7454 3.2整流变压器的设计PAGEREF _Toc7454 17
HYPERLINK \l _Toc6325 3.2.1变压器二次侧电压U
2
的计算..... PAGEREF _Toc6325 17
HYPERLINK \l _Toc6134 3.2.2 一次、二次相电流I
1、I
2
的计算.
PAGEREF _Toc6134 18
HYPERLINK \l _Toc24914 3.2.3变压器容量的计算PAGEREF _Toc24914 18
HYPERLINK \l _Toc6225 3.3晶闸管元件的选择PAGEREF _Toc6225 18
HYPERLINK \l _Toc16592 3.3.1晶闸管的额定电压PAGEREF _Toc16592 18
HYPERLINK \l _Toc2771 3.3.2晶闸管的额定电流PAGEREF _Toc2771 19
HYPERLINK \l _Toc7798 3.4 主电路的保护设计与计算PAGEREF _Toc7798 20
HYPERLINK \l _Toc6648 3.4.1 过电压保护PAGEREF _Toc6648 20
HYPERLINK \l _Toc8673 3.4.2 过电流保护PAGEREF _Toc8673 28
HYPERLINK \l _Toc463 3.4.3 缺相与无励磁或弱磁保护PAGEREF _Toc463 28
HYPERLINK \l _Toc1593 3.5 平波电抗器的计算PAGEREF _Toc1593 29
HYPERLINK \l _Toc10957 3.6 励磁电路元件的选择PAGEREF _Toc10957 31
HYPERLINK \l _Toc3147 4 触发电路的设计 PAGEREF _Toc3147 31 HYPERLINK \l _Toc3087 4.1 触发电路的选择PAGEREF _Toc3087 31
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HYPERLINK \l _Toc10811 4.2 同步变压器设计PAGEREF _Toc10811 33
HYPERLINK \l _Toc6330 4.3 控制电路的直流电源PAGEREF _Toc6330 33
HYPERLINK \l _Toc19941 5 双闭环的动态设计和校验 PAGEREF _Toc19941 34
HYPERLINK \l _Toc22881 5.1电流调节器的设计和校验PAGEREF _Toc22881 34
HYPERLINK \l _Toc28454 5.2转速调节器的设计和校验PAGEREF _Toc28454 36
HYPERLINK \l _Toc6554 6 系统MATLAB仿真PAGEREF _Toc6554 38 HYPERLINK \l _Toc22955 6.1 系统的建模与参数设置PAGEREF _Toc22955 38
HYPERLINK \l _Toc4896 6.1.1 系统的建模PAGEREF _Toc4896 38
HYPERLINK \l _Toc4598 6.1.2 模型参数设置PAGEREF _Toc4598 39
HYPERLINK \l _Toc2880 6.2 系统仿真结果的输出及结果分析PAGEREF _Toc2880 40
HYPERLINK \l _Toc6067 7 设计心得..... PAGEREF _Toc6067 42
HYPERLINK \l _Toc6067 参考文献........ PAGEREF _Toc6067 42
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交直流调速系统课程设计指导书
一、课程设计大纲
适用专业：电气自动化、电气工程及其自动化
总学时：2周
1.课程设计的目的
课程设计室本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过度到实践的桥梁作用。

因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的：
（1）通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程设计方面的基本知识、基础理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

（2）通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。

（3）通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

2.课程设计的要求
（1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

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（2）要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。

（3）要求会查阅有关参考资料和手册等。

（4）要求学会选择有关元件和参数。

（5）要求学会绘制有关电气系统图和编制元件明细表。

（6）要求学会编写设计说明书。

3.课程设计的程序和内容
（1）学生分组、布置题目。

首先将学生按学习成绩、工作能力和平时表现分成若干小组，每小组按优、中、差合理搭配，然后下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。

（2）熟悉题目、收集资料。

设计开始，每个学生应按教师下达的具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。

（3）总体设计。

正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图。

（4）主电路设计。

按选定的系统方案，确定系统主电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主电路的元件计算和选择任务。

（5）控制电路设计。

按规定的技术要求，确定系统闭环结构和调节器形式，画出系统控制电路原理图，选定检测元件和反馈系数，计算调节器参数并选择相关元件。

（6）校核整个系统设计，编制元件明细表。

（7）绘制正规系统原理图，整理编写课程设计说明书。

4.课程设计说明书的内容
（1）题目及技术要求；
（2）系统方案和总体结构；
（3）系统工作原理简介；
（4）具体设计说明：包括主电路和控制电路等；
（5）设计评述；
（6）元件明细表；
（7）系统原理图：A1或A2图纸一张。

