电机与电气课程设计报告.docx

1、电机与电气课程设计报告电机与电器综合设计与实践 设计任务：直流电机PWM调速系统仿真与设计 班级：电气工程及其自动化 组别：第组 组长学号姓名： 1252604方宇昊 组员1学号姓名：1252832王焜 组员2学号姓名：1252836杨云霄 指导老师：袁登科 起止时间： 2015.11.302015.12.11目录电机与电器综合设计与实践 11. 绪论 31.1 国内外现状 31.2 小组分工 32 主电路器件选型与设计 42.1 设计要求 42.2 总体设计方案 42.2.1 具体内容 52.2.2 系统结构 52.2.3 器件选型 52.3 主电路设计方案 62.3.1 整流电路 62.3

2、.2 电机电路 63 转速电流双闭环控制回路及MATLAB电路仿真 73.1 转速电流双闭环 73.2 仿真结果 84 总结 84.1 项目遇到的问题及解决过程 84.2 个人小结 84.2.1 组长方宇昊的个人小结 94.2.2 组员王焜的个人小结 94.2.3 组员杨云霄的个人小结 9参考文献 101. 绪论1.1 发展现状在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力

3、大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，所以直流调速系统至今仍然被广泛地应用于自动控制要求较高的各种生产部门，是截止到目前为止调速系统的主要形式。1.2 小组分工主电路器件选型与信号测量及运放电路等设计（A）：方宇昊基于BUCK 的直流电机转速与电流双闭环系统MATLAB 电路仿真（B）：王焜报告撰写（C）：杨云霄2 主电路选型与设计2.1 设计要求(1)对主电路各部分器件进行选型；(2)设计转速调节器，要求在阶跃速度指令下，速度无静差，空载起动到额定转

4、速时的转速超调量n10%；(3)设计电流调节器，要求在阶跃电流指令下，电流无静差，额定电流指令下的电流超调量i5%；(4)采用MATLAB/SIMULINK 的simpowersystems 工具箱对转速、电流双闭环控制的直流电机调速系统进行动态仿真。2.2 总体设计方案2.2.1 具体内容(1) 合理选择主电路器件及参数（主要包括熔丝、整流桥/整流二极管、滤波电容器、半导体开关器件、滤波电感器及电容器、转速测量与电流测量电路、运放电路参数等）；(2) 基于MATLAB/SIMULINK 对采用转速、电流双闭环控制的基于BUCK 的直流电机调速进行仿真实验，注意对比ASR 和ACR 具有不同P

5、I 参数下的电机转速、电流响应波形的不同；(3) 撰写设计报告，制作汇报PPT。2.2.2 系统结构原理综述：直流PWM-M 可逆调速系统的仿真模型如上图所示，模型在直流PWM-M系统主电路模型基础上增加了转速调节器ASR 和电流调节器ACR 。ASR 和ACR 都采用带输出限幅的PI 调节器。如图1所示，是我们本次设计的系统总体仿真图：图1 系统总体仿真图2.2.3 器件选型器件选型如表1所示序号品名规格相关参数1桥式整流器二极管PX10A02最高反向耐压：1300V稳态最高正向电流：10A2滤波电容MPGD400-10-1耐压值为450v电容值为315uF3滤波电感器NA1mH4MOSFE

6、TIRFPC40MOS管参数：600V 6.8A 150W 1.22.3主电路设计2.3.1整流电路通过桥式整流电路将220V交流电整流成为304V的直流电压。电路结构如图2所示。整流波形如图3所示。图2整流电路图3整流电路输出电压波形2.3.2电机电路由整流电路输出电压经过BUCK电路，其MOSFET的开断通过控制回路输出PWM波控制图4电机电路3 转速双闭环回路及Matlab仿真3.1 转速电流双闭环直流PWM-M 可逆调速系统的仿真模型如上图所示，模型在直流PWM-M系统主电路模型基础上增加了转速调节器ASR 和电流调节器ACR 。ASR 和ACR 都采用带输出限幅的PI 调节器。如图5

