转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的设计(电机型号Z2-52-1额定转速1500rmin)

沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的设计（电机型号Z2-52-1/额定转速1500r/min）系别自控系班级电自092学生姓名安胜功学号18指导教师田卫华职称副教授课程设计进行地点：F-202，图书馆任务下达时间：2011年11月28日起止日期：2011年11月28日起——至2011年12月2日止教研室主任年月日批准1.设计的原始资料（1）直流电动机型号及参数型号nP(KW)nU(V)nI(A)Nn(r/min)2aGD(kg·m2)极对数pZ2-52-17.511082.215004.01（2）折合到电动机轴上的总飞轮矩：225.2aGDGD（3）电枢电阻估算：2aRR，212(~)23nnnanUIPRI。2.设计的主要内容及要求（1）熟悉题目并收集资料：明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等。（2）主电路设计:确定主电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主电路元件的计算和选择。（3）控制电路设计：确定调节器形式，画出电路原理图，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。（4）校核整个系统设计。（5）绘制系统总原理图。（6）编制元件明细表。指标要求：稳态指标：无静差；动态指标：%10%;%10%in（按退饱和方式计算）主电路形式要求：20NPkW，采用单相桥式全控整流电路；2050NkWPkW，采用三相半波可控整流电路；50NPkW，采用三相桥式全控整流电路。3.设计说明书撰写内容、格式的要求（1）题目、目录、原始数据及技术要求等；（2）具体设计说明，包括主电路及控制电路设计步骤说明及相关图形；（3）系统总原理图；（4）元件明细；（5）参考文献。4.设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求（1）程设计说明书；（2）附图包括：a.主电路原理图b.双闭环直流调速系统的静、动态结构图c.ASR、ACR的电路原理图d.转速环、电流环等效动态结构图e.系统总原理图5.时间进度安排：顺序阶段日期计划完成内容备注111.28明确设计任务，收集相关资料211.29主电路设计及元件选择311.30控制电路设计及元件选择412.1设计校核及绘图512.2撰写课程设计说明书6.主要参考资料（文献）。1．《交直流调速系统》史国生赵家璧，化学工业出版社2．《自动控制系统》刘建昌冶金工业出版社3．《电力拖动自动控制系统》第二版陈伯时机械工业出版社4．《电力电子设计手册》王兆安机械工业出版社沈阳工程学院直流拖动控制系统课程设计成绩评定表系（部）：自控系班级：电自092学生姓名：安胜功指导教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12）分加权分合计指导教师签名：年月日评阅教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评阅教师签名：年月日课程设计总评成绩分目录一.主电路设计…………………………………………………………………………1（一）主电路原理图………………………………………………………………..1（二）整流变压器的计算与选择………………………………………....………..1（三）整流元件的计算与选择………………………………………………………3（四）电抗器的计算与选择..………………………………………………………3(五)电阻的计算……………………………………………………………………….5(六)时间常数的计算………….………………………………………………………6(七)保护元件的选择和计算……………………………………...…………………6二．控制电路设计……………………………………………………………………..9（一）电流环的设计…………………………………………………....…………..9（二）转速环的设计…………………………………………………………….…11（三）双闭环调速系统的动，静态结构图…………………………..………14.（四）触发电路……………………………………………………….………..…15.（五）系统总原理图…………………………………………………………….…16三.元器件的选择……………………………………………………………………..17四.设计总结…………………………………………………………………………..18参考文献……………………………………………………………………………….19转速、电流双闭环不可逆直流调速系统原理图一、主电路设计主电路采用单相变压器，经单相全控桥晶闸管整流电路为电动机供电（一）主电路原理图（二）整流变压器的计算与选择1.整流变压器的电压整流变压器的一次侧直接与电网相连，即一次侧电压等与电网电压。所以1U=220V，整流变压器的二次侧电压2U与整流电路形式、电动机额定电压nU、晶闸管装置压降、最小控制角min及电网电压波动系数ε有关，可按下式近似计算21.10110141.1V31.10.92znKUUAB式中ZK----为安全系数，一般取为1.05—1.10左右；ε----为电网电压波动系数，一般为0.9—1.1，在此取；A----为计算系数，此处取0.9；B----为计算系数，min3cos2aB。