电力拖动与控制系统课程设计报告书

信息工程学院课程设计（论文）信息工程学院电力拖动与控制系统课程设计报告书题目:电梯电力拖动分析及拖动电动机选择专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2014年5月5日信息工程学院课程设计（论文）1信息工程学院课程设计任务书学生姓名学号成绩设计题目电梯电力拖动分析及拖动电动机选择设计内容电力拖动基础课程设计是课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过课程设计加深理解课堂教学的理论内容，学会综合运用专业基础理论，培养分析问题和解决问题的能力，在专业知识与工程实践方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。“电梯电力拖动电机选择”是在系统学习电动机的运行特性、电梯生产设备的特点、电梯生产工艺要求的基础上，综合平衡包括供电系统在内各方面的要求，使电梯设备的配套和运行合理化。掌握主要的起动过程中阻转矩变化动态特性数据，并据以改进电力拖动系统；选配额定功率恰如其分的电动机并且具有较高的需要系数。设计要求1、根据参观的电梯，分析电梯电力拖动系统，按生产工艺画出电梯起动、运行、调变速、制动负载图。2、根据负载图及过渡过程对电梯电力拖动电机的容量进行工程计算选取。3、查阅参考资料对电动机的类型、容量、额定电压、型号等进行校验选择。4、撰写课程设计说明书。时间安排2014年4月22日——2014年4月26日收集整理资料,确定方案2014年4月27日——2014年4月29日设计并完成设计说明书参考资料[1]魏炳贵《电力拖动基础》[2]邱阿瑞《电机与电力拖动》[3]陈伯时《电力拖动自动控制系统》[4]杨兴瑶《电动机的调速原理及系统》信息工程学院课程设计（论文）2目录1绪论................................................................11.1课题意义.......................................................11.2课题背景及目的.................................................11.3已知系统参数和条件.............................................21.4任务要求.......................................................22电力拖动系统分析....................................................32.1一般电力拖动系统的模型.........................................32.2电梯运行时间速度曲线...........................................42.3电梯拖动系统的起动.............................................52.4电梯拖动系统的调速.............................................72.5电梯拖动系统的制动.............................................73电梯拖动系统的电机选择............................................1013.1电动机种类选择...............................................1013.2电动机结构型式选择...........................................1013.3电动机额定电压选择...........................................1013.4电动机额定转速选择...........................................1023.5电动机的容量选择.............................................102总结................................................................133参考文献............................................................144信息工程学院课程设计（论文）11绪论1.1课题意义电梯的拖动和控制系统是连接电网和电梯机电设备，传送和转化电网电能，拖动和控制电梯运行的系统。它通常包括电动机，反馈单元和控制电动机的电路部件。电梯的拖动和控制系统是电梯整梯系统的重要组成部分，研究电梯拖动和控制技术具有深远的意义，主要表现在以下几个方面：（1）电梯拖动和控制系统是电梯的能源中枢，它向电梯提供电力能源，控制和带动机械负载运行，没有拖动控制系统，电梯将不能很好地运行。（2）电梯拖动和控制系统对于电梯运行性能的表现也起到关键的作用。电梯作为载人设备，它的性能指标主要应达到安全、稳定、准确、舒适和效率性。电梯拖动和控制系统在拖动负载运行的同时，也在控制和改变着电气参数，使电梯可靠的运行，同时实现平滑的调节运行速度，因此，它对电梯性能的表现起到非常重要的作用。（3）电梯拖动和控制系统既是电梯的能源心脏，又是达到电梯运行性能目标的重要保证，因此为了提高电梯的系统性能，研究其拖动和控制系统原理，开发拖动和控制技术将具有非常重要的意义。1.2课题背景及目的1.2.1背景现代工业中广泛使用电力拖动技术，形成了较系统的电力拖动研究领域。电梯的拖动系统也是属于一般电力拖动系统的范围内。一般电力拖动技术的研究通常包括电动机的原理、调速的手段、控制的实现等多方面。在电动机技术方面，目前的研究建立在直流、交流、同步或异步的不同类型的电动机原理的基础上。