课程设计说明书直流电机调速电路的设计院、部:学生姓名: 指导教师:业:级:完成时间:电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子 器件（如晶闸管，GTO, IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。也是一门综 合了电子技术，控制技术和电力技术的新兴交叉学科。直流电机是电机的主要 类型之一。直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直 流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机，用作直 流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其优越的调速性能，在许 多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。直流电动机与交流电动机相比，具 有结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺点，应用不如交流电动机广泛。但由于 直流电动机有优良的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。关键词电力电子技术；直流电动机；电能ABSTRACTPower electronic technology is a new and applied in the field of power electronic technology, is the use of power electronic devices (such as t hyris todecision, IGBT, et c.) for power t ransforma tion and cont rol technologies. Is a combination of electronic technology, control technology and electrie powertechnology in the emerginginterdisciplinary. Dc motor is one of the main type of machine. Direct current (dc) can be converted into mechanical energy (dc motor) or can conver t mechanical energy into direc t curre nt (dc genera tor) the rotation of the motor. It is to achieve can direct current (dc) motor and mechanical energy conversion from each ot her, can be used as dc genera to r, dc power supply in dc motor, because of its superior performance of speed adjustment, requiring higher in many high performance, is widely used. Compared to dc motor and ac motor, it has complex structure, maintenance difficulties, the price is more expensive, such as faults, as ac motor widely used. But due to the dc motor has a good start, and brake performance of speedadjustment; therefore still has its place in the industrial field.Key words; Power electronic technology; Dc motor.;Electrical energy1绪论11.1概绪11.2直流电动机调压调速可控整流电源设计简介11.3课题设计要求11.4课题任务12方案选择及系统工作原理32.1方案选择及系统框图32.1.1方案一：转速单闭环直流电机调速系统 32.2 双闭环调速系统设定42.2.1双闭环调速系统的动态抗扰动性能42.2.2双闭环系统启动过程分析72.2.3双闭环调速系统中两个调节器的作用72.2.4双闭环直流调速系统总体设计方案73主电路设计93.1总体设计思路93.2系统结构框图93.3系统工作原理103.4 对触发脉冲的要求114主电路元件选择124.1晶闸管的选型125整流变压器额定参数计算145.1变压器次级相电压U 2145.2变压器容量和一二次额定电流的计算165.3电抗器参数的计算166保护电路的设计196.1过电压保护196.2电流保护197触发电路的设计217.1集成触发电路217.2 KJ004的工作原理217.3集成触发器电路图 238调速系统的仿真248.1调速系统仿真模型的建立248.2仿真结果258.3仿真结果分析25实验总结26参考文献271绪论1.1概绪直流电机是电机的主要类型之一，既可以做直流电动机，又可以做电流发电 机。用作直流电动机时，由于其具有良好的调速性能，所以一般用于调速性能要 求高的场合，而用作直流电动机的时候，可以得到直流电源。直流电动机我们应 用比较早的一种电机。是将直流电转换为机械能的旋转机械。他与交流电动机相 比，直流电动机因为结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺点制约了它的发展， 得不到大规模的应用，使它没有交流电动机那样应用广泛。但由于直流电动机有 优良的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍有可用之处。