专业设计报告.docx
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专业设计报告
**大学
自动化系专业设计报告
题目:
新颖的小功率直流电机调速系统
班级**级自动化*班
指导教师
设计小组成员:
自动化学院
2008年11月6日
一、课程设计小组工作分工
序号
成员
工作分工
1
小功率电机调速系统主回路设计,撰写课程设计报告
2
小功率电机调速系统控制回路设计,撰写课程设计报告
3
4
5
6
二、专业设计意义
直流电动机具有良好的起、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,是电力拖动控制系统的主要执行元件,在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、大型起重机、金属切削机床、造纸机等电力拖动领域中得到了广泛的应用。
目前,在生产的总电能中,大约有2/3用在电力拖动上,单个电力拖动系统的功率可从几毫瓦到几百兆瓦,转速从每小时几转到每分钟几十转,调速范围在无变速机构情况下可达1:
10000。
近年来,高性能交流调速技术发展很快,交流调速系统正逐步取代直流调速系统。
然而,直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟,而且从控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的基础。
因而,还是应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
从生产机械要求控制的物理量来看,电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统(伺服系统)、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型,各种系统往往都是通过控制转速来实现的,因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。
本次专业设计的控制回路采用电压负反馈电流补偿控制的调速系统,主要应用了电路、电机与电力拖动、电力拖动自动控制系统等平时所学知识,使理论知识和实际应用有了很好的结合,还完成了电路图的绘制,对设计系统有了清晰的思路,同时培养了独立思考与动手实践能力,这对今后的学习和工作都有十分重要的意义。
三、专业设计任务书
一、技术指标:
(直流电动机)
1、额定功率Pn=2.2kw。
额定电压Un=220v。
额定电流In=26A.。
转速Nn=1500r/min
电枢电阻Ra=1Ω。
极数2p=2.励磁电压Uex=220v。
电流Iex=0.8A。
2、调速范围D=10,静差率s≤10%。
制动迅速平稳。
二、技术要求:
1、采用带电位截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统。
电机采用220V,2KW的直流电动机。
2、主回路单项半空整流电路。
3、触发采用单结晶体管触发线路。
三、设计要求:
1.、学会查阅有关资料及手册。
2、学会选择元器件及参数。
3、学会结构设计及原理设计方法。
4、绘制电气原理图及编制元件明细表。
5、编写设计说明书。
6、备有单元调试及单位调试的方法和步骤。
四、设计内容:
1、确定调速徐彤方案
2、主电路选择与计算
3、控制电路选择与计算
4、调速系统静态精度计算
5、绘制第七系统原理图
6、绘制电器控制装置接线图
7、安装、调试、修改电路参数
8、编写使用说明书
指导教师:
日期:
四、专业设计进度计划及检查情况记录表
序号
日期
计划完成内容
实际完成内容
1
10月30日
查找相关资料
完成
2
11月6日
研究总体结构图
完成
3
11月13日
分析主回路部分
完成
4
11月20日
参数设计计算
完成
5
11月27日
完成设计报告
完成
五、成绩评定与评语
指导教师:
日期:
专业设计的主动性
与平时表现(20%)
独立思考能力
与动手能力(40%)
专业设计
完成情况(40%)
专业设计成绩
新颖的小功率直流电机调速系统——主回路
一、总体设计方案
转速反馈是调速系统的基本、直接反馈形式。
但要实现转速反馈必须安装一台检测转速的测速发电机,这不仅增加了设备成本,而且给系统的安装和维护带来了困难。
因此,对于一些调速指标要求不高的调速系统,可以采用其他方便的反馈形式来代替直接的转速反馈形式。
以电压负反馈为主,电流补偿控制为辅的调速系统就是这一类的控制系统。
根据直流电动机电枢平衡方程式Ud=IdRd+Cen可知,如果忽略电枢电阻压降,则电动机的转速近似与电枢两端电压Ud成正比,所以用电动机电枢电压负反馈取代转速负反馈,以维持其端电压基本不变,构成电压负反馈调速系统。