在调速的手段方面，一般电力拖动系统遵循着系统运动基本方程式，建立了改变负载转矩（负载特性曲线）和电动机转矩（机械特性曲线）的稳定交点，通过平行移动人为机械特性曲线进行调速的原则。在控制的实现方面，一般电力拖动控制技术目前也普遍应用晶闸管变流电路，或者能实现更复杂控制功能的变频器来实现。电梯的拖动和控制技术继承了一般电力拖动技术的研究成果，具有一般拖动技术的共性，但也具备自己的特点。电梯拖动和控制系统的研究是基于一般电力拖动技术的基础上，针对电梯拖动运行的特殊性，进行了在电梯中应用相应技术的分析、研究和设计。本文着重分析了电梯拖动运行的特点，并研究如何针对电梯的特点设计其相应的拖动控制系统。电梯的发展已经历了一百多年，其拖动和控制系统经历了比较多的发展阶段，在当今的电梯上使用的类型也比较多。本文通过分析各种电梯拖动系统的机械特性和其控制系统的调速原理，旨在为不同规格的电梯设计出最适合的拖动控制方式。1.2.2目的信息工程学院课程设计（论文）2电力拖动基础课程设计是课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过课程设计加深理解课堂教学的理论内容，学会综合运用专业基础理论，培养分析问题和解决问题的能力，在专业知识与工程实践方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。“电梯电力拖动电机选择”是在系统学习电动机的运行特性、电梯生产设备的特点、电梯生产工艺要求的基础上，综合平衡包括供电系统在内各方面的要求，使电梯设备的配套和运行合理化。掌握主要的起动过程中阻转矩变化动态特性数据，并据以改进电力拖动系统；选配额定功率恰如其分的电动机并且具有较高的需要系数。1.3已知系统参数和条件1、电梯的性能指标应达到安全、稳定、准确、舒适和效率性。2、电梯拖动和控制系统在拖动负载运行的同时，也在控制和改变着电气参数，使电梯可靠的运行，同时实现平滑的调节运行速度。3、电梯的规格是：载重为1000Kg，速度为1.75m/s，提升高度为72m，电动机轴载荷为2500Kg，变频器为OVF20。4、电梯的电动机要有较宽的调速范围1∶5的调速。5、运行可靠性要高。1.4任务要求1、根据参观的电梯，分析电梯电力拖动系统，按生产工艺画出电梯起动、运行、调变速、制动负载图。2、根据负载图及过渡过程对电梯电力拖动电机的容量进行工程计算选取。3、查阅参考资料对电动机的类型、容量、额定电压、型号等进行校验选择。信息工程学院课程设计（论文）32电力拖动系统分析2.1一般电力拖动系统的模型电力拖动系统的运动部分，通常由电动机的转子、机械减速机构以及负载的运动部分组成。电力拖动系统运动模型的合转矩为电磁转矩与负载转矩之差，可以用下式表示（2-1）式中各参数的含义为：T—电磁转矩，TL—系统总净阻力矩，J—转动惯量，Ω—电动机轴旋转角速度，dtd—旋转角加速度。电力拖动系统中习惯采用系统总飞轮惯量GD2和转速n来分析和进行计算，则式(2-1)可改写为(2-2)上式是电力拖动系统的基本运动方程式，由基本运动方程式可以看出：当TTL时，系统处于加速运动状态；当T=TL时，系统处于恒速或静止状态；当TTL时，系统处于减速运动状态。电力拖动系统的一个重要参数是负载特性，负载特性指的是负载转矩对转速的函数。电力拖动系统的负载类型比较多，图2.1.1为位能性恒转矩负载和反抗性恒转矩负载的特性曲线。从图上可以看出，负载特性曲线的基本走势是纵向的，也就是转矩在对应于整个转速范围内，都只在一定范围内变化，这说明负载特性有对系统的转矩特征起主导作用的特点。负载特性最重要的特征是：负载的转矩——转速关系由其机械特征和运行特点决定，不受系统电气参数控制。图2.1.1反抗性与位能性恒转矩负载图电动机的转矩—转速关系特性称为电动机的机械特性。图2.1.2为直流电动机、交流异步电动机的机械特性。从图上也可以看出，电动机的机械特性在其工作段基本走势都是横向的，它们的转速在对应于整个允许输出的转矩范围时，都只在一定的范围变化，这说明电动机机械特性有对系统的转速起主导作用的特点。电动机机械特性最重要的特征是：电动机的转矩—转速关系只由电动机信息工程学院课程设计（论文）4特征、参数以及电源参数决定，不受负载类型影响。一般把在额定参数下作出的机械特性称为固有机械特性，而把参数变化后改变了的机械特性称为人为机械特性。图2.1.2电动机机械特性曲线图电力拖动系统要达到稳定运行，那么运动方程式应达到平衡。如果能够持续地保持转速不变，即加速度为零时，根据式(2-2)，系统的合转矩为零，系统能稳定地保持这个状态，这是系统稳定运行的条件。把负载特性和电动机的机械特性合并在一起的图形，是系统转矩图，如图2.1.3所示。在系统转矩图上，两条曲线的交点可能是稳定的交点，也可能是不稳定的交点，系统只有在稳定交点处才能达到稳定运行。稳定交点一般满足下面的条件：在交点以上，负载特性曲线在机械特性曲线的右边，在交点以下，负载特性曲线在机械特性曲线的左边。图2.1.3稳定运行交点2.2电梯运行时间速度曲线电梯是一种交通工具，它具有频繁启动加速和制动减速过程，因此它的拖动系统应提高运行效率。同时，作为垂直升降的运输设备，人对电梯运行速度的变化非常敏感，因此电梯的拖动系统还应满足人们的舒适感的要求。为此，需要给出既能提高运行效率，又能改善乘坐舒适感的电梯运行速度曲线，以使电梯按照预先给定的速度特性运行。电梯的快速性和舒适性均与加速度α(m/s2)和加加速度ρ(m/s3)有关。加速度和加加速度不能过大，否则会使人有严重不适的感觉，ρ在电梯技术中还被称为生理系数，国家标准规定了α和ρ的最大值。同时α和ρ也不能过小，否则会影响电梯的运行效率。根据舒适性要求，电梯的速度曲线还具有转弯处为圆滑过渡的特点。信息工程学院课程设计（论文）5电梯在楼层间频繁启动和停车，而且具有正常运行、检修运行等多种操作，因此对运行精度要求也较高。基于以上的分析，电梯的运行速度曲线可以采用抛物线—直线型、抛物线型或正弦型等曲线。图2.2运行速度曲线2.3电梯拖动系统的起动电梯拖动系统在选定的调速方式下，电动机的转矩应达到负载转矩的