5.课程设计的成绩考核
教师通过课程设计答辩、审阅课程设计说明书和学生平时课程设计的工作表现评定每个学生的课程设计成绩，一般可分为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，
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也可采用百分制相应记分。

二、课程设计任务书
为了便于教师组织课程设计，下面给出一个交直流调速系统课程设计参考课题，各校也可以根据实际情况自行选题。

（一）设计题目和设计要求
1.题目名称：十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计
在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。

其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。

每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。

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PAGE \* MERGEFORMAT 8 1Z2-9262230291
2Z2-91482302093Z2-82352301524Z2-81262301135Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.81450
7Z2-621123047.814500.96.3918
8Z2-618.5230379Z2-52623026.1机架序号电机型号P n (kW)U n (V)I n (A)n n (r/min)R a (Ω)P 极对数
1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-7219
82.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个
架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 电机型号P n (kW)U n (V)I n (A)n n (r/min)R a (Ω)P 极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721982.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个
架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：
P n (kW)U n (V)I n (A)n n (r/min)R a (Ω)P 极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-7219
82.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： U n (V)I n (A)n n (r/min)R a (Ω)P 极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721982.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： I n (A)n n (r/min)R a (Ω)P 极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721982.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.499Z2-52623026.1 1.1110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： n n (r/min)R a (Ω)P 极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721982.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13110Z2-51 4.218.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： R a (Ω)P 极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721982.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： P 极对数
1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z 23523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721982.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.800.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.1
1450 1.131Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-8223015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-72192305514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814509 6.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.1 3.926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-8235235214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9618Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501.13.9211051 4.223018.2514501.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 23029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-8235230129114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015210.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.1.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3912-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51414500.268.6012Z2-91482302090.358.0213Z2-8235152145031.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.71116Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z28.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.220.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.4364Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.761Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-61868.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3612Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-712Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-8123011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142314500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714505.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.482090.358.023Z2-82351520.431.364Z2-81261314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306110.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.2302090.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812620914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-81262301130.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.8817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919-52623026.11450 1.13.92110Z2-514.223018.2514501.23.431 本题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，部分电动机参数如表： 14500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-8126230113145027.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.80.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.52415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52626.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电机参数如表： 58.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4413Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621147.814500.96.3918Z2-618.52303714501.0 5.4919Z2-52623026.111.1 3.92110Z2-514.223018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数表： 3Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-7223082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-6211230414500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450352301520.431.3614Z2-812611314500.527.4415Z2-7219232.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.81423015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-72192308514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814506.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.1 3.9210Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 15214500.431.3614Z2-812611314500.527.445Z2-721923082.55500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110-514.223018.2514501.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 14500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.55145.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.390.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.7.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918-618.5230371450 1.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.3018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 31.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.14Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7612-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.503714501.05.4919Z2-52623026.114501.1 3.92110Z2-51 4.223018.2450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 4Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z
1142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.523714501.05.4919Z2-52623026.11450 1.13.92110Z2-514.223018.2511.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由形成的10个部分，各部分电动机参数如表： Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.550.711.7616Z2-2623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71146114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.523037145.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.2514501.231 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分，各部分电动机参数如表： 11314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-711423014500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303711314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-7114230610.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.523037 1.0519Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-51 4.223018.2514501.2 3.431本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部各部分电动机参数如表： 14500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-711423061145089.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.0 5.490.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.491952623026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，部分电动机参数如表： 27.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.815Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z 21123047.814500.96.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-526236.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.251450 1.23.431 本课题的十机连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动参数如表： 5Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-6123047.814500.9 6.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-526230214501.13.92110Z2-51 4.223018.2514501.2 3.431 本课题的十机架轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机数如表： Z2-721923082.550.711.7616Z2-7114230610.89.817Z2-621923082.5514500.711.766Z2-71142306114500.89.817Z2-6211230.814500.9 6.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501 3.92110Z2-514.223018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表23082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-62112304782.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.810.96.398Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52626.11450 1.1 3.14500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500..3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.9210.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.38Z2-618.5230371450 1.05.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z24.223018.251450 1.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 11.766Z2-71146114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3916Z2-71146114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-6Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-61230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.13.92110Z2-514.22301514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.303714501.05.4919Z2-52623026.114501.1 3.92110Z2-514.223018.142306114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.52302306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.5230370 1.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.25145016114500.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.52303714500 5.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.231 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的个部分，各部分电动机参数如表： 14500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.5230371450 1..4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.251450 1.23.430.89.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.5230371450 1.05.49Z2-52623026.11450 1.13.92110Z2-514.223018.251450 1.23.431本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部各部分电动机参数如表： 9.817Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.52303714501.0 5.49117Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z 2623026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各分电动机参数如表： 7Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-523026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部电动机参数如表： Z2-621123047.814500.9 6.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-523026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.2514501.23.431 本课题的机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分动机参数如表： 1123047.814500.9 6.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-526230114501.13.92110Z2-51 4.223018.2514501.2 3.431 本课题的十机架轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机数如表： 23047.814500.96.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.4501.1 3.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参如表： 47.814500.96.3918Z2-618.52303714501.0 5.4919Z2-52623026.11414500.9 6.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.11450 1..92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：0.9 6.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.13.910Z2-514.223018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 6.3918Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501.1 3.921
Z2-514.223018.251450 1.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：
18Z2-618.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z 1 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 8Z2-618.52303714501.0 5.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-5.223018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： Z2-618.52303714501.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-5123018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 8.5230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.2238.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 230371450 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.13.92110Z2-514.22301814501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 371450 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.250 1.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 1450 1.0 5.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.25145.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此成的10个部分，各部分电动机参数如表： 1.0 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.2514501.2431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分，各部分电动机参数如表： 5.4919Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.251450 1.23.4 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的个部分，各部分电动机参数如表： 19Z2-52623026.11450 1.1 3.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部各部分电动机参数如表：
PAGE \* MERGEFORMAT 9
10Z2-514.223018.2514501.23.431
本课题的十机架连轧机的每个机架对
应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：
本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：
本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：
2.技术数据 （1）电枢回路总电阻取 EMBED
Equation.KSEE3 \*
MERGEFORMAT ；总
飞轮力矩 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT。

