直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)題目: 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2010 年 9 月 25 日 摘 要電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種用途的生產(chǎn)機(jī)械和裝置，以滿(mǎn)足不同需求的電力設(shè)備。它作為動(dòng)力設(shè)備，大至上千萬(wàn)瓦的電動(dòng)機(jī)，小至幾瓦的微電動(dòng)機(jī)。在各種動(dòng)力機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的容量已超過(guò)總?cè)萘康?0%。在大部分工程中要求其速隨變化而變化，調(diào)速系統(tǒng)也隨之變得重要。本設(shè)計(jì)只是從一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)來(lái)反應(yīng)調(diào)速的過(guò)程，運(yùn)用的是不可逆調(diào)速，設(shè)計(jì)相關(guān)簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的元件確定，并運(yùn)用相關(guān)軟件繪制的相關(guān)圖片。以此達(dá)到本次設(shè)計(jì)的目的，熟悉電力運(yùn)作的相關(guān)知識(shí)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)

2、 調(diào)速系統(tǒng) 不可逆 元件確定目錄課程設(shè)計(jì)1摘 要1關(guān)鍵詞2Abstract21 任務(wù)提出和方案論證31.1任務(wù)提出31.2方案論證32 總體設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)框架圖62.2控制電路簡(jiǎn)圖73詳細(xì)設(shè)計(jì)83.1 給定環(huán)節(jié)83.2放大器93.3主電路10整流變壓器計(jì)算11晶閘管元件的選擇12勵(lì)磁電路的選擇153.4觸發(fā)電路163.5反饋電路19電流反饋電阻的選擇19電流截止反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)選擇22電壓負(fù)反饋電阻的選擇234 總結(jié)24參考文獻(xiàn)25AbstractMotor is converted to a mechanical, electrical energy can be used to run t

3、he use of machinery and equipment to meet different needs of power facilities. it is powered equipment and large to millions of motors, small to several of the motor. in all power in the volume of motor mechanical, more than the total capacity of 60%. most of the project for the speed with the chang

4、es, machinery velocity modulation system also become important. This design is from a simple design to respond to the use of machinery velocity modulation is not reversible machinery velocity modulation, the design of the relevant summary data that a simple components, and related software to draw t

5、he picture. to achieve the design, Familiar with the operation of the relevant knowledge.Key word: motor speed control system irreversible component1 任務(wù)提出和方案論證1.1任務(wù)提出生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載功率，最大沖擊負(fù)載功率不大于，最高轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)要求調(diào)速范圍，靜差率，現(xiàn)用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，設(shè)計(jì)一套晶閘管-電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)以滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械的需求。1.2方案論證 設(shè)計(jì)選用的是直流電動(dòng)機(jī)，相比較交流電動(dòng)機(jī)有調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)此本設(shè)計(jì)選用直流電動(dòng)機(jī)更方

6、便課程設(shè)計(jì)。外電路選用的是不可逆電路。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速共有三種方法：1.調(diào)節(jié)電樞供電電壓 2.調(diào)節(jié)電樞電路中電阻 3.調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流一般調(diào)速都將第二調(diào)速方法舍去，雖設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，但只能進(jìn)行有極調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒(méi)什么調(diào)速作用；電阻將消耗大量電能。除其特別外很少用。課程設(shè)計(jì)追求實(shí)際普遍，故放棄。第一和第三調(diào)速方法都可，均與其外電路有關(guān)。電樞電路方法是各種各樣的，依據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而設(shè)計(jì)，其有簡(jiǎn)單有復(fù)雜，但其經(jīng)常變換使其工作時(shí)間不長(zhǎng)，壽命較短，優(yōu)點(diǎn)無(wú)極調(diào)速，調(diào)速平滑性好；勵(lì)磁電路是以改變電樞電壓的極性和改變勵(lì)磁磁通的方向大小來(lái)調(diào)節(jié)其速，其外電路比較復(fù)雜，而且對(duì)于小容量的