1.2直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为 锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、 脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。同时考虑了保护电路和缓冲电 路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。1.3课题设计要求1、输入交流电源：2、三相 380V f=50Hz3、直流输出电压：0220,502204、直流输出电流额定值100A5、直流输出电流连续的最小值为10A1.4课题任务1. 整流电路的选择2. 整流变压器额定参数的计算3晶闸管的选择4平波电抗器电感值的计算5.保护电路的设计6触发电路的设计2方案选择及系统工作原理2.1方案选择及系统框图2.1.1方案一：转速单闭环直流电机调速系统单闭环直流调速系统是由一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴 上装一台测速发电机，引出与转速成正比的电压与给定电压比较后，得到偏差电 压，经放大器，产生触发装置的控制电压，用以控制电动机得转速。该系统可以 保证系统稳定的前提下实现转速无静差，但是，如果对系统的动态性能要求较高，就难以满足要求。原理框图如图U图2.1转速单闭环直流调速系统原理框图ASR转速环节GT触发装置TA电流互感器TG测速发电机 Un / Un 转速给定电压和转速反馈电压2.1.2方案二：转速、电流双闭环直流电机调速系统该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环 节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设 置了电流调节器和转速调节器，电流调节器和电流检测反馈回路构成了电流环， 转速调节器和转速检测反馈回路构成转速环。因转速环包围电流环，故电流环称 为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，把ASR的输出当作ACR的 输入，再由ACR的输出去控制整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能。 转速和电流两个调节器都采用具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电 流都采用负反馈闭环。双闭环调速系统弥补了单闭环调速系统的缺点，能够满足 动态性能要求图2.2转速、电流双闭环直流调速系统原理框图un / un 转速给定电压和转速反馈电压U * / u.电流给定电压和电流反馈电压2.1.3方案三：双闭环脉宽调速系统图2.3双闭环脉宽调速系统原理框图UPW脉宽调制器GM调制波发生器GD基极驱动器DLD逻辑延时环节PWM脉宽调制变换器FA瞬时动作的限流保护比较三种方案，虽然转速单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现 转速无静差，但对于动态性能要求很咼的系统中，单闭环系统中不能完全按照需 要来控制动态过程的电流和转矩。转速、电流双闭环调速系统中设置了两个调节 器，分别调节转速和电流，能获得良好的静、动态性能。所以本设计最终采用的是方案二：转速、电流双闭环调速。2.2双闭环调速系统设定2.2.1双闭环调速系统的动态抗扰动性能(1)动态跟随性能双闭环调速系统在起动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的条 件下，表现出很快的动态跟随性能。在减速过程中，由于主电路电流的不可逆性, 跟随性能变差。对于电流内环来说，在设计调节器时应强调有良好的跟随性能。（2）动态抗扰性能1、抗负载扰动由图2.4动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速 调节器来产生抗扰作用。因此，在突加（减）负载时，必然会引起动态速降（升）。 为了减少动态速降（升），必须在设计ASR时，要求系统具有较好的抗扰性能指标。 对于ACR的设计来说，只要电流环具有良好的跟随性能就可以了。dnomdm图2.5双闭环调速系统的静特性2、抗电网电压扰动电网电压扰动和负载扰动在系统动态结构图中作用的位置不同，系统对它的动态 抗扰效果也不一样。电网电压扰动的作用点则离被调量更远，它的波动先要受到电磁惯性的阻挠后影响到电枢电流，再经过机电惯性的滞后才能反映到转速上 来，等到转速反馈产生调节作用，已经嫌晚。在双闭环调速系统中，由于增设了 电流内环，这个问题便大有好转。由于电网电压扰动被包围在电流环之内，当电 压波动时，可以通过电流反馈得到及时的调节，不必等到影响到转速后才在系统 中有所反应。因此，在双闭环调速系统中，由电网电压波动引起的动态速降会比 单闭环系统中小的多。3直流双闭环调速系统的仿真原理图图2.6直流双闭环调速系统的仿真原理图 9W-RI20001500100050000.51图2.7转速电流仿真图 300 -_ 200总1000.5图2.8电流时间仿真图2.2.2双闭环系统启动过程分析设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程（图2.6）,因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先讨论它的起动过程。 由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分成三段。图2.9双闭环调速控制系统理想快速起动图2.10双闭环调速系统起动时转速和电流波形2.2.3双闭环调速系统中两个调节器的作用（1）转速调节器的作用1、使转速n跟随给定电压U*变化，稳态无静差。n2、对负载变化起抗扰作用。3、其饱和输出限幅值作为系统最大电流的给定，起饱和非线性控制作用, 以实现系统在最大电流约束下起动过程。（2）电流调节器的作用1、对电网电压波动起及时抗扰作用。2、起动时保证获得允许的最大电流。3、在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压U变化。2.2.4双闭环直流调速系统总体设计方案电动机额定电压为2