但这种系统对电动机电枢电阻压降引起的稳态速降,不能靠电压负反馈作用加以抑制,因而系统稳态性能较差。
为了弥补这一不足,在电压负反馈系统的基础上再引入电流正反馈,以补偿电动机电枢电阻压降引起的稳态速降,这就是电压负反馈电流补偿控制的调速系统。
(一)实用背景
随着时代的发展,最新设计的小功率直流调速器,功能齐全,电流可调,配合位移传感器具有自动跟踪无极调速功能。
安全可靠。
可外接霍尔开关具有两种速度控制方式,另外,外接光电开关可以远距离无接触控制速度;并且有过压过载保护作用,尤其适合永磁式或他激式小功率直流电机使用;是现代工业领域中的最理想的直流电机调速控制装置。
(二)
系统结构图
(三)稳态结构图
(四)主回路原理图
分析:
●通过电压取样电位器RP1,取得电压反馈信号Uu=γUd,γ为电压反馈系数。
●在电枢回路串入取样电位器RP2,由IdRs取电流正反馈信号。
IdRs的极性与转速给定信号Un*的极性一致,而与电压负反馈信号Uu的极性相反。
二、设计内容
(一)原理——单相桥式半控整流电路的原理
在单相桥式全控整流电路中,每一个导电回路中有2个晶闸管,即用2个晶闸管同时导通以控制导电的回路。
实际上为了对每个导电回路进行控制,只需1个晶闸管就可以了,另1个晶闸管可以用二极管代替,从而简化整个电路。
把图2-6a中的晶闸管VT2、VT4换成二极管VD2、VD4即成为图2-10a的单相桥式半控整流电路(先不考虑VDR)。
半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同,这里无需讨论。
以下针对电感负载进行讨论。
与全控桥时相似,假设负载中电感很大,且电路已工作于稳态。
在u2正半周,触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲,u2经VT1和VD4向负载供电。
u2过零变负时,因电感作用使电流持续,VT1继续导通。
但因a点电位低于b点电位,使得电流从VD4转移到VD2,VD4关断,电流不再流经变压器二次绕组,而是由VT1和VD2续流。
此阶段,忽略器件的通态压降,则ud=0,不像全控桥电路那样出现ud为负的情况。
在u2负半周触发角a时刻触发VT3,VT3导通,则向VT1加反压使之关断,u2经VT3和VD2向负载供电。
u2过零为正时,VD4导通,VD2关断。
VT3和VD4续流,ud又为零。
以后重复以上过程。
该电路实用中需加设续流二极管VDR,以避免可能发生的失控现象。
实际运行中,若无续流二极管,则当a突然增大至1800或脉冲丢失时,由于电感储能不经变压器绕组释放,只是消耗在负载电阻上,会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况,这使ud成为正弦半波,即半周期ud为正弦,另外半周期为零,其平均值保持恒定,相当于单相半波不可控整流时的波形,称为失控。
例如当VT1导通时切断触发电路,则当u2变负时,由于电感的作用,负载电流由VT1和VD2续流,当u2又为正时,因VT1是导通的,u2经VT1和VD4向负载供电,出现失控现象。
有续流二极管VDR时,续流过程由VDR完成。
在续流阶段晶闸管关断,这就避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。
同时,续流期间导电回路中只有一个管压降,少了一次管压降,有利于降低损耗。
有续流二极管时电路中各部分的波形如图2-10b所示。
单相桥式半控整流电路的另一种接法如图2-11所示,相当于把图2-6中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4,这样可以省去续流二极管VDR,续流由VD3和VD4来实现。
这种接法的两个晶闸管阴极电位不同,二者的触发电路需要隔离。
(二)电路计算
●晶闸管元件的选择
(1)晶闸管的额定电压
由式(11-8)得
UTN=(2~3)Um=(2~3)
U2=(2~3)
×220V
取UTN=600V
(2)晶闸管的额定电流
未接电抗器的电动机负载,负载性质介于电阻与电感负载之间,为了晶闸管工作可靠,按电阻负载选择系数K,查表3-2得K=0.5,按最大负载电流IdB=1.2Id计算,根据(11-9)
IT(AV)=(1.5~2)KidB=(1.5~2)×0.5×1.2×26A
取IT(AV)=20A
故选KP20-6晶闸管元件。
虽然整流二极管导电时间较长,但考虑到晶闸管电流裕量大,因此整流二极管也选20A,即选用ZP20-6。
●晶闸管保护环节的计算
(1)交流侧过电压保护
1)阻容保护由式(11-10)、式(11-11)、式(11-12)得
em
=6×12×
uF=
耐压
1.5Um=1.5×
220V=328V
选6.8uF、耐压400V、CJ31金属化纸介电容器。
R
2.3
=2.3
=13.9
取R=15
×
=2
