直流电动机调速系统的设计.doc

黄石理工学院 课程设计（论文） 一 直流电 动机 调速 系统 的设 计 1 引 言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门 子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和 生 存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发 明 大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和 发 展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线 性 集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能 单 一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展 和 应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法 可 以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使 系 统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降 低 系统成本，从而有效的提高工作效率。 直流电动机具有良好的起动、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。从控制 的 角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均 以 模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路 组 成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调 试 困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机 技 术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直 流 电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的 性能。采用单片 机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工 作 效率。 本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由 集 成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调 节 器等。 1 黄石理工学院 课程设计（论文） 2 系统方 案选 择和 总体 结构 设计 2.1 调速 方 案 的 选 择 本次设计选用的电动机型号 Z2-51 型，其具体参数如下表 2-1 所示 表 2-1 Z2-51 型 电 动 机 具 体 参 数 电动机 型号 PN(KW) UN(V) IN(A) NN(r/min) Ra(Ω) GDa2（Nm2 ） P 极对 数 Z2-91 48 230 209 1450 0.3 58.02 1 2.1.1 电动机供电方案的选择 变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的 可 控制电源通常有 3 种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉 宽 调制变换器。旋转变流机组简称 G-M 系统，适用于调速要求不高，要求可逆 运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可 控 整流器又称 V-M 系统，通过调节触发装置 GT 的控制电压来移动触发脉冲的 相位，即可改变 Ud ，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系 统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用 PWM 受器件各量限制，适用 于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和特点选 V-M 系统。 在 V-M 系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置 GT 输出脉冲的相 位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压 Ud 。由于要求直流电压脉动 较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选 择 晶闸管三相全控桥交流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率 比 三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三 相 桥式整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响 应 快、体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同时， 由 于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上选晶闸管三相全控桥整流 电 路供电方案。 2.1.2 调速系统方案的选择 计算电动机电动势系数 Ce ： 2 黄石理工学院 课程设计（论文） 由 Ce = UN ? IN R A = 230 ? 209 × 0.3 = 0.115 v min/r, n N 1450 当电流连续时， 系统额定速降为: ?n N = I dN ? R = 209 × 2 × 0.3 = 1090.4 r/min, R = 2Ra . Ce 0.115 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 : S N = ?n N n N + ?n N = 1090.4 1450 + 1090.4  ×100% = 42.9% ，大大超过了 S≤5%. n N?s 1450 × 0.05 若 D=10，S≤5%.，则 ?n =