课设设计 交直流调速.docx
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课设设计交直流调速
职业技术学院
交直流调速系统课程设计
双闭环晶闸管直流调速系统实验
指导教师：
邸敏艳
所在学院：
职业技术学院
专业：
电气工程及其自动化
组长：
组员：
目录
一、实验设计要求3
1.1实验标题3
1.2实验要求与技术数据3
二、实验设计内容3
2.1调速方案选择3
2.2主电路设计与计算4
2.2.1晶闸管元件的计算与选择。
4
2.2.2快速熔断器的选择。
5
2.2.3平波电抗器的选择与计算。
5
2.3触发电路的选择与校验5
2.4控制电路设计计算6
2.4.1给定环节设计6
2.4.2转速检测环节6
2.4.3转速反馈与电流反馈的电路设计。
7
2.5保护电路设计7
三、设计说明书与实验操作8
3.1准备工作8
3.2进行实验并测量数据9
3.2.1调速特性n=f（Un*）空载9
3.2.2机械特性n=f（Id）带负载9
3.2.3特性图9
四、实验总结9
五、附录10
一、实验设计要求
1.1实验标题
双闭环晶闸管直流调速系统的实验
1.2实验要求与技术数据
（1）电枢回路总电阻R=2Ra;总飞轮力矩GD^2=2.5GDa^2.
（2）要求调速范围D=10，静差率S<=5%;稳态无静差（使用PI调节器）
（3）要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。
（4）要求触发脉冲有故障封锁能力。
（5）要求对拖动系统设置给定积分器。
二、实验设计内容
2.1调速方案选择
（1）直流电动机的选择
型号
额定功率（W）
额定转速（r/min）
电枢电流（A）
额定电压（U）
励磁电流（A）
直流发电机
264
1600
1.1
220
0.6
（2）电动机供电方案的选择
采用晶闸管三相全控桥整流器供电
（3）系统的结构选择
采用转速电流双闭环系统结构。
双闭环直流晶闸管调速系统主要包含转速给定电路、转速检测电路、电流检测电路、控制电路、触发脉冲输出电路、整流及晶闸管保护电路、电源等几个部分。
（4）确定直流调速系统的总体结构框图
2.2主电路设计与计算
2.2.1晶闸管元件的计算与选择。
电力二极管属于不可控器件，晶闸管可控所承受的电压和电流容量高，工作可靠，门极可关断晶闸管属于全控型器件，比普通晶闸管开通过程更快，承受di/dt的能力更强，电力晶体管耐高压、大电流。
（1）晶闸管的额定电压
由三相半控桥式整流电路的结果分析知，晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值
故桥臂工作电压幅值为
考虑电压裕量，则额定电压应该为
（2）晶闸管的额定电流
晶闸管电流的有效值为
考虑一定的安全裕量，则晶闸管的额定电压为
综上所述，我们选用KP1-12（1A1200V普通反向阻断型晶闸管）。
2.2.2快速熔断器的选择。
晶闸管的热容量很小,一旦发生过电流时,温度就会急剧上升烧坏PN结,造成元件内部短路或开路。
晶闸管发生过电流的原因主要有:
负载端过载或短路;某个晶闸管被击穿短路造成其他元件的过电流;触发电路工作不正常或受干扰,使晶闸管误触发,引起过电流。
晶闸管允许在短时间内承受一定的过电流,所以过电流保护作用就在于当过电流发生时,在允许的时间内将过电流切断,以防止元件损坏。
晶闸管过电流的保护使用快速熔断器，普通熔断丝由于熔断时间长,用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔断,这样就起不了保护作用。
因此必须采用专用于保护晶闸管的快速熔断器。
快速熔断器用的是银质熔丝,在同样的过电流倍数下,它可以在晶闸管损坏之前熔断,这是晶闸管过电流保护的主要措施。
2.2.3平波电抗器的选择与计算。
平波电抗器用于整流以后的直流回路中。
整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。
这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。
平波电抗器一般串接在每个极换流器的直流输出端与直流线路之间。
2.3触发电路的选择与校验
晶闸管的导通控制信号由触发电路提供，触发电路的种类较多，可直接选用。
触发电路的类型按组成元件分为：
单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成触发电路和计算机数字触发电路等。
触发电路中元件参数可参照有关电路进行选用，一般不用重新计算。
最后只需要根据主电路选用的晶闸管对脉冲输出级进行校验，只要输出脉冲功率能满足要求即可。
1、单结晶体管触发电路简单，输出功率较小，脉冲较窄，虽加有温度补偿，但对于大范围的温度变化时仍会出现误差，控制线性度不好。
参数差异较大，对于多相电路的触发时不易一致。
