毕业--10kw直流电动机不可逆调速系统设计汇编(完整版)资料.doc
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1、毕业-10kw直流电动机不可逆调速系统设计汇编(完整版)资料(可以直接使用,可编辑 优秀版资料,欢迎下载)10kW直流电动机不可逆调速系统设计作者姓名:专业名称:电气工程及其自动化指导教师:摘要直流电动机具有良好的起制动性能,易于在广泛范围内平滑调速,在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟,而且从反馈闭环控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看,电力拖动自动控制系统有调速系统,位置随动系统,张力控制系统,多电动机同步控制系统等多种类型,而各种系统往往都是通过控制转速来实现的,因而调速系统是最基本的拖动控制
2、系统。本文重点研究了用电力电子所学知识,实现一台220V,10KW,1000r/min的直流电动机不可逆调速控制技术。详细介绍了直流电动机不可逆调速硬件电路部分,详细的阐述了控制系统硬件电路结构、工作原理、电子元器件规格,型号的选取、系统保护设计、硬件抗干扰设计等。关键词:直流电动机 电力电子 双闭环调速AbstractDC motor with braking from a good performance, a broad range of easy to smooth speed control, which require high performance in the field o
3、f controlled electric drive has been a wide range of applications. DC Drag control system in theory and practice more mature, and the closed-loop feedback control from the point of view, it is dragging the exchange control system, therefore, should first master the DC system. Control of production m
4、achinery from the physical demands, the electric drive speed control system of automatic control systems, position servo system, tension control system, multi-motor synchronous control system and so many types, and are often a variety of systems by controlling the speed to achieve, so speed control
5、system is the most basic drag control system. This article focuses on the use of power electronic learning, the achievement of a 220V, 10KW, 1000r/min irreversibility of the DC motor speed control technology .Details of irreversible DC motor speed control circuit of the detailed circuit of the contr
6、ol system hardware structure, working principle, the specifications of electronic components, model selection, the design of system protection, anti-hardware design. DC Motor In this paper, structure, working principle, the basic equation, mechanical characteristics and speed control methods, do not
7、 constitute reversible speed control system and control system software design part done a brief introductionKeywords: DC Motor, Speed Control, Power Electronics目录摘要IAbstractII目录III绪论11系统方案的选择21.1 直流电动机概述21.2整流电路简介21.3 电动机供电方案的选择31.4 触发电路的选择31.5反馈方式的选择42主电路计算62.1 整流变压器计算72.2 晶闸管元件的选择82.3 晶闸管保护环节的计算8
8、2.4 电抗器的参数计算102.5 励磁电路元件的选择103 触发电路的选择124 反馈电路参数选择与计算154.1 测速发电机的选择154.2 电流截止反馈环节的选择164.3 调速静态精度的计算164.4 给定环节的选择184.5 控制电路的直流电源195 调试及电路参数修改205.1接线和布线检查215.2相序检查215.3检查同步电压与主电压的相位关系215.4放大器的检查225.5触发电路的调整225.6电阻性负载调试225.7电动机负载调试23结论25致谢26参考文献27附件 电气原理总图28绪论近年来,随着电子技术的发展及其应用技术的进步,单片微型机的高速发展。外围电路元件专用集
