十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计-河南工程学院自动控制系统课程设计.docx

1、河南工程学院课程设计十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计学生姓名： 杰哥 学 院： 电气信息工程学院 专业班级：电气工程及其自动化专业课程： 自动控制系统 指导教师： 河南工程学院 2017 年 12 月 01 日课程设计成绩评定标准及成绩序号 评审项目 指标 满分 评分1 工作态度 遵守纪律，学习认真；作风严谨，踏实肯干；善于与他人合作。 52 工作量按期圆满完成规定的任务，难易程度和工作量符合要求；完成硬件电路设计 10 分，完成仿真验证 10 分。20全勤：10 分有迟到、早退、请假现象：8 分旷课 1 天：2 分3 出勤情况旷课 2 天及以上：0 分10 分4 设计、实验 方案控制要

2、求详细，能自主设计控制系统实现自己的控制要求，符合设计性能指标要求。能灵活运用相关专业知识，有较强的创新意识，有独特见解，设计有一定应用价值。30 分5 仿真实验技 能动手能力强，能独立完成仿真模型的搭建，进行参数调整，能解决设计及实验过程中出现的问题。10 分6 小组表现注重团队合作，在小组中表现突出，对设计方案的制定及选取起主要作用，在实验操作过程中，承担主要执行者。5 分7 设计报告质 量报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语准确，符合规范；图表完备、正确，绘图准确、符合国家标准；。20 分总分评语：等级：评阅人： 职称：日期： 年 月 日目 录摘要 .11 设计内容 .21.1 技术数据

3、 .21.2 调速方案的选择 .21.2.1 直流电动机的选择 .21.2.2 电动机供电方案的选择 .21.2.3 系统的结构选择 .31.2.4 直流调速系统的总体结构框图 .32 主电路的计算 .42.1 整流变压器的计算 .42.1.1 整流变压器二次侧电压计算 .42.1.2 一次、二次侧电流计算 .42.1.3 变压器容量的计算 .42.2 晶闸管元件的选择 .52.3 晶闸管保护环节的计算 .52.4 平波电抗器的计算 .73 触发电路的选择与校验 .84 控制电路的计算 .94.1 给定电源和给定环节的设计 .94.2 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

4、设计 .95 双闭环直流调速系统的动态设计 .105.1 电流调节器的设计 .105.2 转速调节器的设计 .116 系统的 MATLAB 仿真及数据分析 .126.1 开环仿真结果及分析 .126.2 单闭环仿真结果及分析 .136.3 转速双闭环调速系统 .14结束语 .17参考文献 .18附录 .195摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统的性能好，具有调速范围广、精度高、双闭环调速系统设置了两个调节器，即转速调节器和电流调节器，分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行分析，对直流双闭环调速系统的原理进行一些说明，介绍了其主电路计算，参数选定，触发电路的选择与校验，控制电路设

5、计计算，以及双闭环直流调速系统的动态设计，而且利用MATLAB 软件中的 simulink 组件对直流双闭环调速系统进行仿真，根据双闭环直流调速系统原理图, 分析了转速调节器、电流调节器的作用, 并通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并对得到的波形进行分析。关键词：双闭环直流调速系统、晶闸管、直流电动机、仿真61 设计内容1.1 技术数据1）电枢回路总电阻取 ；总飞轮力矩 。aR2225.aGD2）其他未尽参数可参考教材第二章 2.3.2 节中“工程设计方法双闭环直流调速系统中的应用”的“4.设计举例”的有关数据。3）要求：调速范围 ，静差率 ，稳态无静差，电流超调量10D%5s

6、，电流脉动系数 ，起动到额定转速时的转速退饱和和超调量%5iS。10n4）要求系统具有过电流、过电压、过载和断相保护。5）要求触发脉冲有鼓掌封锁能力。6）要求对拖动系统的设置给定积分器。1.2 调速方案的选择调速选泽包括以下几种：直流电动机的选择、电动机供电方案的选择、系统的结构选择、确定直流调速系统的总体结构原理框图及仿真图。1.2.1 直流电动机的选择根据小组的安排，第 7 组我们组分的是第七台机架连轧机，此机架连轧的电动机的型号是 Z2-62，其个数据为表 1电机型号 (KW)NP(V)NU(A)I(r/minNn)(aR)(2aGD2mN)P 极对数Z2-62 11 230 47.8

7、1450 0.9 6.39 1表 1 电机参数表1.2.2 电动机供电方案的选择三相全控桥式整流器电路采用共阴极接法的三相半波和共阳极接法的三相半波的串联组合，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流，因此变压器绕组中没有直流磁通，且每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器的利用率，且直流侧7脉动较小，元件利用率较好，无直流磁化同时波形畸变较小，故选择三相全控桥式整流电路可用来给直流电机供电。1.2.3 系统的结构选择工业上，为了提高生产效率和加工质量，充分利用晶闸管元件及电动机的过载能力，要求实现理想启动，即要求在启动过程中，是启动电流