因此单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的单相晶闸管系统。
2、集成触发电路具有可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等优点。
晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。
单结晶体管触发电路结构简单，调节方便，输出脉冲前沿陡，抗干扰能力强，对于控制精度要求不高的小功率系统，可采用单结晶体管触发电路来控制；对于大容量晶闸管一般采用晶体管或集成电路组成的触发电路。
综合考虑，本电路采用集成触发，双窄脉冲的方式控制晶闸管的通断。
2.4控制电路设计计算
2.4.1给定环节设计
2.4.2转速检测环节
2.4.3转速反馈与电流反馈的电路设计。
为了获得良好的静动态性能，转速和整流两个调节器一般都采用PI调节器。
系统原理图中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uct为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。
ACR和ASR的输入、输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。
若触发器要求ACR的输出Uct为正极性，由于调节器一般为反向输入，则要求ACR的输入Ui*为负极性，所以要求ASR输入的给定电压Un*为正极性，基于这种思想进行ASR和ACR设计。
2.5保护电路设计
电流反馈与过流保护电路设计
晶闸管阻容保护，用于抑制电压上升率dv/dt
三、设计说明书与实验操作
3.1准备工作
（1）测量晶闸管电阻
用万用表200Ω档测量晶闸管：
VT1：
51.3ΩVT2：
51.3ΩVT3：
51.3Ω
VT4：
51.3ΩVT5：
51.3ΩVT6：
51.3Ω
可得晶闸管全部完好
测量晶闸管保险是否完好。
（2）开环调零
给定Uct，负载接成3个1800Ω并联，并且电阻需可调。
（3）找到Uctmax
先确定Udmax，再找到0.9Udmax对应的Uctmax。
（4）调试
①调节器调零
所有输入端短接接地，在调节器I的4、5两端接入120K电阻，将5、6两端短接调RP3，将7端输出调为0；将调节器II的8、9两端接入13K的可调电阻，将9、10短接，用万用表毫伏档测量11端，调节RP3，使之输出电压尽可能接近于零。
限幅：
关于调节器I，正给定+5，5、6两端接入0.47Uf电容,调RP2，使7端为-6V；负给定-5，调RP1，使7端约等于0。
把调节器II的9、10短接线去掉,将0.47uF的可调电容接入9、10,将调节器II的所有输入端的接地线去掉，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器II的输出正限幅为U
②电流反馈系数β的整定
当Uct从0开始增大时，Ud也在不断增大，直至Ud=220V。
减小R，使得Id=1.3A调节RP1，使2端Ufi=6V。
③转速反馈系数α的整定
电抗器换为200mH，当Uct从0开始增大时，使n为1500r/min，调RP1，使3端Ufn=-6V。
3.2进行实验并测量数据
3.2.1调速特性n=f（Un*）空载
Un*
0
1.89
2.45
2.91
3.41
3.93
4.42
4.99
5.77
Ud
0
80
100
120
140
160
180
200
220
n
0
518
669
745
930
1067
1198
1350
1470
3.2.2机械特性n=f（Id）带负载
（1）RL最大，启动电机，使Ud=220V
（2）减小RL，到达额定电流点，1.1A，调大RL至最大，移除RL，测量该过程中的转速n
Ud
212
212
213
214
214
215
216
216
214
Id
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.45
0.13
n
1269
1288
1309
1329
1250
1367
1396
1404
1450
3.2.3特性图
四、实验总结
在直流电机调速系统中加入闭环后，电机的转速变化率减小。
可见在闭环系统控制下，负载的改变几乎不影响电机的转速，电机的转速几乎仅有给定电压决定。
通过双闭环晶闸管直流调速系统的实验，不仅仅让我们加深了对直流调速实验的理解和应用，也更加了解了晶闸管的特性。
另一方面，我们在实验中不断地进行探索和思考，加深巩固了交直流调速的内容，对调速系统的专业知识又进行了学习，在实验中体验到了乐趣，当然，在实验中也遇到过一些问题，但通过对专业知识的翻阅和学习使问题得以解决。
总的来说，此次实验收获很多，也让我们明白了专业知识的重要性，希望以后有更多的机会接触此类实验，不断提升我们自己
五、附录
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