7、電動(dòng)機(jī)效果較好，如是大容量的電動(dòng)機(jī)就必須添加更多的元件和設(shè)備，它將更加復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)無(wú)極調(diào)速，調(diào)速平滑性好，所需電源容量小。本設(shè)計(jì)運(yùn)用第一調(diào)速方法，因?yàn)榈谝徽{(diào)速方法使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性成線性，而第三方法使機(jī)械特性成非線性，應(yīng)此選用第一調(diào)速方法。電路中各元件方案的選擇：因與交流機(jī)組（主控制電路主要是通過(guò)接觸器來(lái)控制的）相比，晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省；而且工作可靠、功耗小、效率高，因此采用晶閘管可控整流裝置供電。本設(shè)計(jì)選用的是中小型直流電動(dòng)機(jī)，功率低，故可選用單相整流電路。又因本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是不可逆系統(tǒng)，所以可選用單相半控橋整流電路，這樣不僅使控制電路大大簡(jiǎn)化，而且若

8、控制電路安排合理可以減少電子元件的個(gè)數(shù)，即應(yīng)用橋式電路中整流二極管代替續(xù)流二極管。這就要求將整流二極管和晶閘管分別放在一側(cè)，當(dāng)電路沒(méi)有觸發(fā)的時(shí)候整流二極管做續(xù)流作用。直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為440V，直接用電網(wǎng)供電是很難達(dá)到要求，同時(shí)為了防止電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與制動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的干擾，需要將電壓升高并且能夠和電網(wǎng)隔離提高功率因數(shù)，因此選用本設(shè)計(jì)采用整流變壓器供電方式。本系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)輸出電流的脈動(dòng)提出要求，故不用增加電抗器。對(duì)于小功率的直流電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)一般采用減壓調(diào)整方案，保持磁通不變，因此勵(lì)磁繞組可采用單相不控整流電路供電。為保證直流電動(dòng)機(jī)正常工作采用先加勵(lì)磁電源，后加電樞電壓的原則。為了防止電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行

9、過(guò)程中因勵(lì)磁過(guò)小而造成轉(zhuǎn)速過(guò)高或電流過(guò)大的現(xiàn)象，常在勵(lì)磁回路中設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)，即增加欠電流繼電器。本設(shè)計(jì)所選用的直流電動(dòng)機(jī)容量較小，通過(guò)晶閘管的電流不會(huì)超過(guò)50A，故可采用電路簡(jiǎn)單，成本低的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。為實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制，且要同時(shí)觸發(fā)兩只陰極不接在一起的晶閘管，可采用由晶體管代替可變電阻的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，用具有兩個(gè)二次繞組的脈沖變壓器輸出的脈沖。反饋方式選擇原則應(yīng)是滿(mǎn)足調(diào)速指標(biāo)要求的前提下，選擇最簡(jiǎn)單的反饋方案。負(fù)載要求D10，S5，則系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足的轉(zhuǎn)速降電動(dòng)系數(shù)該直流電動(dòng)機(jī)固有轉(zhuǎn)速降故采用電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)電壓放大倍數(shù)2 總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)框架圖如圖所示：由傳入電動(dòng)機(jī)的電流和

10、電壓，經(jīng)相應(yīng)的反饋電路調(diào)節(jié)傳入給定信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)其大小，再由放大器傳入觸發(fā)器，觸發(fā)器電路經(jīng)電流截止反饋的調(diào)節(jié)，再經(jīng)過(guò)不可逆環(huán)節(jié)電路傳出，進(jìn)入電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制其轉(zhuǎn)速。2.2控制電路簡(jiǎn)圖控制電路圖如圖所示：3詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)電路圖如圖所示：給定電壓取15V，故可選用CW7815集成穩(wěn)壓器，考慮穩(wěn)壓器正常工作和散熱功耗，選取穩(wěn)壓器輸入電壓為18V。則交流斷輸入電壓給定電位器RP1取、與RP2取、串聯(lián)。這里RP2是用來(lái)調(diào)整最低給定電壓，以防失控。3.2放大器放大器的輸入電路如圖所示：為防止過(guò)強(qiáng)的輸入信號(hào)損壞晶體管V1，常采用二極管的鉗位作用，使輸入信號(hào)的幅值保持在一定的范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)使正向輸

