2级电气工程动化专业
电力拖动控制系统课程设计
单闭环电压负反馈调速系统设计
姓 名:
院 : 工学院
专 业: 电气工程动化
学 号:
指导教师:
2014年12月
工学院课程设计评审表
学生姓名
专业
电气工程动化
年级
11级
学号
设计题目
单 闭 环 电 压 负 反 馈 调 速 系 统
评价容
评价指标
评分
权值
评定
成绩
设计目设计方案
扎实基础理知识专业知识正确设计实验方案独立进行实验工作课题进行理分析出价值结选题合理目明确设计方案正确具行性创新性
20
课程设计结果
文够根设计务书确定电路选型驱动电路选型双闭环系统调节器(包括电流调节器转速调节器)进行动态设计系统中电路元部件进行参数计算电路中必电气保护设计程中创新意识绘制VM双闭环逆调速系统电气原理总图整体调速系统系统结构框图整体调速系统设计方案Simulink仿真图分析
50
课程设计态度
期完成规定务工作量饱满难度较工作努力遵守纪律工作作风严谨务实态度认真学刻苦
5
课程设计说明书
实验正确分析处理科学文字通技术语准确符号统编号齐全书写工整规范图表完备整洁正确设计报说明书规范化参考文献充分(少3篇)
5
答辩
运学知识技发现解决实际问题综述简练完整见解立正确述充分结严谨合理
20
合计
100
指导教师评语
电力拖动控制系统课程设计课程设计务书
设计题目: 单闭环电压负反馈调速系统
指导老师
参加学生
第五组
设
计
目
(1) 掌握单闭环电压负反馈调速系统设计方法
(2) 解电压负反馈单闭环调速系统工作原理组成
(3) 加深解电压负反馈调速系统中应
(4) 解MATLAB电气工程动化专业中应
(5) 学分析设计仿真电路般步骤
(6) 通设计培养实际动手力解决问题力
设
计
直流电动机:额定电压220V额定电流136A额定转速1460rmin电枢电阻Ra02Ω允许载倍数λ15电枢回路总电阻R05Ω电枢回路总电感L15mH电动机轴总飞轮转矩GD2225N•m2晶闸装置参数:放系数Ks40转速反馈系数α0007VminrTon001s
三相桥式电路均失控时间Ts000167s放系数Ks40电磁时间常数TL003s机电时间常数Tm029s电动机额定磁通电动势系数Ce0104电压反馈系数α0007
稳态转速静差调速范围D10电流超调量5空载启动额定转速转速超调量10(退饱超调计算)
设
计
求
(1)根题目技术求分析证确定电路结构形式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
(2)调速系统电路元部件确定参数计算
(3)动态设计计算实现:根技术求系统进行动态校正调速系统工作稳定满足动态性指标求调速系统控制电路元部件确定参数计算
(4)完成直流电机调速控制系统设计
(5)绘制单闭环电压负反馈调速系统电气原理总图
(6)学掌握MATLABSilmulink直流调速系统仿真方法出直流调速系统转速电流仿真波形波形进行简单分析
(7)整理设计数资料课程设计总结撰写设计计算说明书
评
分
标
准
(1)选题合理目明确(10 分)
(2)设计方案正确具行性创新性(10 分)
(3)设计结果绘制单闭环电压负反馈调速系统电气原 理图设计调速系统进行必系统仿真(50分)
(4)态度认真学刻苦遵守纪律(5分)
(5)设计说明书规范化参考文献充分(少3篇)(5 分)
(6)答辩(20分)
单闭环电压负反馈调速系统设计说明书
前言
电力拖动控制系统电转换成机械装置广泛应般生产机械需动力场合广泛应精密机械等需高性电气传动设备中控制位置速度加速度压力张力转矩等直流电动机具良起制动性宜范围滑调速许需调速快速正反电力拖动领域中应晶闸问世生产出成套晶闸整流装置组成晶闸—电动机调速系统(简称VM系统)旋转变流机组离子拖动变流装置相晶闸整流装置仅济性性提高技术性显示出较优越性
设计报告讲述单闭环电压负反馈调速系统相关容电压负反馈调速转速负反馈调速更简单容易实现种调速方式电动机转速低时电枢电阻压降电枢端电压认直流电动机反电动势端电压似相等者说电机转速似端电压成正电压负反馈控制系统转速负反馈控制系统相调速指标低采电流补偿(IR)办法解决样系统简单指标达满意程度
