交直流调速系统课程设计

目录

交直流调速课程设计任务书 (2)

前言 (4)

关键词 (4)

交直流调速课程设计说明书 (5)

一、总体方案的确定 (5)

1.1 现行方案的讨论与比较 (5)

1.2 选择PWM控制系统的优越性 (6)

1.3采用转速电流双闭环的理由 (6)

1.4起动过程电流和转速波形 (9)

1.5 H桥双极式逆变器的工作原理 (9)

1.6 PWM调速系统静特性 (11)

二、双闭环直流调速系统的硬件结构 (12)

2.1主电路 (13)

2.2 电流调节器 (14)

2.3转速调节器 (14)

2.4控制电路设计 (15)

2.5、控制环节电源设计 (16)

2.6、限幅电路 (16)

2.7转速检测电路 (17)

2.8、电流检测电路 (17)

2.9、泵升电压限制 (18)

三、电机参数及设计要求 (19)

3.1电路基本信息如下： (19)

3.2计算反馈关键参数 (19)

四、课程设计心得体会 (23)

五、系统主要硬件结构图 (24)

参考文献： (25)

交直流调速课程设计任务书

一、题目：双闭环可逆直流PWM调速系统设计

二、设计目的

1、对先修课程（电力电子学、自动控制原理等）的进一步理解与运用

2、运用《电力拖动控制系统》的理论知识设计出可行的直流调速系统，通过建模、仿真验证理论分析的正确性。也可以制作硬件电路。

3、同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。达到综合提高学生工程设计与动手能力的目的。

三、系统方案的确定

自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能（动、静）→电机参数→主电路→控制方案”（系统方案的确定）→“系统设计→仿真研究→参数整定→直至理论实现要求→硬件设计→制板、焊接、调试”等过程，其中系统方案的确定至关重要。为了发挥同学们的主观能动作用，且避免方案及结果雷同，在选定系统方案时，规定外的其他参数由同学自已选定。

1、主电路采用二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器;

2、速度调节器和电流调节器采用PI调节器；U*nm=U*i m =U cm=10V

3、机械负载为反抗性恒转矩负载，系统飞轮矩（含电机及传动机构）GD2 ＝1.5Nm2；

4、主电源：可以选择三相交流380V供电，变压器二次相电压为52V；

5、他励直流电动机的参数：见习题集【4-19】（p96）n N=1000r/min，电枢回路总电阻R=2Ω，电流过载倍数λ=2；

6、PWM装置的放大系数K s=11；PWM装置的延迟时间T s=0.4ms。

四、设计任务

a)总体方案的确定；

b)主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；

c)系统原理图、稳态结构图、动态结构图、主要硬件结构图；

d)控制电路设计、原理分析、主要元件/参数的选择；

e)调节器、PWM信号产生电路的设计

f)检测及反馈电路的设计与计算；

五、课程设计报告的要求：

1、不准相互抄袭或代做，一经查出，按不及格处理；

2、报告字数：不少于8000字（含图、公式、计算式等）。

3、形式要求：以《福建农林大学本科生课程设计》（工科）的规范化要求撰写。要求文字通顺、字迹工整、公式书写规范。报告书上的图表允许徒手画，但必须清晰、正确且要有图题。

4、必须画出系统总图，总图不准徒手画，电路图应清洁、正确、规范。未进行具体设计的功能块允许用框图表示，且功能块之间的连线允许用标号标注。

六、参考资料

1、电气传动控制系统设计指导李荣生主编机械工业出版社2004.6

2、新型电力电子变换技术陈国呈中国电力出版社

3、电力拖动自动控制系统，上海工业大学陈伯时，机械工业出版社

4、电力电子技术王兆安黄俊主编机械工业出版社2000.1

前言

在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。目前国内各大院校，科研单位和厂家也都在开发直流调速装置，但大多数调速技术都是结合工业生产中，而在民用中应用相对较少，所以应用已有的成熟技术开发性能价格比高的，具有自主知识产权的直流调速单元，将有广阔的应用前景。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。目前，直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。

本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。首先提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。

关键词：直流调速；双闭环；PWM；直流电机

交直流调速课程设计说明书

一、总体方案的确定

1.1 现行方案的讨论与比较

直流电动机的调速方法有三种：

（1）调节电枢供电电压U 。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从

电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的

系统来说，这种方法最好。

a I 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。

（2）改变电动机主磁通 。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行

调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。

f I 变化时间遇到的时间常数同a I 变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。

（3）改变电枢回路电阻R 。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，

操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么

调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。

改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性

能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压

调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速

的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往

以调压调速为主速。

改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门

的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：

（1）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。

（2）静止可控整流器。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生

可调的直流电压。

（3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直

流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。