（2）其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。

（3）要求：调速范围 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT ,静
差率 EMBED
Equation.KSEE3 \*
MERGEFORMAT ；稳
态无静差，电流超调量 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT ，电
流脉动系数 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT
；启动到额定转速时的
9Z2-52623026.114501.1 3.921
10Z2-514.223018.2514501.23.431
本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个
部分，各部分电动机参数如表：
Z2-52623026.114501.1 3.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个
部分，各部分电动机参数如表：
623026.11450 1.1 3.92110Z2-514.223018.2514501.23.431 本
课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的
10个部分，各部分电动机参数如表： 23026.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，
各部分电动机参数如表：
26.114501.13.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的
十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表：
1450 1.1 3.92110Z2-514.223018.2514501.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的
10个部分，各部分电动机参数如表： 1.1 3.92110Z2-51 4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连
轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动
机参数如表：
3.92110Z2-51
4.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机
的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参
数如表：
110Z2-514.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 10Z2-514.223018.251450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架应一套直流调速系统，由此形成的
10个部分，各部分电动机参数如表： Z2-514.223018.251450 1.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 4.223018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 23018.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 18.2514501.23.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 1450 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统由此形成的
10个部分，各部分电动机参数如表： 1.2 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由
形成的10个部分，各部分电动机参数如表： 3.431 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形
的10个部分，各部分电动机参数如表： 1 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的个部分，各部分电动机参数如表：
转速退饱和超调量 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 。

（4）要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。

（5）要求触发脉冲有故障封锁能力。

（6）要求对拖动系统设计给定积分器。

（二）设计的内容
1.调速的方案选择
（1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）。

（2）电动机供电方案选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控桥变流器供电方案）。

（3）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）。

（4）确定直流调速系统的总体结构框图。

2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路计算的章节）
（1）整流变压器计算。

二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。

（2）晶闸管元件的选择。

晶闸管的额定电压、电流计算。

（3）晶闸管保护环节的计算。

①交流侧过电压保护；②阻容保护、压敏电阻保护计算；③直流侧过电压保护；④晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；⑤过电流保护；
交流侧快速熔断器的选择；与元件串联的快速熔断的选择；直流侧快速熔断器的选择。

（4）平波电抗器计算
3.触发电路的选择与校验（可参考“电力电子技术”中有关触发电路的章节）
触发电路的种类较多，可直接选用，触发电路中元件参数可参照有关电路进行选用，一般不用重新计算。

最后只需要根据主电路选用的晶闸管对脉冲输出级进行校验，只要输出脉冲功率满足要求即可。

4.控制电路设计计算
主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数计算（可参照本教材第一章有关内容）等。

5.双闭环直流调速系统的动态设计
主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅教材第二章中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关内容。

PAGE \* MERGEFORMAT 10
（三）系统的计算仿真
对所设计的系统进行计算机仿真实验，即可用面向传递函数的MATLAB仿真方法，也可用面向电气系统报告原理结构图的MATLAB仿真方法。

（四）设计提交的成果材料
（1）设计说明书一份，与任务书一并装订成册；
（2）直流调速系统电气原理总图一份（用1号或2号图纸绘制）；
（3）仿真模型和仿真结果清单。