首先根设计求确定调速方案电路结构型式电路闭环系统确定重电路元件参数计算器件选型出参考资料设计体会
设计者知识掌握深度广度限设计尚完善方敬请老师学批评指正
目录
第1章 设计务书1
第2章 单闭环电压负反馈调速系统总体设计2
第3章 电路设计4
第4章 MATLABSIMULINK仿真7
第5章 总结8
第6章 实心体会8
参考文献
附录1 MATLABSIMULINK仿真图结果
附录2 单闭环电压反馈调速系统电气原理总图
第1章 设计务书
技术数
直流电动机:额定电压220V额定电流136A额定转速1460rmin电枢电阻Ra02Ω允许载倍数λ15电枢回路总电阻R05Ω电枢回路总电感L15mH电动机轴总飞轮转矩GD2225N•m2晶闸装置参数:放系数Ks40转速反馈系数α0007VminrTon001s
三相桥式电路均失控时间Ts000167s放系数Ks40电磁时间常数TL003s机电时间常数Tm029s电动机额定磁通电动势系数Ce0104电压反馈系数α0007
二 系统设计静动态指标
稳态转速静差调速范围D10电流超调量5空载启动额定转速转速超调量10(退饱超调计算)
三 设计容
1 根题目技术求分析证确定电路结构形式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
2 调速系统电路元部件确定参数计算
3 动态设计计算实现:根技术求系统进行动态校正调速系统工作稳定满足动态性指标求调速系统控制电路元部件确定参数计算
4 完成直流电机调速控制系统设计
5 绘制单闭环电压负反馈调速系统电气原理总图
6 学掌握MATLABSilmulink直流调速系统仿真方法出直流调速系统转速电流仿真波形波形进行简单分析
7 整理设计数资料课程设计总结撰写设计计算说明书
四 课程设计报告求
1 准相互抄袭代做查出格处理
2 报告字数:少3000字(含图公式计算式等)
3 形式求:求文字通字迹工整公式书写规范报告书图表允许徒手画图必须清晰正确图标
4 必须画出系统总图电路图应清洁正确规范未进行具体设计功块允许框图表示功块间连线允许标号标注
第2章 单闭环电压负反馈总体设计
电压负反馈调速转速负反馈调速更简单容易实现种调速方式构成电压负反馈调速系统必须设置电压调节器时取电压反馈量参控制样系统维持检测电压变电动机转速低时电枢电阻压降电枢端电压认直流电动机反电动势端电压似相等者说电机转速似端电压成正种情况通检测电压反馈电压进行调速电压负反馈调速系统实际动调压系统反馈环包围电力电子装置阻引起稳态速降减反馈环外电枢电阻速降力
转速负反馈调速系统相电压负反馈控制系统转速负反馈中测速发电机换成具分压作电位器电压检测点接电枢两端 电 压检测点界VM回路总电阻等效两部分检测点右侧电动 机 电 枢 电 阻 左 侧 电 阻 波 电 抗 器 电 阻 变 压 器 等 效 电 阻 晶 闸 电路变压器漏抗引起等效电阻等(统称晶闸整流装置阻)电压负反馈调速系统原理图1示:
图 1 单闭环电压负反馈调速系统原理图
励直流电动机转速方程 nEKeΦ(UIR)KeΦn0△n知果忽略电枢电压直流电动机转速n似正电枢开端电压U采电枢电压负反馈代转速负反馈维持端电压基变
图1出反馈反馈检测元件起分压作电位器Rp2反馈信号UurUdr电压反馈系数分析方便电枢总阻分成两部分RRrec+RaRec晶闸整流装置阻(含波电抗器电阻)Ra电枢电阻 UdoIdRrecUd UdIdRaE
图中做反馈检测元件起分压作电位器电压检测装置电压检测装置中引出电压负反馈信号UuγUdγ电压反馈系数Uu定电压Un*较偏差电压ΔUΔU放器产生电力电子变换器UPE需控制电压Uc控制电动机转速组成反馈控制闭环直流调速系统图中UPE电力电子器件组成变换器输入接三相单项交流电源输出控直流电压Ud
根动控制原理反馈控制闭环系统调亮偏差进行控制系统调量出现偏差会动产生纠正偏差作电机转速低时做电机转速端电压成正通直接调节电机端电压实现调节转速电机端电压变化时系统会动纠正偏差达调速目
电压负反馈调速系统电位器取代转速负反馈调速系统检测元件—测速发电机系统变简单济损失调速指标电枢电阻压降引起转速降弥补采补偿办法弥补电枢电阻压降电枢电流取出参控制信号定信号极性相称电流正反馈实种电流补偿真正意义正反馈
