电力拖动控制系统课程设计指导书

《电力拖动控制系统》课程设计指导书

指导教师：魏明

使用班级：电本085

电力拖动控制系统课程设计内容主要包括主电路、触发电路、控制电路等环节的设计。各部分的设计思想和大体的设计步骤如下:

一、主电路

V-M调速系统的主电路一般是由可控硅整流电路、直流电动机回路、交直流侧的保护电路等组成，因此，对主电路的设计应从以下几个方面入手:

●方案的选择

在设计主电路时，首先应根据生产工艺的要求和电动机的容量确定整流电路的形式，选择的原则是在确保满足工艺要求的前提下，尽量采用经济、简单、可靠的方案。下面介绍的是选择方案的依据，供参考。

1．电动机的容量P ed≤4kW, 可采用单相整流电路：

（1）若电动机的容量较小，可采用单相半波电路。

（2）若电动机的容量接近4kW，一般采用单相全控整流电路。

2．电动机的容量P ed≥4kW，一般采用三相整流电路：

（1）若电动机的容量较小，可用三相半控整流电路。

（2）若电动机的容量较大或可逆运行时，则应选用三相全控桥式整流电路。

（3）大容量电动机可用多相整流电路，如12相、24相整流等。

●设计内容

1．根据负载电动机的参数确定整流变压器的参数。

2．根据负载电动机的参数选择可控硅整流元件。

3．根据所选用的整流变压器、整流电路及SCR元件，确定SCR元件保护电路的形式、参数和位置。 4．根据系统对电流脉动率的限制和对最小电流的限制，确定平波电抗器的参数，设计时应考虑两个方面的因素: 其一是限制电流脉动的电感量；其二是计算使输出电流连续的电感量，平波电抗器的电感量应选择二者中大的。

二、触发电路

触发电路的基本任务是: 将控制电压U ct的变化转变成移相控制角α的变化，以达到改变整流器输出电压U d的目的。因此不同的控制系统对触发电路的要求是不同的，但大体上可归纳如下:

1．必须输出足够大的触发电压和电流。

2．输出脉冲的数目及移相范围应满足可控硅整流电路不同联结方式和调压范围的要求。

3．应能在允许的电网电压波动和畸变的条件下正常工作。

4．应保证在整个移相范围内各相触发脉冲滞后角一致。

5．输出脉冲应有足够的宽度。

6．一般情况下，触发装置应与处于高电位的主电路相互隔离，以保证人身和设备的安全。

7．应有足够的抗干扰能力。

为了满足上述要求，触发电路一般由以下几个部分组成: 每相触发电路由各自独立的同步变压器副边绕组、比较环节、脉冲形成、放大及输出电路，对需要可逆运行的变流装置，还常常须加设移相角限位(αmin限制)和脉冲封锁等电路环节。

触发电路的形式很多，一般可分为: 阻容移相触发电路、单结管移相触发电路、同步信号为正弦波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路。目前，国内许多生产厂家都生产定型的触发器，因此，在进行系统设计时，应当首先考虑采用定型产品, 如果定型产品不能满足要求时，再进行设计。

下面给出选用触发电路的依据:

1．阻容移相触发电路: 适用于小功率晶闸管整流装置、控制精度要求不高的场合。

2．单结管移相触发电路: 适用于小功率且要求不高的晶闸管系统中。

3．同步信号为正弦波的触发电路: 适用于三相全控桥式整流电路或电感性负载的可控硅整流电路。 4．同步信号为锯齿波的触发电路: 适用于移相范围大及可逆系统中。

三、控制电路:

●方案的选择

控制电路形式的选择是以系统的动态指标和工艺要求为依据的。其选择的原则大体如下:

1．动态指标要求不是很高时，可采用单闭环(或开环)控制:

（1）根据静差率S和调速范围D确定是否用闭环。

（2）由S、D的大小确定用何种闭环。

（3）单环系统一般都应设置电流截止负反馈环节，以限制过电流。

2．动态指标要求较高时，一般应采用双闭环或多环控制:

可逆拖动系统一般都采用转速、电流双闭环控制，但是若要求按一定的速度图起动时，应设计给定积分器。若要求控制电流变化率时，可设计带电流变化率调节器的三环系统或带电压调节器的三环系统。

●设计内容:

1．根据所选择的控制方案，设计控制框图。

2．各单元电路的选择和设计。

（1）选择运算放大器:

调速系统中经常遇到这样的问题: 为了提高系统的静态精度，必须增大系统的放大倍数，但是，放大倍数增大后，由于受系统惯性的影响，又使系统容易发生振荡，即系统的静态精度与动态品质指标之间是相互矛盾的。为了解决这个问题，在调速系统中常常采用PI调节器作为串联校正环节。这样，只要适当地选择PI调节器的参数，就可以使系统同时满足静、动态指标的要求。因为在静态时，反馈环开环(这里指PI调节器的反馈)，工作的运算放大器的开环放大倍数很大(104～108)，系统的静差率小，静态精度高。而在动态过程中，由于反馈电容两端的电压不能突变，于是调节器产生强烈的负反馈，使调节器的动态放大倍数很小，这样对系统的稳定性有利。

