淮 海 工 学 院课 程 设计报 告 书题 目： 综合课程设计 系（院）： 电子工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 2011 年 1 月绪 论课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。通过课程设计，让学生独立完成一项直流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。本次课程设计分为两大部分，分别是调速技术部分和计算机控制部分。调速部分的设计内容及要求是：适用于 4KW 以下直流电动机不可逆无级调速。要求调速范围D=10，静差率S10%。 （参考电机参数，如直流电动机：额定功率PN1.1KW，额定电压 UN110V，额定电流 IN13A，转速 nN1500r/min 电枢电阻Ra1 欧，极数 2P=2，励磁电压 Uf110V，电流 If0.8A）计算机控制部分的设计内容要求是：电阻加热炉温，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有 220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。主要包括：计算机炉温系统整体设计和组成、最佳控制 PID 系统参数测定、温控系统控制算法设计和比较、绘图：绘出设计调试的结果、数据处理和分析。第一章第一章 调速技术部分调速技术部分1.11.1设计要求设计要求(1)电枢回路总电阻取 R=2Ra; 总分轮力矩 GD2=2.5GD2=2.5*31.36 NM2，极对数 P=1。（2）其它未尽参数可参阅教材中“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 S=6Iem(uf)=6*0.1*62.99/1202=2.625uf2 2US式中 S-变压器容量（KVA） ；U2-变压器二次相电压有效值（V） ；Iem-变压器励磁电流百分数，对于 10100KVA 的变压器，一般为 10%4%；电阻值 RC=5U21/I21=5*120/170.544=3.518B.非线性电阻保护方式非线性电阻保护方式主要硒堆和压敏电阻的过电压保护。压敏电阻的标称电压 U1Ma=1.3U=1.3*120=220.6V22式中 U-压敏电阻两端正常工作电压有效值（V） 。C.直流侧过电压保护 直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻保护，但采用阻容保护容易影响系统的快速性，并造成 di/dt加大，一般只用压敏电阻作过压保护。压敏电阻的标称电压 U1Ma=2=2*2.34U2=2*2.34*120=561.6VDCU(2)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护 为了抑制晶闸管的关断过电压，通常采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，阻容保护元件参数可以根据查经验数据表得到。表 1.1 阻容保护的原件参数晶闸管额定电流102050100200500100电容（uf）0.10.150.20.250.511电阻（）1008040201052(3)过电流保护 快速熔断器是最简单有效的过电流保护器件，与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在发生短路后，熔断时间小于 20 毫秒，能保证在晶闸管损坏之前自身熔断，避免过电流损坏晶闸管，图 1.3 接法对过电流保护最有效。图 1.3 快速熔断器的安装方法(4) 电压和电流上升率的限制 不同规格的晶闸管对最大的电压上升率及电流上升率有相应的规定，当超过其规定的值时，会使晶闸管误导通。限制电压及电流变化率的方法有A交流进线电抗器限制措施，交流进线电抗器 LB的计算公式为LB=8.96HdNIfU 816. 0*204. 02 式中 交流器输出额定电流 IdN，电源频率 f,变压器二次相电压 U2B在桥臂上串联空心电感，电感值取 2030H 为宜。C在功率较大或频率较高的逆变电路中，接入桥臂电感后，会使换流时间增长，影响正常工作，而经常采用将几只铁氧磁环套在桥臂导线上，使桥臂电感在小电流时磁环不饱和，电感量大，达到限制电压上升率和电流上升率的目的，还可以缩短晶闸管的关断时间。1.3.4 平波电抗器的计算晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的，为了限制整流电流的脉动、保持电流连续，常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器，称作平波电抗器。（1） 电动机电枢电感DL*1000=8*220*1000/(2*2*1450*209)=2.9mHNNN DDIpnUKL2对于快速无补偿电动机取 8，磁极对数 p=2。DK（2） 变压器电感为TL*1000=3.9*0.05*120/209=0.12mHNdlTTIUUKL2式中=0.05。, 9 . 3TKdlU（3） 平波电抗器的选择。维持电流连续时的为PL=0.639*120/(0.05*209)-)2(2min2 11DT dDTPLLIUKLLLL(2*0.12+2.9)=7.33-3.14=4.19(mH)式中，。NdIIK05. 0,693. 