9、成器件的不断出现,使得直流电动机控制技术有了显著进步。直流电机的控制与调速技术的发展是与控制器件的发展紧密相连的。数字技术的飞速发展,将计算机与直流电机的控制系统相结合,使得直流电机被广泛的应用在各种领域。电机是进行电能与机械能交换的机器。在工业、农业、运输和国防上广泛应用它来拖动工作机械。较先进的工作机械和生产工艺普通要求对电机的转速实行自动控制,直流电机一直以来,以其调速性能为:起动转矩大,能获得宽范围的调速等优点。被广泛应用在要求调速指标高的各种机械上。正是基于对小功率直流电机调速系统的优越性的认识,本设计即运用小功率直流电动机调速系统。直流电动机具有良好的起制动性能,能大范围内平滑调速
10、,因而在可控的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流调速系统现已具有较完整的理论和较成熟的实践。这种调速方式正是适应了自动调速系统向微型化、集成化和电机控制装置一体化的发展方向,具有较高的实际应用价值。论文概括:调速系统方案选择主电路选择与计算控制电路选择与计算调速系统静态精度计算绘制电气系统原理图及部件图调试、修改电气参数1系统方案的选择1.1 直流电动机概述直流电动机是由直流电源供电,将直流电能转换为机械能,从而拖动生产机械完成生产任务。它有良好的启动性能和调速特性,因此在启动、调速性能要求高的场合,如电车、轧钢机等常常选用直流电动机拖动。按励磁方式可分为自励、他励和永磁三类。其特点是:(一
11、)调速性能好。所谓“调速性能”,是指电动机在一定负载的条件下,根据需要,人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下,实现均匀、平滑的无级调速,而且调速范围较宽。(二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此,凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械,例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等,都用直流电动机拖动。1.2整流电路简介整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后,主电路多用硅整流二极管和
12、晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离(可减小电网与电路间的电干扰和故障影响)。整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。后两种电路按其控制方式又可分为相控整流电路和斩波整流电路。相控整流电路由于采用电网换相方式,不需要专门的换相电路,因而电路简单、工作可靠,得到广泛应用。但相控整流电路在控制用较大时,功率因数较低,网侧电流谐波含量较大。因而在大功率调速传动中,低速运行时,采用斩控整流电路可解决功率因数变坏的问题。单相
13、可控整流电路的交流侧接单相电源,当整流负载容量较大,或者要求直流电压脉动较小时,应采用三相整流电路。1.3 电动机供电方案的选择由于电机的容量较大,又要求电流的脉动小,故选用三相全控桥式整流电路供电方案.。电动机额定电压为220V,为保证供电质量,应采用三相减压变压器将电源电压降低。为避免三次谐波电流对电源的干扰,主电压器采用D/Y联结。因调速精度要求较高,故选用转速负反馈调速系统。采用电流截止负反馈进行限流保护,出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。为使线路简单,工作可靠,装置体积小,宜选用KJ004组成的六脉冲集成触发电路。该系统采用减压调速方案,故励磁应保持恒定。励磁绕组采用三相不控
14、桥式整流电路供电,电源可从主变压器二次侧引入。为保证先加励磁后加电枢电压,主接触器点应在励磁绕组通电后方可闭合,同时设有弱磁保护环节。1.4 触发电路的选择晶闸管触发电路的形式很多,常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路,等等。单结晶体管又叫双基极二极管,是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件。 单结晶体管组成的触发脉冲产生电路在今天大家制作的调压器中已经具体应用了。为了实现整流电路输出电压“可控”,必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内,触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同,这种相互配合的工作方式,称为触发脉冲与电源同步。本
15、设计所选用的直流电动机容量较小,通过晶闸管的电流不会超过50A,故可采用电路简单,成本低的单结晶体管触发电路。为实现自动控制,且要同时触发两只阴极不接在一起的晶闸管,可采用由晶体管代替可变电阻的单结晶体管触发电路,用具有两个二次绕组的脉冲变压器输出的脉冲。1.5反馈方式的选择晶闸管直流调速系统的静态指标是指系统的调速范围D和静差率S。由于各类生产机械的工艺要求不同,对系统提出的静态技术指标也往往有所不同。其中:调速系统的调速范围D和静差率S及静态转速降落是相互关联的。对直流调速系统来说,D、S是提出的静态指标要求,系统方案必须予以满足。晶闸管调速系统的动态指标是指系统在稳定的前提下对阶跃给定信