摘要
本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。

但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。

本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。

关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真
Abstract
This paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental results can be accurate visual observation of speed - current double closed-loop speed control system startup process can be designed to facilitate the regulation of the various parameters and control strategies and to analyze their multi-system performance and achieved good results. But how to handle the speed control and current control between the relationship? After repeated study and practice, and finally found that if in the system set up two regulators, respectively, regulate speed and current in series connection between the practice, that is, the output of speed regulator as the input current regulator ACR, and then current regulator's output as the control voltage thyristor triggering device, then the regulatory role of these two will be able to complement one another by.
In this paper, MATLAB software components of the simulink pairs of closed-loop speed control system of the DC simulation results show that the application of MATLAB for system simulation is convenient, efficient and high reliability.
Key words:Double-Loop DC Motor Control systems, thyristor, DC motors, MA TLAB, simulation
第1篇直流电动机调速系统的设计
1 绪论
在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。

随着工艺技术的不断发展，各种生产机械根据其工艺特点，对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种不同的要求，这些不同的工艺要求，都是靠电动机及其控制系统和机机械传动装置实现的。

可见各种拖动系统都是通过控制转速来实现的，因此，调速控制技术是最基本的电力拖动控制技术。

由于直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转及调速等性能，目前在调速领域中仍占主要地位。

按供电方式，它可分交流机组供电、水银整流供电和晶闸管供电三类。

晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。

因此，在国内外已取代了其他两种供电方式。

目前，我国的直流调速控制主要在以下几个方面进行着研究。

①提高调速的单机容量。

我国现有最大单机容量为7000kW，国外单机容量已达14500kW。

②提高电力电子器件的生产水平，增加品种。

20世纪50年代末出现的无自关断能力的半控型普通晶闸管是第一代电力电子器件。

70年代以后，出现了能自关断
的全控型器件，如电力晶体管（GTR ）、门极可关断晶闸管（GTO ）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）、电力场效应管（MOSFET ）、静电感应晶体管（SIT ）和静电感应晶闸管（SITH ）等称之为第二代电力电子器件，使得变流器结构变得简单、紧凑。

80年代后，出现了电力集成电路（PIC ），属于第三代电力电子器件，在PIC 中，不仅含有主电路的器件，而且把驱动电路以及过压、过电流保护、电流检测甚至温度自动控制等电路都集成在一起，形成一个整体。

当今，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。

③ 提高控制单元水平。

目前国内使用较多的仍是小规模集成运放和组件构成的交直流调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的，目前，国外的第四代产品以微处理机为基础，具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。

2直流调速系统的方案确定
2.1 系统技术数据及要求
技术数据：直流电机额定功率P N =48KW ；额定电压 EMBED Equation.3 \* MERGEFORMAT =230V , 额定电流I N =209A,极对数2P=2,转速n n =1450r/min ；电枢电阻Ra=0.3Ω ,励磁电压U L =220V , 励磁电流I L =1.6A 。

设计要求：系统调速范围D=10,静差率S ≤ 5%；稳态无静差，电流超调量σi
≤ 5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量≤10%。

2.2 调速系统的方案选择
因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。

并设有电流反馈，以提高电机的动态快速性以及进行限流保护。

调速系统的结构框图如图2-1所示。

转速 调节器 触发器 -
EMBED Equation.DSMT4 \
EMBED Equation.DSMT4 \* MERGE EMBED Equation.DSMT4 \* MERGEFORMAT
转速 调节器 电流反馈
与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈
电压
EMBED Equation.DSMT4 \* MERGEFORMAT ，与给定电压
EMBED
Equation.DSMT4 \* MERGEFORMAT 相比较后，得到转速偏差电压
EMBED
Equation.DSMT4 \* MERGEFORMAT
，经转速调节器放大后，作为电流调节器的给
定，与电流反馈信号相减后得到电流偏差
EMBED Equation.DSMT4 \* MERGEFORMAT ，经电流调节器放大后，去控制触发器的导通角，从而改变输出电压，达到变压调速的目的。

2.2.1 主电路的选择
一般说来，对晶闸管整流装置在整流器功率很小时（4KW以下），用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。

这样可以减小负载电流的脉动。

由于所提供的电动机为10KW。

故主电路采用三相整流电路。

在三相整流电路中，主要有三相零式整流电路、三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路。

三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V电压的用电设计直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。

但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。

因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大。

而三相全控桥式整流电路，在输出电流和电压相同时，电源相电压可较三相零式整流电路小一半。

因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。

变压器二次绕组电流中没有直流分量，种用率高。

输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可以小一些。

三相全控桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380电网直接供电，而要用整流变压器。

三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电。