8、一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩启动，转速迅速以直线规律上升，以缩短启动时间；启动结束后，电流从最大值迅速下降为负载电流值且保持不变，转速维持给定转速不变。又因调速精度要求较高，故采用转速电流双闭环负反馈调速系统。启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流一直保持最大允许值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定器的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电动机的电枢电流以平衡负载电流。1.2.4 直流调速系统的总体结构框图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

9、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动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态8性能。图 1.1 双闭环调速系统原理图2 主电路的计算2.1 整流变压器的计算2.1

10、.1 整流变压器二次侧电压计算整流变压器二次侧电压计算公式：+(2-1)min2cos.1bKUVN查表知，三相全控桥式整流电压的计算系数 ,电网电压波动系数34.2UVKb=0.901.05，查表知 角，考虑 10裕量，故 cos min=0.985,由电机参数可知 UN=230V,代入公式计算出 U2(2-2)08.139.85.0934.1当 U2=120V 时,变比 K= = =1.83 （2-3）21U2.1.2 一次、二次侧电流计算一次侧电流：考虑变压器自身的励磁电流时 ，应乘以 1.05 左右的系数，1I查表知，一次相电流计算系数 =0.816，由电机参数可知 =47.8A,代入

11、公式IVKNI计算出. (2-4)KINL1=1.05*0.816*47.8/1.83=22.38(2-5)1I二次侧电流： 查表知，二次相电流计算系数 =0.816，一般dNIV2 ILK取整流器额定直流电流 ，由电机参数知 =47.8A,代入公式 I2 NI= ，得dNIVK=0.816*47.8=39.00A (2-6)2I2.1.3 变压器容量的计算9变压器一次、二次绕组相数 321m一次容量 ：(2-7）KVAIUmS7.438.2*011二次容量：(2-8）I.1921平均电容：(2-9)KVAS4.)0.7.4(2.2 晶闸管元件的选择晶闸管的选择主要是根据整流器的运行条件，计算

12、晶闸管电压、电流值，选出晶闸管的型号规格，在工频整流装置中一般选择 KP 型普通晶闸管，其主要参数为额定电压、额定电流值。(1)额定电压 UTN的选择，应考虑下列因素。a 分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。b 考虑实际情况，系统应留有足够的裕量，通常可考虑 23 倍的安全裕量，按下列公式计算，即(2-10)VUKTTN 825120*4.)32()32( 查表知，晶闸管的电压计算系数 KUT = 2.45。(2)额定电流 IT(AV)的选择，晶闸管是一种过载能力较小的元件，选择额定电流时，应留有足够的裕量，通常考虑选择 1.52 倍的安全裕量。按下列公式计算，即（1.52）*0.367

13、*47.8=26.3135.091A (2-min)( *)25.1dITAVTKI11)参考电力电子技术可知应选择型号为 KK50-6 的晶闸管2.3 晶闸管保护环节的计算晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。10(1) 晶闸管关断过压保护晶闸管关断过电压：由于晶闸管关断引起的过电压称为关断过电压，数值可达工作电压峰值的 56 倍，所以必须采取保护措施，最常用的方法是在晶闸管两端并接电容 C，利用电容两端电压瞬时不能突变的特性，吸收尖峰过电压，把它

14、限制在允许的范围内，实用时，在电容电路中串接电阻 R，这种电路称为过电压阻容吸收电路。电容耐压一般选晶闸管的 1.11.5倍。(2-12)VUTC )906()5.1()5.1( 可取 800V。由下表可根据晶闸管的额定电流选择电阻和电容值：表 2 阻容保护的原件参数晶闸管额定电流10 20 50 100 200 500 100电容（uf） 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 1电阻（） 100 80 40 20 10 5 2由晶闸管的额定电流可选：C=0.2F，R=40（2）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 d

15、i/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2*2.34U2=2*2.34*120=561.6V (2-13)DCMU2au1（3）非线性电阻保护非线性电阻保护方式主要硒堆和压敏电阻的过电压保护。压敏电阻采用由金属氧化物（如氧化锌、氧化铋）烧结制成的非线性压敏元件作为过电压保护，其主要优点在于：压敏电阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作时只有很微弱的电流（1mA 以下）通过元件，而一旦出现过电压时电压，压敏电阻可通过高达数千安的放电电流，将电压抑制在允许的范围内，具有损耗低，体积小，对过电压反映快等优点。因此，是一种较好的过电压保护元件。压敏电阻的标称电压 VUmA 6.2013.2.1式中 U-压敏电阻两端正常工作电压有效值（V） 。U压敏电阻两端正常