总之，在选择放大器时，应全面考虑静动态指标之间的要求，若静动态要求都较高时，则放大器应当采用PI调节器，且应具有限幅输出。

（2）选择或设计给定环节:

给定环节是为系统提供速度给定信号U*n的。一般情况下，对中小容量且动态要求不高的系统来说，可选择分压式给定环节，即将由稳压电源输出的恒定的直流信号经一定的分压电路获得U*n，U*n是阶跃变化的。这样的电路具有简单、经济、易调整等优点。但是，对大容量且要求按一定的起动图起动的系统来说，一般都采用给定积分器作为给定环节，给定积分器的作用是使阶跃变化的速度给定转变成线性上升的信号，从而使电动机按工艺提出的加速度进行平稳的起动、制动，弱磁升速时，也可避免由于磁场电流上升得太快，电动机速度还没有来得及降下来时所产生的主回路过电压。

（3）稳压系统的选择:

稳压系统（稳压电源）是为系统中所有的电子器件提供工作电源的，一般为±15 V，为了使系统可靠地工作，对稳压系统的要求是很高的。目前，稳压系统大都采用集成元件，且有定型产品，因此，在进行工程设计时，可根据需要灵活选用。

（4）反馈环节的设计:

a．速度反馈环节: 设计测速发电机回路。

b．电流反馈环节: 选择反馈元件，设计反馈电路。

（5）可逆控制环节的选择或设计。

四、动态参数的选择

1．画出系统的动态结构图。

2．计算系统中各个环节的时间常数:

电流反馈滤波时间常数T oi: 原则上T oi越小越好，一般取T oi＝1～3 ms。

速度反馈滤波时间常数T on: 根据测速发电机的质量在 5 ～ 20 ms内选择。

3．电流环参数计算。

4．速度环参数计算。

五、画出完整的电气原理图

根据选择和设计的各个环节的电路，连接成一张完整的电气线路图。要求图面整洁，比例恰当，内容表达清楚，图例符合国家标准。

六、编写原理说明书和计算书:

初步设计完成之后，应进行设计资料的整理。资料应含两部分: 原理说明和设计计算，其主要内容包括：

1．设计要求及技术指标。

2．总体方案论证及选择。

3．系统工作原理概述。

4．各单元电路设计和工作原理叙述、电路参数及电气元件参数计算。

5．设计评价及改进意见。

6．参考文献。参考文献的著录格式应符合国家标准：

参考文献可集中列于说明书（论文、各篇、章、节或全书）之后，按在文中引用的先后或主次用阿

拉伯数字编号，同时在文中引用处右上角用方括号表明此编号，以便于读者查阅。

文后参考文献著录格式应符合国家标准《文后参考文献著录规则》（GB7714-87）的规定：

●专著（普通图书）的著录格式：

序号主要责任者．书名．其他责任者．版本（第一版不著录）．出版地

（出版者所在城市名称）：出版者，出版年（只写年号，省略“年”字）

[1]余丽华．电气照明．朱桐城．上海：同济大学出版社，1992

●引自连续出版物（报刊）中文献的著录格式

序号文献责任者．文献题名．原报刊名称，出版年，卷（期）或（版序）：原期刊中的页码

[1] 李四光．地壳构造与地壳运动．中国科学，1973（4）：400-429

七、设计时间及进度

课程设计时间为一周，进度安排大致如下：

第一天——了解并熟悉设计任务和设计要求。

第二天——进行方案选择，并绘制电气原理框图。

第三天——进行各单元电气原理电路设计及相应参数计算。

第四、五天——绘图图、整理设计说明书。

要求按时完成各项设计内容，无特殊情况下不得拖延时间。

八、设计成果及成绩评定

设计成果：课程设计结束时，要求每个学生必须提交下述成果：

1．设计说明书。要求设计说明书内容正确，语言力求简练，表达清楚，字迹工整，且按下列内容及顺序进行装订：

（1）封面（设计题目、设计者班级、姓名、学号、指导教师、设计日期等。

（2）目录。

（3）内容摘要。

（4）正文（设计要求及技术指标、总体方案论证及选择、系统工作原理概述、各单元电路设计和工作原理叙述、电路参数及电气元件参数计算、结论等）。

（5）设计总结及致谢。

（6）参考文献。

（7）封底。

2．电气原理图一张（图幅为A2或A3）。

成绩评定：

根据学生在设计过程中的学习和工作态度、任务完成情况、综合运用本课程所学知识的能力及设计说明书和图纸的质量评定成绩。成绩按五级计分，即优秀、良好、中等、及格和不及格。