电气传动课程设计——直流电动机调速系统的设计.doc

一直流电动机调速系统的设计
1 引言
在电机的发展史上,直流电动机有着光辉的历史和经历,皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献,这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣,现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分,因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。
直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。
本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案,控制电路由集成电路实现,系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。
2 系统方案选择和总体结构设计

本次设计选用的电动机型号Z2-51型,其具体参数如下表2-1所示
表2-1 Z2-51型电动机具体参数
电动机
型号
PN(KW)
UN(V)
IN(A)
NN(r/min)
Ra(Ω)
GDa2(Nm2)
P极对数
Z2-91
48
230
209
1450


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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,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。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。

计算电动机电动势系数:
由 v min/r,
当电流连续时, 系统额定速降为:
r/min, .
开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率:
,大大超过了S≤5%.
若D=10,S≤5%.,则,,,故开环调速系统无能为力,需采用反馈控制的闭环调速系统。
因调速要求较高,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,装载体积小,宜用KJ004组成的六脉冲集成触发器。
该系统采用减压调速方案,故励磁应保持恒定。采用三相全控桥式整流电路供电。

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