0min1限制电流的脉动系数=5%时，值为iSPL=1.045*120/(0.05*291)-3.14=8.62-)2(22 21DT NiDTPLLISUKLLLL3.14=5.48（mH）取两者中较大的，故选用平波电抗器的电感为 5.48mH 时，电流连续和脉动要求能同时满足。1.41.4触发电路的选择与校验触发电路的选择与校验触发电路可选择锯齿波同步触发电路，也可选择 KC 系列集成触发电路。此系统选择集成触发电路，其优点是体积小，功耗低，调试方便，性能稳定可靠。其缺点是移相范围小于 180，为保证触发脉冲对称度，要求交流电网波形畸变率小于 5%。适用范围：广泛应用于各种晶闸管装置中。选用集成电路 MC787 组成的三相触发电路，如图 2-5 所示。该集成块由同步过零、锯齿波形成电路、比较电路、抗干扰锁定电路、调制脉冲发生器、脉冲形成电路、脉冲分配及驱动电路组成。图 1.4 MC787 组成的三相触发电路原理接线图图 1.4 的三相触发电路原理接线图，可作为触发三相全控桥或三相交流调压晶闸管电路。其中三相电压的零线和电源共地，同步电压经 RC 组成的 T 形网络滤波分压，并产生 30相移，经电容耦合电路取得同步信号，电路输出端采用等值电阻进行 1/2 分压，以保证对称。输出端由大功率管驱动，可配接脉冲变压器触发晶闸管。1.51.5控制电路的计算控制电路的计算1.5.1 给定电源和给定环节的设计根据电路要求，选用稳压管、晶闸管、集成稳压管等组成，本设计采用集成稳压管的可调输出电路。由于放大器输出电压和输出电压极性相反，而触发器的移相控制电压 VC又为正电压，故给定电压 UG就为负电压，而一切反馈均取正值，为此给定电压与触发器共用一个 15V的电源，用一个 2.2K,1W 电位器引出给定电压。1.5.2 转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数设计（1）测速发电机的选择 有电机参数可知选用的直流测速发电机的参数有:额定电压 ETG=40V,nTG=2000r/min 负载电阻 RTG=2K 的电位器。由于主电动机的额定转速为1450r/min ,因此，测速发电机发出最高电压为 29V，给定电源 15V,只要适当取反馈系数，即可满足系统要求。（2）转速负反馈环节 设转速反馈滤波时间常数：Ton=0.01s,则转速反馈系数=Un*/nN=15/1450=0.01Vmin/r（3）电流负反馈环节 设电流反馈滤波时间常数：Toi=0.02s,则电流反馈系数=0.05V/A (4)调速系统的静态参数 电动机电动势常数 ： Ce=0.115NnRIUaNN 14500.3*209-230按要求调速系统的静态速降：nN=7.63r/minSDsnN 1%)51 (10%5*1450 1.61.6双闭环直流调速系统的动态设计双闭环直流调速系统的动态设计(1)电流调节器的设计1）确定时间常数 在三相桥式全控电路有：已知，所以电流环小时间常数sTs0017. 0sToi002. 0=0.0017+0.002=0.0037S。oisiTTT2）选择电流调节器的结构因为电流超调量，并保证稳态电流无静差，可按典型型系统设计电流调节%5i器电流环控制对象是双惯性型的，故可用 PI 型电流调节器 。 ssKsWiii ACR1电流调机器的比例系数iK电流调节器的超前时间系数i3）电流调节器参数计算：电流调节器超前时间常数=0.03s，又因为设计要求电流超调量，查得iTlT%5i有=0.5，所以=，电枢回路总电阻 R=2=0.6，所iITKIKiT5 . 011 .1350037. 05 . 0SaR以 ACR 的比例系数= siI iKRKK4.2305. 0156 . 003. 01 .1354）校验近似条件电流环截止频率=135.1。ciWIK1S晶闸管整流装置传递函数的近似条件： ，满足条件。11 .1960017. 031 31STsciW忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：，满足条件。ci lmWSTT1792.1203. 084. 11313电流环小时间常数近似处理条件：，满足条件。isTT1 31ciWS18 .180002. 00017. 01 315） 计算调节器的电阻和电容取运算放大器的=40，有=4.32 40=511.68，取 172.8,取0RkoiiRKRkk180，取 0.,2，取kFkRCii i17. 018003. 0FFkRTCoi oi2 . 040002. 04400.2。故=，其结构图如下所示：F sKsWiii ACR1 ss 03. 0103. 024. . 3图 1.5 电流调节器(2) 转速调节器的设计 1） 确定时间常数：有则，已知转速环滤波时间常数, 5 . 0iITKssTKi I0074. 00037. 0221=0.01s，故转速环小时间常数。onTsTKTon In0174. 001. 00074. 012）选择转速调节器结构：按设计要求，选用 PI 调节器 ssKsWnnn ASR1转速调节器的比例系数NK转速调节器的超前时间常数n3）计算转速调节器参数：按跟随和抗干扰性能较好原则，取 h=4,则 ASR 的超前时间常数为：，shTnn0696. 00174. 04转速环开环增益 。1 22221 .5160174. 0425 21sThhKnNASR 的比例系数为：。86.670174. 08 . 0007. 04284. 1115. 005. 05 21nme nRThTChK4）检验近似条件转速环截止频率为。92.350696. 01 .5161nNN cnK