7、所示图5直流双闭环调节电路3.2 Simulink仿真结果在输入电压为220V，频率为50Hz的交流电压下，通过转速电流双闭环控制后的输出电转速如图6和电枢电流波形如图7输出转速稳定在1460r/min 且超调量与调节时间都较小图6输出转速波形由于未加入负载，故最终电枢电流保持在0A图7电枢电流波形通过观察波形可以看出，由于有了转速电流双闭环的控制，转速与电流最终都能够达到预期值，说明控制效果良好。4 总结4.1 项目遇到的问题及解决过程在做本次课程设计的过程中，在选型方面与参数调节方面遇到了些许问题，首先，桥式整流电路的二极管浪涌电流选择过小，在袁登科老师的指导下更换了选型。其次，转速波形超

8、调量较大，调节时间较长，通过调节转速环的比例调节器与积分器成功将超调量减小低于3%，同时调节速度也非常合适。4.2 个人小结4.2.1 组长方宇昊的个人小结在这次电机与电器综合设计中我主要负责了器件选型与整体电路的设计。我觉得，在具体实例中仿真完成的下一步就是进行实物的模型制作与调试，因此，仿真的重要意义不言而喻，要充分考虑到实际的可操作性，特别是在器件的选型过程中。另外，在整体电路的设计中，我结合了电力电子，电力拖动，以及模电的相关知识，对我整个大学在电机与电器这一块的学习是一个综合的考核。仿真过程中需要我们极大的耐心与毅力，特别是在双闭环的参数调节上，要结合已学的电拖计算公式，并反复调试参

9、数，最终才能得到完美的波形。主电路和控制电路的灵魂在于利用PWM发生器，它将两个电路连为一个整体。组长方宇昊感想由于时间正值大批同学的考研，在完成这个课题的过程中，我和组内成员分工协作，充分利用到了2周内的每一点时间，来完成这个设计。在我本人的感觉上，也非常享受和同学们一起完成一个任务的感觉。我希望组员们和我应当从这次仿真设计中学会认真耐心对待每一件事情，并更好地学会团结合作，我们正步入社会，应当变得成熟有担当。4.2.2 组员杨云霄的个人小结在本次的课程设计中，我主要负责MATLAB的仿真工作以及PPT的制作。可以说为期两周的课程设计让我受益匪浅。首先，我重新温习了电力拖动机器自动控制课程的

10、内容，与此同时巩固了电力电子课上学到的知识，加深对电路设计的了解。通过MATLAB的设计过程，提高了自己动手解决新问题的能力，在调节PI参数和仿真电路参数时重复多次的尝试，让我明白无论什么事都需要用心才能做好。同时，本次课程设计过程更让我认识到了团队协作的力量，在波形出来后并不完美，在通组成员的提醒下通过滤波解决。最后，希望提出一点意见，就是课程设计的时间与考研冲刺阶段紧挨，希望未来可以稍作调整，让考研的同学们安心考研。4.2.3 组员王焜的个人小结这次电机电器课程设计是对已经学过的知识的综合运用，我在这次课程设计中的任务是MATLAB仿真的搭建，此外还协助了其他组员的一些工作。上学期我们学习

11、过了电力传动与牵引控制这门课，而且还上了系统仿真这门课，所以这道题的建模仿真做起来也能驾轻就熟。当然也不可避免的会遇到很多的问题，比如电机参数的计算、PI控制器的参数整定，这中间要用到很多。已经学过的课程的知识，如电力电子，自动控制原理等，通过具体的实践我们更加深化的所学过的课本的知识。在完成这个任务的时候，我们查阅了很多的资料，看了很多MATLAB里面自带的例子，从中学习到了很多。此外，小组成员之间米密切的协作也是我们成功完成这个课程设计的关键。参考文献1 阮毅、陈伯时主编，电力拖动自动控制系统运动控制系统，北京：机械工业出版社，20122 颜世钢，张承慧编著，电力电子技术问答，北京：机械工业出版社，2007