电机自动控制课程设计.

河南工程学院

课程设计

十机架连轧机分部传动直流

调速系统的设计

学生姓名：

学院：电气信息工程学院

专业班级：电气工程及其自动化1321 学号： 2

专业课程：自动控制系统

指导教师：

2014 年12 月26 日

课程设计成绩评定标准及成绩

等级：（优秀、良好、中等、及格、不及格）评阅人：职称：

日期：年月日

摘要 (1)

1 绪论 (2)

1.1 直流调速系统的概述 (2)

1.2 课程设计的目的 (2)

1.3 课程设计的技术要求 (3)

2 直流调速系统的总体方案设计 (4)

2.1 电动机的选择 (4)

2.2 电动机供电方案的选择 (4)

2.3 系统结构的选择 (4)

3 直流调速系统的主电路与动态设计 (7)

3.1 主电路设计及参数计算 (7)

3.1.1 整流变压器的设计与计算 (7)

3.1.2 晶闸管的选择与保护 (8)

3.1.3 平波电抗器的计算 (11)

3.1.4 触发电路的选择与校验 (13)

3.2 直流调速系统的动态设计 (15)

3.2.1 电流环(ACR)的设计 (15)

3.2.2 转速环(ASR)设计 (17)

4 直流调速系统的MATLAB/SIMULINK仿真 (19)

4.1 MATLAB仿真软件介绍 (19)

4.2 系统的建模及参数计算 (19)

4.3 系统仿真及结果分析 (22)

结束语 (26)

参考文献 (27)

附录 (28)

直流调速系统具有调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能的特点，广泛应用于直流电力拖动系统。连轧是金属压力加工行业中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。对于连轧机的调速是十分重要的，本设计采用双闭环直流调速系统对Z2—72电机进行调速，以满足要求。

该系统采用转速、电流双闭环控制直流调速系统。双闭环调速具有良好的性能，应用广泛。整个系统采用V—M系统，通过六路脉冲器控制晶闸管组成的整流装置，使之输出变化的电压达到调速的目的。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，根据要求可设置PI调节器，在系统中设置两个调节器，即ASR和ACR，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MATLAB对整个调速系统进行了SIMULINK仿真分析，观察仿真结果是否满足要求。

关键词：直流调速调速，转速和电流调节器, MATLAB/SIMULINK仿真

1 绪论

近年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。以晶闸管整流装置取代了直流发电机电动机组及水银整流装置，同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

1.1直流调速系统的概述

双闭环直流调速系统即速度和电流双闭环直流调速系统，是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，可以实现转速的无静差调速。又采用电流截止负反馈环节，限制了起（制）动时的最大电流。这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已经能满足要求。但是由于电流截止负反馈限制了最大电流，加上电动机反电势随着转速的上升而增加，使电流到达最大值后迅速降下来，这样，电动机的转矩也减小了，使起动加速过程变慢，起动的时间比较长。在这些系统中为了尽快缩短过渡时间，所以就希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而转速可直线迅速上升，使过渡过程的时间大大的缩短。另一方面，在一个调节器的输出端有综合几个信号，各个参数互相调节比较困难。为了克服这一缺点就应用转速，电流双闭环直流调速系统。

1.2课程设计的目的

(1) 通过课程设计，进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基础知识、基本理论和基本技能。

(2) 通过课程设计，独立完成一项直流调速系统课题的基本设计工作。

(3) 通过课程设计，使熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养工程绘图和编写设计说明的目的。

1.3课程设计的技术要求

(1) 电枢回路总电阻取；总飞轮力矩

(2) 其它参数可参考教材中“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D=10,静差率；稳态无静差，电流超调量，空载起动到额定转速时。

(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) 要求对拖动系统设置给定积分器。

2直流调速系统的总体方案设计

2.1电动机的选择

根据任务的安排，我们组分的是第五台机架连轧机，此机架连轧的电动机的型号是Z2-72，其具体参数为表2.1所示。

表2.1第5组电机参数表

电机型号(KW) (V) (A) (r/min) (Ω)() P极对数

Z2-72 19 230 82.55 1450 0.7 3.05 11.76

2.2电动机供电方案的选择

三相全控桥式整流器电路采用共阴极接法的三相半波和共阳极接法的三相半波的串联组合，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流，因此变压器绕组中没有直流磁通，且每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器的利用率，且直流侧脉动较小，元件利用率较好，无直流磁化同时波形畸变较小。

在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压。由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。

2.3系统结构的选择

方案一：开环直流调速系统

开环调速系统是调节转速给定电压，即可改变晶闸管触发电路的触发延迟角，从而调节晶闸管整流器的空载整流电压和电枢电压，也就改变了转速。如图2.1为开环系统原理框图。