11、入電壓不超過(guò)1.4V，反向電壓不超過(guò)0.7V，故正向用兩只二極管串聯(lián)，使正向電壓穩(wěn)定在最高為1.4V的狀態(tài)下，反向僅用一個(gè)二極管并聯(lián)在放大器的輸入端。本設(shè)計(jì)是利用二極管的正向?qū)ü軌航档淖饔脕?lái)實(shí)現(xiàn)限位的，由于二極管正向?qū)ü軌航凳?.7V，所以要實(shí)現(xiàn)更高的電壓要求可以適當(dāng)?shù)母淖兌O管的個(gè)數(shù)。由于整流輸出電壓脈動(dòng)很大，是反饋信號(hào)中含有脈動(dòng)分量，這樣會(huì)造成放大器不能正常工作，為此在放大器的輸入端需要添加濾波元件，電容C就是起濾波作用的，選用、。3.3主電路晶閘管整流電路如圖所示： 3.3.1整流變壓器計(jì)算U2的計(jì)算其中：則取 電壓比一次電流I1和二次電流I2的計(jì)算已知全波整流電路中變壓器容量的計(jì)算

12、3.3.2晶閘管元件的選擇晶閘管的額定電壓取晶閘管的額定電流未接電抗器的電動(dòng)機(jī)負(fù)載性質(zhì)介于電阻與電感負(fù)荷之間，為了晶閘管正常工作，可采用如下公式：取 故選晶閘管元件盡管整流二極管導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，既有整流作用又有續(xù)流作用，但考慮到晶閘管電流裕量大，故而整流二極管電流也選30A，所選型號(hào)初步定為或是晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)阻容保護(hù)：查詢(xún)相關(guān)電容器分類(lèi)等級(jí)以及標(biāo)稱(chēng)容量獲得如下信息：紙質(zhì)電容器一般是用兩條鋁箔作為電極，中間以厚度為0.0080.012mm的電容器紙隔開(kāi)重疊卷繞而成。制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，能得到較大的電容量，一般在低頻電路內(nèi)，通常不能在高于34MHz的頻率上運(yùn)用。油浸電容器的耐

13、壓比普通紙質(zhì)電容器高，穩(wěn)定性也好，適用于高壓電路。故而可以選用、耐壓1000V紙介電容器。取可選、35W金屬膜大功率電阻壓敏電阻的選擇：通過(guò)查詢(xún)相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)目錄，取電壓為1200V，通流量為5kA,由此選用的壓敏電阻作交流側(cè)浪涌過(guò)電壓保護(hù)。直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)選用的壓敏電阻作直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)。晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù)由參考文獻(xiàn)上獲得晶閘管過(guò)電壓保護(hù)參數(shù)估計(jì)值如下：元件容量（A）5102050100200500C（）0.050.100.150.200.250.501.00R（）1020依據(jù)上面表格可以初步確定、由此可以確定電容器選用、1000V的紙介電容器。電阻選用、10W的金屬膜電阻。過(guò)

14、電流保護(hù)交流側(cè)快速熔斷器的選擇由于,考慮到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流較大，熔斷器的選取依據(jù)原則可以選用額定電壓為600V，額定電流為32A型號(hào)為RM10無(wú)填充密閉管式熔斷器。元件端快速熔斷器的選擇由于,為了減少元件的多樣性便于設(shè)計(jì)和安裝，本設(shè)計(jì)將元件端快速熔斷器的規(guī)格定為額定電壓為600V，額定電流為25A型號(hào)為RM10無(wú)填充密閉管式熔斷器。3.3.3勵(lì)磁電路的選擇勵(lì)磁電路額定電壓：180V、額定電流：1.8A、額定功率：320W勵(lì)磁電路如圖所示：由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是采用減壓調(diào)速，勵(lì)磁不變，故勵(lì)磁繞組采用單相橋式不控整流電路供電，其勵(lì)磁額定電壓與電樞電壓不同，需要另外尋找一個(gè)電源以滿(mǎn)足勵(lì)磁電路的需要。整流

