交直流调速系统课程设计1[1]

《交直流调速系统》课程设计说明书十机架连轧机分部传动直流调速系统院、部：电气与信息工程学院学生姓名：陈峰指导教师：何平职称教授专业：自动化班级：自本1104完成时间：2012.12.3摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。该设计采用直流双闭环调速系统。既能够实现系统的稳定运行和无差调速，又能够限制电机的最大启动电流。设计电路采用三相整流电路，通过转速调节器、电流调节器控制晶闸管的触发电压来实现直流电机的运行。该设计的目的是通过学习交直流调速系统以及查阅资料，将学习到的知识巩固并加以应用。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，解决遇到的困难。为今后能在相应的岗位上打下基础。关键字：直流调速系统；无差调速；三相整流电路；转速调节器ABSTRACTDCspeedcontrolsystemhasawidespeedrange,highaccuracy,gooddynamicperformanceandeasycontrol,sotogetawiderangeofapplicationsintheelectricdrive.DCmotorhasagoodstartingandbrakingperformance,itisappropriateinawiderangeofsmoothspeedandDCspeedcontrolsystemonthetheoryandpracticearerelativelymature,theresearchfoundationotherspeedcontrolsystem.ThedesignusesaDCdoubleloopspeedcontrolsystem.Bothtoachievestableoperationofthesystem,andnodifferenceinspeed,butalsotolimitthemaximumstartingcurrentofthemotor.Designcircuitusingathree-phaserectifiercircuit,bythespeedregulator,currentregulatorcontrolSCRtriggervoltageDCmotortoachievetherun.ThepurposeofthisdesignisthatbylearningACandDCspeedcontrolsystemaswellasaccesstoinformation,willlearntoconsolidateandapplyknowledge.Inthedesignprocess,continuouslearning,thinkingandinteractivediscussionbetweenthestudents,toresolvethedifficultiesencountered.Canlaythefoundationforthefutureinthecorrespondingpositions.KeywordsDCspeedcontrolsystem;nodifferenceinspeed;phaserectifiercircuit;speedregulator目录1系统方案选择和整体结构设计........................................11.1调速方案的选择..............................................11.2电动机供电方案的选择........................................11.3调速系统方案的选择..........................................21.4整体结构设计................................................32主电路设计与参数计算..............................................42.1整流变压器的设计............................................42.2一次、二次相电流I1、I2的计算...............................52.3变压器容量的计算............................................52.4晶闸管元件的选择............................................52.4.1晶闸管的额定电流.....................................62.4.2晶闸管的额定电压.....................................62.5晶闸管保护环节的计算........................................62.6过电压保护..................................................72.7过电流保护..................................................82.8平波电抗器的计算............................................82.9励磁电路元件的选择.........................................102.10继电器-接触器控制电路设计.................................103触发电路选择.....................................................124双闭环的动态设计和校验...........................................144.1电流调节器的设计和校验.....................................144.2转速调节器的设计和校验.....................................155控制电路的设计与计算.............................................185.1给定环节的选择.............................................185.2控制电路的直流电源.........................................185.3反馈电路参数的选择与计算...................................195.3.1测速发电机的选择....................................195.3.2电流截止反馈环节的选择..............................196系统仿真及结果分析...............................................206.1仿真结构模型...............................................206.2时域分析...................................................20设计小结.............................................................2参考文献.............................................................3附录1...............................................................41系统方案选择和整体结构设计1.1调速方案的选择本次设计选用的电动机型号Z2-62型，其具体参数如下表1所示：表1Z2-62型电动机具体参数1.2电动机供电方案的选择变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变Ud，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统。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Ud。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。电动机型号PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra(Ω))(fAIGDa2（Nm2）P极对数Z2-621123047.814500.90.9566.3911.3调速系统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230V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低。为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器应采用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，主接触器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合，同时设有弱磁保护环节。直流调速系统框图如图1所示：图1直流调速系统框图1.4整体结构设计采用双闭环调速系统，可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。双闭环调速系统的静特性在负载电流小于dNI时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。直流调速系统的框图如图2所示：图2直流双闭环调速系统结构图2主电路设计与参数计算2.1整流变压器的设计变压器二次侧电压2U是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，