电力电子与电机拖动
综合课程设计
题 目： 小功率直流电机可控整流 不可逆调速系统的设计
专 业： 学 号： 姓 名： 完成日期： 指导教师：
景 德 镇 陶 瓷 大 学
电力电子与电机拖动综合课程设计任务书
班级：姓名：指导教师 2017年5月25日
设计题目：小功率直流电机可控整流不可逆调速系统的设计 要求： 直流电机型号：Z2-11 设调速范围：D=10 ,静差率 S≤10%，制动迅速平稳 计任任务： 1.确定调速系统方案 务2.主电路选择与计算 和要3.调速系统稳态精度的计算 求 4.控制电路的选择与计算 5.绘制原理图。 设计说明书一份 设计成果 电路图一份 1.《中小型电机产品样本》 上海电器科学研究所 编 机械工业出版社 参2.《电力电子技术题例与电路设计指导》 石玉 编 机械工业出版社 考3.《电力拖动自动控制系统》 陈伯时 编 机械工业出版社 2006年 资料 4.《电力电子设备设计和应用手册》 王兆安 编 机械工业出版社 教研室主任签字： 年 月 日
目 录
1、引言………………………………………………………1 2、调速系统的方案选择…………………………………2
2.1、直流电动机的选择………………………………2 2.2、电动机供电方案的选择…………………………2 2.3、触发电路的选择…………………………………2 2.4、反馈方式的选择…………………………………3 2.5、直流调速系统……………………………………3
3、主电路计算………………………………………………4
3.1、整流变压器计算…………………………………4 3.2、晶闸管元件选择…………………………………5 3.3、晶闸管保护环节的计算…………………………6 3.4、励磁电路的选择…………………………………9
4、触发电路元件参数的选择……………………………10 5、反馈电路参数的选择与计算…………………………12
5.1、电流反馈电阻的选择……………………………12 5.2、电流截止反馈环节的参数选择…………………14 5.3、电压负反馈电阻的选择…………………………16 5.4、给定环节的计算…………………………………17 5.5、放大器的输入电路………………………………18
6、继电器－接触器控制电路的设计……………………19
6.1、设计思路…………………………………………19 6.2、控制电路图………………………………………20 6.3、能耗制动电阻的计算……………………………21 6.4、控制电路的选择…………………………………22
7、5kW直流调速系统电气原理总图…………………23 8、参考资料……………………………………………24
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。
调速系统的方案选择
2.1直流电动机的选择
根据负载功率和额定转速的要求，查产品目录，依据原则及过载要求，选取： 型号：Z2－11 额定功率：5KW 额定电压：440V 额定电流：15A
额定/弱磁转速：3000/3600 励磁电压：180V 励磁功率：320W 电枢回路电阻：2 电枢电感：20mH 磁场电感：27mH 效率：81.1％ 惯性矩：0.76
2.2电动机供电方案的选择
与交流机组（主控制电路主要是通过接触器来控制的）相比，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、功耗小、效率高，因此采用晶闸管可控整流装置供电。
本设计选用的是中小型直流电动机，功率低，故可选用单相整流电路。又因本系统设计是不可逆系统，所以可选用单相半控桥整流电路，这样不仅使控制电路大大简化，而且若控制电路安排合理可以减少电子元件的个数，即应用桥式电路中整流二极管代替续流二极管。这就要求将整流二极管和晶闸管分别放在一侧，当电路没有触发的时候整流二极管做续流作用。
直流电动机的额定电压为440V，直接用电网供电是很难达到要求，同时为了防止电动机启动与制动对电网的干扰，需要将电压升高并且能够和电网隔离提高功率因数，因此选用本设计采用整流变压器供电方式。
本系统没有对输出电流的脉动提出要求，故不用增加电抗器。
对于小功率的直流电动机直流调速系统一般采用减压调整方案，保持磁通不变，因此励磁绕组可采用单相不控整流电路供电。为保证直流电动机正常工作采用先加励磁电源，后加电枢电压的原则。为了防止电动机在运行过程中因励磁过小而造成转速过高或电流过大的现象，常在励磁回路中设有弱磁保护环节，即增加欠电流继电器。
2.3触发电路的选择
本设计所选用的直流电动机容量较小，通过晶闸管的电流不会超过50A，故可
电力电子与电机拖动