15、變壓器的計(jì)算取按照計(jì)算電樞供電變壓器容量的方法計(jì)算勵(lì)磁變壓器的容量可得:所以勵(lì)磁電路所需變壓器的容量為600VA。勵(lì)磁電路的整流二極管元件選擇：取、，故可取型號(hào)為的二極管為橋式整流元件。圖3中RPL為與電動(dòng)機(jī)配套的磁場(chǎng)變阻器，用來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。為實(shí)現(xiàn)弱磁保護(hù)，在勵(lì)磁回路中串入了欠電流繼電器KA，通過(guò)RPI調(diào)整動(dòng)作電流。根據(jù)額定勵(lì)磁電流,可選用吸引線圈電流為2A的型直流欠電流繼電器。3.4觸發(fā)電路選用的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路如圖所示：該系統(tǒng)選用的晶閘管元件為30A、2400V，因此單結(jié)晶體管觸發(fā)電路需要同時(shí)觸發(fā)兩只30A的晶閘管元件。由產(chǎn)品目錄可以了解到晶閘管門(mén)極最大觸發(fā)電流、最大觸發(fā)電壓。故每個(gè)二

16、次繞組輸出脈沖電壓只要大于3.5V，電流大于150mA即可滿(mǎn)足要求。削波電壓選15V，穩(wěn)壓二極管選用，其功率為1.5W。單結(jié)晶體管的分壓比，則脈沖電壓一次電壓約為9V。若選用匝數(shù)比為2：1的脈沖變壓器，則二次電壓為4.5V，一次電流只要大于150mH就可以了。單結(jié)晶體管選用BT35D，它的最大瞬間發(fā)射極電流為2A，因此采用單結(jié)晶體管直接輸出即可同時(shí)觸發(fā)兩組晶閘管。又因單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，在削波電源下降沿會(huì)出現(xiàn)觸發(fā)不可靠，有時(shí)會(huì)造成單相半控橋式電路失控現(xiàn)象。為此應(yīng)在RP的下邊串一只固定電阻，使脈沖不會(huì)超過(guò)移相范圍，保證觸發(fā)電路的可靠性，但缺點(diǎn)就是轉(zhuǎn)速可能調(diào)不到零。同步變壓器的選用：觸發(fā)電路所需容

17、量給定電壓所需容量指示裝置所需容量?jī)芍?W的指示燈容量約為2VA故而脈沖同步變壓器的容量選用10VA比較合適。同步變壓器相關(guān)參數(shù)如圖所示：3.5反饋電路3.5.1電流反饋電阻的選擇電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖所示：由于放大器的輸入電壓最多為1020V，因此可取給定電源電壓為15V，即。電壓反饋系數(shù)：電流反饋系數(shù)：選取初步確定整流裝置的內(nèi)阻取電流反饋電阻上消耗的功率滿(mǎn)足:取，其阻值為電壓反饋系數(shù)的確定電壓比較反饋原理圖所示：此電壓負(fù)反饋系統(tǒng)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)是由R3和R1的比值決定的，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)算放大倍數(shù)為10，即。又由于取控制電壓為36V，本系統(tǒng)為4.5V則有：由此可以得出放大器與晶閘管裝置的

18、開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：最終確定的系統(tǒng)參數(shù)如下：電流反饋系數(shù)：電壓反饋系數(shù)：電流反饋信號(hào)電阻：、，取、三只電阻并聯(lián)使用。電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：。與R并聯(lián)的電流正反饋信號(hào)電位器，在阻值上遠(yuǎn)大于R的前提下，盡量取較小的值。這里取、的電位器即可滿(mǎn)足要求。3.5.2電流截止反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)選擇電流截止負(fù)反饋電路如圖6所示。電流截止負(fù)反饋信號(hào)通過(guò)與R并聯(lián)的電流截止負(fù)反饋電位器（、）取出，比較電壓可以用以下公式算出故可以采用一只1.1V穩(wěn)壓管如型號(hào)為2CW50的穩(wěn)壓二極管來(lái)代替比較電壓，電流截至負(fù)反饋信號(hào)可以通過(guò)電位器RP3盡心調(diào)整。當(dāng)主電路電流Id超過(guò)截至電流時(shí)，V4導(dǎo)通C1旁路脈沖后移，電流截止環(huán)節(jié)起作用。主電路電流小于截至電流時(shí)，V4截止，系統(tǒng)又自動(dòng)恢復(fù)正常工作。由于主