×50×6.8×220×
A=0.33A
(3~4)
R=(3~4)×
×15W=4.9~6.5W
可选15
、5W金属膜电阻
2)压敏电阻
的选择由式(11-16)得
=1.3
U=1.3×
×220V=285V,取330V。
通流量可取5A,故选用MY31-330/5的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。
(2)直流侧过电压保护
由式(11-17)得
(1.8~2)×110V=198~220V
选MY31-220/3的压敏电阻作直流侧过电压保护。
(3)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护。
由表2-2-2得C=0.15uF、630V、CJ金属化纸介电容器。
=fC
×
=50×0.15×
×
W=0.24W,取R=82
,
W。
(4)过电流保护
1)交流侧快速熔断器的选择由于
=14.4A,再根据式(11-19)及表11-3a,可选RLS-50的熔断器,熔体电流为15A。
2)与元件串联的快速熔断器的选择由于I=
=14.4A,
=I/
=14.4A/
=10.2A,故也选RLS-50的熔断器,熔体电流为15A。
●激励电路的元件选择
励磁电路如图16-3所示。
由于该系统采用减压调速,励磁不变,故励磁绕组采用单相桥式不控整流电路供电,与主电路共用一电源,因励磁功率较小(仅88W),一般只需适当考虑主变压器留一定裕量,不用重新计算。
整流二极管的选择,可参照晶闸管a=
的选择。
耐压与主电路元件相同,取600V。
可由表3-2查得K=0.45,再求额定电流:
(1.5~2)
=(1.5~2)
0.45
0.8A=0.54~0.72A
取1A,故选用ZP1-6整流二极管即可。
图16-3中,
为与电动机配套的磁场变阻器,用来调节励磁电流。
为实现弱磁保护,在励磁回路中串入了欠电流继电器KA,通过
调整动作电流,。
根据额定励磁电流
=0.8A,可选用吸引线圈电流1A的JL14-11ZQ型直流欠电流继电器。
三、心得体会
这一次,我们专业设计的题目为——新颖的小功率直流电动调速系统。
我通过设计该题目,对调速系统主电路的结构组成、电路原理、理论分析、参数计算、工程设计、规范作图等方面得到全面的训练。
在专业设计过程中,我觉得自己收获非常大。
主要有以下几个方面:
1.自主学习能力的提高
这次专业实习,使我锻炼了自己自主学习的能力。
走向社会,买入工作岗位后不会再像在学校里学习那样,有老师,有作业,有考试,而是一切要自己主动去学去做。
只要你想学习,学习的机会还是很多的。
参阅资料,独立思考,之后再请教老师。
所遇到的问题都需要自己的独立思考,因此独立思考解决问题的能力得到提高。
同时动手能力也得到相应的提高。
2.实践能力的提高
在设计与自我学习中,我培养自己的综合运用所学知识解决工程技术问题的能力;检验了自己的应用学科基础课、学科专业课进行理论计算、工程计算等水平;培养依据技术指标进行方案论证、计划的实施、调查研究、文件检索、查阅资料的能力;培养了自己计算机应用水平,电子自动化设计技巧,元器件使用技能,电路原理分析能力;培养自己的独立自学不断扩展知识面,使自己受到工程师的基本训练;培养同学之间的团队意识,严格、认真、一丝不苟的科学态度,勇于探索的创新精神。
3.关于团队精神的理解
工作往往不是一个人的事情,是一个团队在完成一个项目,在工作的过程中如何去保持和团队中其他同事的交流和沟通也是相当重要的。
一位资深人力资源专家曾对团队精神的能力要求有这样的观点:
要有与别人沟通、交流的能力以及与人合作的能力。
合理的分工可以使大家在工作中各尽所长,团结合作,配合默契,共赴成功。
个人要想成功及获得好的业绩,必须牢记一个规则:
我们永远不能将个人利益凌驾于团队利益之上,在团队工作中,会出现在自己的协助下同时也从中受益的情况,反过来看,自己本身受益其中,这是保证自己成功的最重要的因素之一。
通过这次专业设计,不仅让我更深一步了解了自动化专业在实际生产中的应用,了解自动生产操作过程、生产方式和工艺过程,而且加强了理论联系实际的锻炼,提高了实践能力。
在专业方面:
了解更多的专业技术知识及应用状况,拓宽专业知识面;培养我们理论联系实际的工作作风,提高分析问题、解决问题的独立工作能力。
巩固已学专业基础课和专业课程的有关知识,并为即将到来毕业及求职做了准备。
在此感谢老师对我这次实习的教导及帮助。
四、参考文献
1、陈伯时主编,电力拖动自动控制系统,北京:
机械工业出版社,1992
2、李世卿主编,自动控制系统,北京:
冶金工业出版社,1987
3、孔凡才主编,自动控制原理与系统,北京:
机械工业出版社,1992
4、顾绳谷主编,电机及拖动基础,北京:
机械工业出版社,1985
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