直流调速系统设计及仿真和交流调压调速系统建模及仿真-电气工程及其自动化Word文档格式.docx
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2、通过课程设计,让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作,使学生熟悉设计过程,了解设计步骤,达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。
3、通过课程设计,提高学生理论联系实际,综合分析和解决实际工程问题的能力。
通过它使学生理论联系实际,以实际系统作为实例,对系统进行分析设计,掌握控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。
通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。
培养学生的创新意识和创新精神,为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。
三、课程设计内容(含技术指标)
1.直流调速系统设计及仿真题目和设计要求
不可逆直流调速系统设计:
设计数据:
直流电机额定功率PN=10KW;
额定电压UN=220V,额定电流IN=55A,极对数2P=4,转速nN=1000r/min;
电枢电感LD=7mH;
电枢电阻Ra=0.5Ω,励磁电压UL=220V,励磁电流IL=1.6A;
要求系统调速范围D=10,S≤5%,电流脉动系数Si≤10%。
设计要求:
1、调速方案选择及确定
2、主电路计算和元件选择
3、触发电路设计选择
4、控制回路设计元件选择和指标校验
5、辅助电路设计及选择
6、PCB板设计(选做)
7、调试方案制订
8、对系统进行仿真
9、上交设计说明书,原理图
2.交流调速系统建模及仿真
系统设计数据技术数据:
380V,50HZ,三相交流供电电源
鼠笼式三相交流异步电动机,额定功率PN=2.2kW,额定电压UN=380v,额定电流IN=10A,额定转速nN=1460r/min,,J=0.2kg·
m2,Rs=0.5Ω,Rr=2Ω,P=2。
建立交流调压调速系统的仿真模型,并进行参数设置。
做出仿真结果,上交说明书。
2
序号
设计内容
所用时间
1
布置任务,查阅资料及调研。
1天
直流系统部分方案的选择论证
3
直流部分主电路设计
4
直流部分控制电路设计
5
直流部分仿真实验及校验及绘制电路图
6
针对交流部分任务查资料并进行原理分析
7
交流部分建模
8
交流系统仿真调试
9
交流系统仿真调试答辩
10
答辩、撰写设计报告书
11
合 计
10天
四、设计进度安排
五、设计报告
本课程设计的任务包括两部分内容:
直流调速系统的设计并校验和交流调速建模与仿真。
(一)直流调速系统设计部分提交:
1.题目及技术要求
2.系统方案和总体结构。
3.系统工作原理介绍。
4.具体设计说明:
包括主电路和控制电路。
5.元件明细表。
6.系统原理图:
绘制原理图纸一张。
7.指标校验与仿真实现。
8.仿真模型和仿真结果.
9.画PCB板图(选做)。
(二)交流部分提交
对给定的调系统进行原理分析、建模与仿真,并提交仿真结果。
六、考核方式及成绩评定
评定项目
基本内涵
分值
设计过程
考勤
10分
自行设计、态度认真、按进度完成任务等
设计报告
完成设计任务
30分
报告规范性、参考文献充分等情况
设计报告创新性、雷同率等情况
答 辩
回答问题情况
总分
100分
0~100分:
优;
80~89分:
良;
70~79分:
中;
60~69分,及格;
60分以下:
不及格
2014年10月
教研室主任签名:
2014年10月10日
摘要
本文设计的是一个10KW直流电动机直流调速系统以及交流调压调速系统建模及仿真。
在直流电动机调速系统中,根据所给直电动机参数来设计主回路,控制回路。
再根据要求建立起动态数学模型。
系统采用三相全控桥式整流电路供电方案,以提高供电质量。
主变压器采用D/Y联结。
从而辟免三次谐波电动势的不良影响,减速小了三次谐波电流对电源的干扰。
触发电路选用集成电路KJ004组成六脉冲触发器,不仅提高了系统的可靠性,也使线路简单,装置体积小。
总体方案采用减压调速,故励磁保持恒定。
故励磁绕组采用三相不可控桥式整流电路供电。
在交流调压调速系统中,先根据交流异步电动机的数学模型,推导出交流异步电动机与交流电压的关系,再利用M|ATLAB的Sinulink工具箱中的PowerSystemBlockset库中基本仿真模型的组合,实现交流调压调速系统的模拟仿真。
通过修改参数(如给定,负载,调节器参数等)得到不同情况下的仿真结果,从而对交流调压调速系统进行分析研究。
关键词:
直流调速;
交流调压调速
III
目录
— 直流电动机调速系统的设计 1
第1章直流调速系统的方案确定 1
1.1系统技术数据及要求 1
1.2调速系统的方案选择 1
1.2.1主电路的选择 1
1.2.2触发电路的选择 2
第2章主电路的设计与计算 2
2.1主电路的设计 2