16、号的跟随性能指标和在扰动信号作用下的抗扰性能指标。在调速系统中负载扰动和电网电压扰动是最常见的扰动量,其中以负载扰动为主。次要扰动以负反馈闭环加以抑制。转速降n和静差率S只能反映系统空载和满载两种稳态下的差别,并不能反映负载变化对系统动态过程的影响,只有用系统的抗扰性能才能反映负载变化(即扰动)对系统动态过程品质的影响。直流电动机全电压起动时,如果没有采取专门的限流措施,会产生很大的冲击电流,这不仅对电动机换向不利,对于过载能力低的晶闸管等电力电子器件来说,更是不允许的。为了解决反馈控制单闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题,系统中必须设有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制的基本概念,要维
17、持某个物理量基本不变,只要引入该物理的负反馈就可以了。所以,引入电流负反馈能够保持电流不变,使它不超过允许值。但是,电流负反馈的引入会使系统的静特性变得很软,不能满足一般调速系统的要求,电流负反馈的限流作用只应在起动和堵转时存在,在正常运行时必须去掉,使电流能自由地随着负载增减。这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈叫做电流截止负反馈。电压负反馈用来控制电压的变化,一般实际用于稳压作用。当输入信号增大时,用来减小电压,反之,输入电压减小时,用来增益电压.。负载要求D10,S5,则系统应满足的转速降 (1-1)电动系数 (1-2) (1-3)已远远大于调速指标要求的5.26r/min,必须
18、再加上电流正反馈来补偿它,故最后确定采用电压负反馈及电流正反馈的调速方案。为了能实现高速启动,还必须加上电流截止环节。直流调速系统框图如图1.1所示。图1.1 直流调速系统框图2主电路计算主电路采用的是三相全控桥式整流电路,如图2.1所示。图2.1 晶闸管整流电路2.1 整流变压器计算(1) 的计算查设计手册可得: (2-1)查得A2.34,取0.9,角考虑10的裕量,则。 (2-2)故取电压比 (2-3)(2) 一次侧和二次侧相电流I1和I2的计算查得,所以(3) 变压器的容量计算由设计手册可得 (2-4)考虑励磁功率,取 。2.2 晶闸管元件的选择(1)晶闸管的额定电压由设计手册得 (2-
19、5)取(2) 晶闸管的额定电流查得,K0.367,根据设计手册式有 (2-6)取。故选用型号为KP50-7晶闸管元件。2.3 晶闸管保护环节的计算(1) 交流侧过电压保护 阻容保护由设计手册式可得 (2-7)耐压故选用CZJD-2型金属化纸介电容器,电容量20uF,耐压250V。,取2.2。 (2-8)因此,可选2.2、5W的金属膜电阻。 压敏电阻的选择(RV1)由设计手册得 (2-9)通过查询相关产品参数目录,取电压为220V,通流量为5kA,由此选用的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。(2) 直流侧过电压保护故选用MY430/3压敏电阻作为直流侧过电压保护。(3) 晶闸管两端的过电压保护表2
20、.1 晶闸管过电压保护表元件容量(A)1020501002005001000C()0.10.150.20.250.51.002.00R()2100查得:。电容耐压选CZJD-2型金属化纸介电容,电容量0.22uF,耐压400V。 (2-10)取,1W金属膜电阻。(4) 过电流保护本系统除采用电流截止反馈环节做限流保护外,还设有与元件串联得快速熔断器作过载和短路保护,用过流继电器切断故障电流。 快速熔断器的选择通过晶闸管电流有效值为,故选用RLS-50的熔断器,容体电流为50A。 过电流继电器的选择根据负载电流为55A,可选用吸引线圈电流为100A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器,
21、整定电流可取1.2555A=70A。2.4 电抗器的参数计算(1) 使电流连续的临界电感值 查表得取,则 (2-11)(2) 限制电流脉动的电感量 按(2-10)并查表得取,则(3) 变压器漏电感量LT 按(2-10)并查表得取,则(4)实际串入电抗器电感量Ld 已知电动机电感量为LD7mH,则 (2-12)2.5 励磁电路元件的选择整流二极管耐压值与主电路晶闸管相同,故取700V,额定电流取a0查得K0.367,则 (2-13)可选用ZP型3A、700V二极管。3 触发电路的选择普通晶闸管是半控型电力电子器件。为了使晶闸管由阻断状态转入导通状态,晶闸管在承受正向阳极电压的同时,还需要在门极加
22、上适当的触发电压。控制晶闸管导通的电路称为触发电路。触发电路常以所组成的主要元件名称进行分类,包括简单触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器和计算机控制数字触发电路等。控制GTR、GTO、功率MOSFET、IGBT等全控型器件的通断则需要设置相应的驱动电路。基极(门极、栅极)驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口。采用性能良好的驱动电路,可使电力电子器件工作在较理想的开关状态,缩短开关时间,减少开关损耗。另外,许多保护环节也设在驱动电路或通过驱动电路来实现。 触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。为了充分发挥电力电子器件的潜力、保证装置的正常运行,必须正确
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