信息工程与自动化学院
运动控制系统》
课程设计过程指导（设计举例）
专业：自动化。
班级：自动化2008级b方向。
张寿明编著。
昆明理工大学信自学院自动化系。
第一章课程设计任务 2
一、已知数据 2
二、指标要求 2
三、设计内容 2
第二章设计过程指导（设计举例） 4
一、总体方案的确定，画出系统组成结构图 4
二、主电路形式的确定励磁电路形式的确定 4
三、电枢整流变压器、励磁整流变压器、平波电抗器的参数计算 5
四、晶闸管、励磁电路整流二极管的参数计算与选择 7
五、晶闸管的过压、过流保护电路的设计 8
六、晶闸管触发电路的设计 12
七、电流给定检测及速度给定检测环节的设计 13
八、电流调节器、速度调节器的设计 13
九、双闭环直流调速系统matlab**实例 13
第三章课程设计参考图 13
一、主电路 13
二、速度调节器、电流调节器 13
三、触发电路 13
四、稳压电源 13
1、直流电动机。
型号：z2-111 (z2系列外通风他励直流电动机)
功率：100kw
电压：220v
电流：511a
转速：1000r/min
效率：89%
最大励磁功率：1150w
飞轮转矩：gd2=20.4kgm2
他励电压：220v
过载能力：λ=1.5
2、车间电源。
供电电源：u=380±10%，f=50hz，电压阶跃变化δu=±40v
3、电动机负载。
起动时负载转矩等于电动机的额定转矩（tl=tnom）;
运行中的负载转矩tl=（0.25~0.75）tnom
负载转矩阶跃变化量|δtl|≤0.15tnom
折合到电动机轴上的传动装置及生产机械的飞轮转矩按电动机飞轮转矩的50%估计，生产机械只单向运转，且不常起动。
二、指标要求。
1.静态指标：
调速比d=nmax/nmin=1000/10=10；
静差率s≤3%
2.动态指标：
起动超调量：σn%≤10%，σi%≤5%；
扰动产生的动态偏差及恢复时间 ：
nmax/nmin×100%≤10%，tν≤0.5s
3.对起动和停车的快速性均无特别要求。
1.总体方案的确定，画出系统组成结构图；
2.主电路形式的确定；励磁电路形式的确定；
3.电枢整流变压器、励磁整流变压器、平波电抗器的参数计算；
4.主电路晶闸管、励磁电路整流二极管的参数计算与选择 ；
5. 晶闸管的过电压、过电流保护电路的设计；
6. 晶闸管触发电路的设计；
7.电流检测及转速检测环节的设计；
8. 电流调节器、转速调节器的设计；
9. 控制电路所用稳压电源的设计；
10.起停操作控制电路的设计；
11.系统的matlab**实验；
12.书写设计说明书；
13.绘制系统的电气原理图。
系统的总体方案采用转速、电流双闭环结构，如图2-1所示。
图2-1转速、电流双闭环结构图。
一）主电路形式的确定。
1.整流电路形式。
对于容量较大的电动机（4kw以上），其整流电路一般采用三相全控桥式。
2.变压器接线方式确定。
一般采用δ/y(d,y)或y0/y(yn,y)联结。
二）励磁电路形式的确定。
由于励磁电路功率小，且不需要在额定转速以上进行速度调节，故可以采用单相全波不可控整流电路，或三相半波不可控整流电路。
主电路和励磁电路接线形式如图2-2所示。
图2-2 主电路和励磁电路。
1．电枢整流变压器的参数计算。
1）一次相电压和二次相电压。
变压器一次侧电压，联结，。
变压器二次侧电压按下式计算（对于y型联接）：
式中：——整流变压器y联接式的相电压有效值（v）
—电动机电枢额定电压（v）
—整流电路系数，三相全控桥。
—安全系数。
2）一次相电流和二次相电流。
二次相电流：
式中：—二次相电流有效值（a）；
—直流电动机的长时最大负载电流（a）；
—二次电流波形系数，三相桥为。
一次相电流：
式中：——一次相电流有效值（a）；
——一、二次相电压有效值（v）。
3）一次视在功率、二次视在功率。
电枢整流变压器设计参数：
视在功率 s=122.5(kva)；一、二次线电流 191a/315a；一、二次线电压 380/220v ；接线方式：d,y11.
2．励磁电路变压器的参数计算。
已知电动机的额定励磁电压，则励磁变压器二次侧的电压为：
取。电动机额定励磁电流：
励磁变压器二次侧电流：
励磁变压器一次侧电流：
容量： 励磁变压器设计参数：
容量：；电流：；电压：
3.平波电抗器参数计算。
按轻载时的电流连续或有较好的电流波形选电抗器的电感量；按最大负载时的电流来确定电抗器的导线的载流量。
1）使电流连续的电感量（l）
对于三相全控桥。
式中：——整流变压器二次绕组y连接时的相电压（v）
—直流电动机的最小负载电流（a），按10%额定电流计算。
例： 2）电动机电枢电感量ld
式中：——电动机额定电压（v）；
—电动机额定电流（a）；
—电动机额定转速（rpm）；
p ——极对数；
kd——系数，一般无补偿电动机取8～12；快速无补偿电动机取6～8；有补偿电动机取5～6。
例： 3）整流变压器每相绕组的漏电感lb
式中：——变压器的短路比，10~10000kva的变压器，对应的uk%=5~10;
—与整流电路有关的系数，查表，对于三相全控桥kb=3.9;
—负载电流， id=0.75inom.
4）平波电抗器的电感量。
5）平波电抗器的电流。
式中：——平波电抗器线圈的额定电流（a）
—直流电动机的最大负载电流（a），在此为0.75
—有效值与平均值之比，即效率比。
1．晶闸管的参数计算与选择。
1）额定电压选择。
式中：——晶闸管的标称电压；
—晶闸管在工作中承受的最大峰值电压对于三相全控桥。
例： 取（或）
2）额定通态平均电流。
式中：——通态平均电流的计算系数，对于三相桥，
—最大负载电流，.例： 取。
3）晶闸管型号：
2．励磁电路整流二极管的参数计算与选择。
对于单相桥，。
对于单相桥，。
查手册，可选2cz系列硅整流管。
一）过电压保护。
凡超过晶闸管在正常工作时所承受的最大峰值电压，都算过电压。
操作过电压：由晶闸管装置的拉闸、合闸合器件关断等电磁过程引起的过电压。
浪涌电压：由于雷击等原因从电网浸入的偶然性的浪涌电压。
过压保护的任务：使经常发生的操作过电压限制在额定电压以下；使偶然性的浪涌电压限制在器件的断态和反向不重复峰值电压和以下。
1.交流侧保护。
1）阻容保护。
有两种接线方式，△形和y形，接法如图2-3所示。
图2-3 △形和y形接法图。
推荐采用三角形接法，计算出其电阻值、功率，电容值及其耐压。电阻可选用系列被釉线绕电阻器或系列功率型线绕被釉电阻器，如；电容可选cj48型交流密封金属化纸介电容器；如：。
计算公式：式中，i02——折算到变压器副边的空载电流，i02=i%i2n
kc，kr，kp——系数，对于三相桥，kc=10000，kr=0.3，kp=0.25
电容耐压》=1.5uc
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