2.整流电压器电流22182.282.2nIKIAA12111141.182.252.7220nKUIIAU表1-1整流变压器的计算系数选择（电感负载,取min30）计算系数单相全控桥三相半波可控三相全控桥三相半控桥A=02dUU0.91.172.342.34B=0ddUU32323223422nKII10.5770.8160.81611nKII10.4720.8160.8163.整流变压器容量121mm22221141.182.211590SmUIVA1111122052.711594SmUIVA56121111590115941159222SSSVA式中1m、2m—分别为一次侧与二次侧绕组的相数。（三）、整流元件的计算与选择正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低成本。选择整流元件主要是合理的选择它的额定电压knU和额定电流（通态平均电流）TI他们与整流电路形式、负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角的大小等因素有关。一般按0计算，且同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。1.整流元件的额定电压整流元件的额定电压knU与元件实际承受的最大峰值电压mU有关，即222141.1199.5mUUV2~3knmUU式中2~3为安全系数，取安全系数为3，则33199.5598.5knmUUV2.整流元件的额定电流整流元件的额定电流TI与最大的负载电流mI有关，即式中1.582.2123.3mnIIA1.5~2.0TfbmIKI式中fbK为计算系数，1.5~2.0为安全系数，取安全系数为2.0，则2.02.00.45123.3111TfbmIKIA表1-2整流元件的计算系数fbK。计算系数负载形式单相桥式三相半波三相桥式fbK（=0）电阻负载0.50.3740.368fbK（=0）电感负载0.450.3670.367(四)、电抗器的计算与选择为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通常需在直流侧串联带有空气系的铁芯电抗器，其主要参数为额定电流nI和电感量kL。1.用于限制输出脉动的临界电感mL（单位为mH）3321.2141.1101032.8223.1410010%82.2umdinSULmHfSI式中iS-----为电流脉动系数，取10%uS-----为电压脉动系数,取1.2；df-----为输出脉动电流的基波频率，取100(单位为Hz)。uS与df与电路的形势有关。2．用与保证电流连续的临界电感iL（单位为mH）min20%20%82.216.44nIIA12min2.85141.124.516.44lKULmHI式minI----为要求的最小负载电流平均值，取20%nI（单位为A）；1K----为计算系数，此处取2.85。3．直流电动机的漏电感aL（单位为mH）33811010103.6221150082.2DnapnnKULmHnnI式中，DK为计算系数，对于一般无补偿绕组的电动机，DK=8—12；对于快速无补偿绕组的电动机，DK=6—8；对于有补偿绕组的电动机，DK=5—6，在此选DK=8，其余参数均为电动机额定值。4．折合到整流变压器二次侧的每相漏电感BL（单位为mH）2%3.18141.15%0.002710010082.2BkBnKUuLmHI式中%ku----为变压器的短路比，一般取为5%；BK----为计算系数，此处取3.18。5．实际应串入的平波电抗器的电感kL（单位为mH）式中，max（mL，iL）表示取最大值。6．电枢回路总电感kL（单位为mH）229.23.620.002732.8kaBLLLLmH以上各式中的未定系数均列于表1-3中计算系数单相全控桥三相半波三相全控桥df/zH100150300uS1.20.880.461K2.851.460.693BK3.186.753.9（五）电阻的计算221111082.275000.1142282.2nnnanUIPRI2．整流变压器折算到二次侧的每项电阻BRmax22222115921195%0.029982.2BSRI式中max为变压器的最大效率，一般为00953.整流变压器漏抗引起的换向重叠压降所对应的电阻hxR3222500.0027100.00027BBhxBXfLRfL4.电枢回路总电阻R20.1140.10.0002720.020.25akhxBRRRRRmax,232.83.620.002729.2kmiaBLLLLLmH式中kR为平波电抗器的电阻，可从电抗器产品手册中查的或实测。即0.1kR。（六）、时间常数的计算1.电磁时间常数1T3132.8100.130.25LTsR2.电机时间常数mT11082.20.1140.067min/1500nnaenUIRCVrn9.55meCC2222.52.5410aGDGDNm22100.250.163753759.550.067memGDRTsCC（七）、保护元件的计算与选择1.交流侧阻容过压保护（1）交流侧过电压保护电容（单位为µF）的计算公式是02222%25115926141.1iSCFU0i%变压器励磁电流百分数，单向变压器励磁电流分数0i%=5。电容C（单位为µF）的交流耐压应大于或等于1.5cU，cU是阻容两端正常工作时的交流电压有效值。（2）交流侧过电压保护电阻的计算公式2220%6.96.9141.1511.85%115925kuURSi式中kU%为变压器的短路比，对于10—1000kV.