2.2整流变压器的设计 2
2.2.1变压器二次侧电压U2的计算 2
2.2.2一次、二次相电流I1、I2的计算 3
2.2.3变压器容量的计算 3
2.3晶闸管元件的选择 3
2.3.1晶闸管的额定电压 3
2.3.2晶闸管的额定电流 3
2.4主电路的保护设计与计算 3
2.4.1过电压保 3
2.4.2过电流保护 4
2.4.3缺相与无励磁或弱磁保护 4
2.5平波电抗器的计算 5
2.6励磁电路元件的选择 5
第3章触发电路的设计 6
3.1触发电路的选择 6
3.2同步变压器设计 6
3.3控制电路的直流电源 6
第4章双闭环的设计和校验 6
4.1电流调节器的设计与校验 6
4.2转速调节器的设计和校验 7
第5章系统MATLAB仿真 8
5.1系统的建模与参数设置 8
5.1.1系统的建模 8
5.1.2模型参数设置 8
5.2系统仿真结果的输出及结果分析 9
第2篇 交流调压调速系统的建模与仿真 10
第6章交流调压调速系统的原理及特性 10
6.1异步电动机改变电压时的机械特性 10
6.2闭环控制的变压调速系统及其静特性 10
6.3闭环变压调速系统的近似动态结构框图 11
第7章交流调压调速系统的Matlab仿真 13
7.1交流调压调速系统的建模 13
7.2交流调压调速系统的仿真 15
总结 17
参考文献 17
湖北理工学院电气学院
2013级专升本课程设计
— 直流电动机调速系统的设计
第1章直流调速系统的方案确定
1.1系统技术数据及要求
技术数据:
额定电压UN=220V, 额定电流IN=55A,极对数
2P=4,转速nN=1000r/min;
电枢电阻Ra=0.5Ω,励磁电压UL=220V,励磁电流
IL=1.6A。
设计要求:
系统调速范围D=10,S≤5%,电流脉动系数Si≤10%。
1.2调速系统的方案选择
Ld
-
U*
n
+
Ud
M
i
Un
TG
触发器
转速调节器
因调速精度要求较高,故选用转速负反馈调速系统。
并设有电流反馈,以提高电机的动态快速性以及进行限流保护。
调速系统的结构框图如图1-1所示。
Ui
电流反
图1-1调速系统的结构框图
与电动机同轴安装一台测速发电机TG,从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un,与给
定电压U*n相比较后,得到转速偏差电压DU,经转速调节器放大后,作为电流调节器的给定,与电流反馈信号相减后得到电流偏差DUi,经电流调节器放大后,去控制触发器的导通角,从而改
变输出电压,达到变压调速的目的。
1.2.1主电路的选择
一般说来,对晶闸管整流装置在整流器功率很小时(4KW以下),用单相整流电路,功率较大时用三相整流电路。
这样可以减小负载电流的脉动。
由于所提供的电动机为10KW。
故主电路采用三相整流电路。
在三相整流电路中,主要有三相零式整流电路、三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路。
三相零式电路突出的优点是电路简单,用的晶闸管少,触发器也少,对需要220V电压的用电压的用电设计直接用380V电网供电,而不需要另设整流变压器。
但缺点是要求晶闸管耐压高,整流输出电压脉动大,需要平波电抗器容量大,电源变压器二次电流中有直流分量,增加了发热和损耗。
因零线流过负载电流,在零线截面小时压降大。
而三相全控桥式整流电路,在输出电流和电压相同时,电源相电压可较三相零式整流电路小一半。
因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。
变压器二次绕组电流中没有直流分量,种用率高。
输出整流电压脉动小,所以平波电抗器容量就可
14
以小一些。
三相全控桥式整流电路的缺点是整流器件用得多,需要六个触发电路,需要220V电压的设备也不能用380电网直接供电,而要用整流变压器。
三相半控桥式整流电路,虽然只用三只晶闸管、三个触发电路,但整流输出电压脉动大,且不能用于需要有源逆变的场合。
综合上述三种三相整流电路,及根据系统设计要求,主电路选用三相全控桥式整流电路。
又由于电动机的额定电压为220V,为保证供电质量,应采用三相减压变压器将电源电压降低;
为避免三次谐波电动势的不良影响,三次谐波电流对电源的干扰,主变压器采用D/Y联结。
1.2.2触发电路的选择
目前触发电路主要有阻容移相触发电路、单结晶体触发电路、正弦波同步触发电路、锯齿波同步触发电路,以及集成触发电路等。
各种触发电路的特点如表2-1所示。
表1-1常用触发电路比较表
触发电路
名称
优 点
缺点
适用范围
触发电压为正弦波,上
仅适用于小功率晶闸管整流装置,且控制精度
, 要求低的场合
升前沿不陡,受电网波
阻容移相触发电路
结构简单、成本低、工作可靠、调节方便
动影响大,触发准确性与可靠性差。
由于不是
脉冲触发,门极电流大
增加了晶闸管损耗,而
且调节范围也受到
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- 直流 调速 系统 设计 仿真 交流 调压 建模 电气工程 及其 自动化