图2 带电流补偿电压负反馈调速系统
第3章 电路设计
直流电机具良启制性宽调速范围滑调速扎钢机旷井卷扬机挖掘机型起重机金属切削机床造纸机等电力拖动领域中广泛应直流电动机调速方面调节电枢电压调速调速系统调速方式相较转速负反馈系统言转速负反馈必须测速发电机仅成高系统安装维护带困难次选择电压负反馈直流电机进行调速系统进行设计说明
电路电气原理图说明
(1)电源采380V电源供电电力电子变换作电动机供电输入
(2)AVR采PI调节器电压反馈电位器分压实现电流补偿检测霍尔电流传感器实现
(3)采晶闸三相桥式全控电路作整流电路
(4)整流电路设置流保护
(5) 系统结构图
图 3 电压负反馈调速系统动态结构图
图 4 电压负反馈调速系统稳态结构图
负载增稳态转速降落增加时电流补偿信号(电流反馈信号)增整流电压增补偿转速降落时着负载增电枢电压降低通电压负反馈作整流输出电压增转速降落减带电流补偿电压负反馈调速系统稳态结构图图5示
图 5 带电流补偿电压负反馈调速系统稳态结构图
二 器件选择
根二极整流均 高反工作电压 分应满足:
选功率硅整流二极型号参数示:
型号
正均整流电流(A)
反重复峰值电压URM(V)
瞬间均正压降 (V)
额定正均电流 (A)
MR2504G
25
400
118
785
设计电路时滤波电容根负载情况选择电容C值RC(3~5)T2:
(V)
C15000uF
选型号CD15铝电解电容额定直流电压400V标称容量22000uF
工作电流 Imax≈2UsR44005880(A)
集电极-发射极反击穿电压 ≥(2~3)Us440~660v
AVR调节器设计
图 6 含滤波电容AVR电路原理图
(三相桥式电路均失控时间)
典II系统进行设计取h5:
调节器传递函数
三调速系统静特性
电压负反馈调速系统转速静特性方程:
()
带电流补偿电压负反馈静特性:
()
第4章 MATLABSIMULINK仿真
MATLABSIMULINK仿真结构框图
图 7 MATLABSIMULINK仿真结构框图
二 仿真结果图
图 8 MATLABSIMULINK仿真结果曲线图
仿真结果分析
仿真结果知采PI调节器实现稳态时转速静差快速性较差起动程中存超调种超调历饱非线性区域超调称作退饱超调
第5章 总结
电压负反馈单闭环调速系统相转速负反馈单闭环调速系统说稳态性差实现转速负反馈必须转速检测装置例测速发电机电磁脉测速器等等安装维护较麻烦常常系统装置中性薄弱环节调速指标求高系统说电压负反馈错选择总实际生产中电压负反馈转速负反馈更容易实现济条件求高更适低精度求生产系统中
第6章 实心体会
历周课程设计结束周然快收获颇设计课题单闭环电压负反馈调速系统通次单闭环电压负反馈调速系统设计仿真学Simulink仿真方法更加深入解MATLAB款非常优秀数学软件前没Simulink仿真实验时候出现问题体现元件熟悉参数设置等方面然次实验基完成中存着许足处学中更加深入学款软件期毕业时候够更掌握Simulink仿真技术工程应取更成绩
外通次实电力拖动系统知识更解吧设计程中许模糊知识点需重新学知觉中 许原懂知识现竟然理解特直流调速系统方面更加深入解通次设计实单闭环电压负反馈调速系统更加深入认识学次设计容相关知识知道什电压负反馈懂转速反馈调速原理更加深入解电机控制运动控制PI调节器等设计
参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统—运动控制系统第三版 机械工业出版社 20037
[2]王兆安 刘进军电力电子技术北京:机械工业出版社2009
[3] 毕效辉 动控制理 中国轻工业出版社20098
[4]洪刚.电力电子电机控制系统仿真技术.北京:机械工业出版社第1版.2013
[5] 王忠礼段慧达高玉峰 MATLB应技术—电气工程动化中应 清华学出版社 20071
附录1 MATLABSIMULINK仿真图结果
附录2 单闭环电压反馈调速系统电气原理总图
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