1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業電機調速系統課程設計報告（20162017學年 第2學期）題 目 直流電機調速、制動系統設計系 別 信息與控制工程系 專 業 電氣工程及其自動化 班級學號 姓 名 王澤沛 組 員 崔濤 李博 蒲正伊 指導教師 顧波 完成時間 2017.6.15 評定成績 目錄TOC o 1-3 h u 9第一章 課程設計的意義本次課程設計是電氣及其自動化專業學生在學習了電機與拖動基礎專業必修課程及電力電子技術、電氣控制與PLC應用技術、單片機原理及應用、無線通信技術等相關專業選修課程之

2、后進行的一次全面的綜合訓練，其主要目的是加深學生對電機拖動及plc控制技術相關理論和知識的理解，進一步熟悉plc與電機拖動的基本理論、方法和技能；掌握工程應用的基本內容和要求，整合各專業課程的理論知識和方法，做到理論與實際的統一；由于測速采用數字化，能夠在很寬的范圍內高精度測速，所以擴大了調速范圍，提高了速度控制的精度。另一方面，一些模擬電路難以實現的控制規律和控制方法，例如各種最優控制、自適應控制、復合控制等都變得十分容易了，從而使系統的控制性能得到提高。由于硬件高度集成化，所以零部件數量和觸點大大減少;很多功能都是由軟件(即程序)來完成的，使硬件得以簡化，所以采用單片機控制的電力拖動系統的

3、故障率比模擬系統小。另外，數字電路的抗干擾性能強，不易受溫度等外界條件變化的影響，沒有工作點的溫漂等問題，所以運行的可靠性高。由于單片機可以與計算機相連，而計算機具有存儲、顯示、記錄等功能，可以對系統的運行狀態進行檢測、診斷、顯示和記錄，并對發生故障的時間、性質和原因進行分析和記錄，所以維修很方便，維修周期變短。由于單片機以數字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。所以，數字直流調速系統的控制精度和可靠性比模擬直流調速系統大大提高。而且通過系統總線，數字控制系統能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行信息交換，實現生產過程的分級自動化控制。所以，直流傳動控制采用單片機實現數字化，使直流

4、調速系統進入一個嶄新階段。直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機，其原理是電磁驅動。因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。 發電機運行時的直流電機工作模型如下圖所示，圖中的電刷A和B間外接的是直流負載，電機由一原動機拖動以逆時針方向旋轉。在圖示瞬間，元件邊ab的感應電動勢方向為b端到a端，元件邊cd的感應電動勢方向為d端到c端，元件中的電流ia的方向為B刷dcbaA刷，元件邊ab、cd產生電磁力f，作用在電樞圓周切線方向的電磁力f將產生電磁轉矩Tem，方向為順時針，與電機旋轉方向相反、轉過180的位置后，元件內的電流ia的方向為從B刷abcdA刷，外電路中的電流的方向仍不變，產生的

5、電磁轉矩Tem的方向仍為順時針。1.1直流電機調速控制的傳遞函數在直流電機調速系統中通常是以他勵式直流電動機為控制對象,其等效控制電路如圖1-1所示。圖1-1他勵直流電機等效控制電路1.2.1 電流與電壓的傳遞函數由上述電路圖，得出其相應的動態方程： 式(1.4)式中：L為電樞回路電感；為，感應電動勢。公式變換后得： 式(1.5)式中：,為電機電樞回路的電磁時間常數。對兩邊同時拉氏變換后，整理可得電流與電壓的傳遞函數： 式(1.6)第二章 實驗臺模塊及原理介紹2.1.1反接制動切換極性相反的電源電壓，使電樞回路內產生反相電流；反接制動時。從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉變成的電功率一

6、起消耗在電樞回路制動電阻上。直流電動機運行的情況，此時出現nn0、EaU、Ia反向，電機有驅動變為制動。在電動機切斷正常運轉電源的同時改變電動機定子繞組的電源相序，使之有反轉趨勢而產生較大的制動力矩的方法。反接制動的實質:使電動機欲反轉而制動，因此當電動機的轉速接近零時，應立即切斷反接轉制動電源，否則電動機會反轉。實際控制中采用來自動切除制動電源。反接制動控制電路如圖所示。其主電路和正反轉電路相同。由于反接制動時轉子與旋轉磁場的相對轉速較高，約為啟動時的2倍，致使定子、轉子中的電流會很大，大約是額定值的10倍。因此反接制動電路增加了限流電阻R。KM1為運轉接觸器，KM2為反接制動接觸器，KV為

7、速度繼電器，其與電動機聯軸，當電動機的轉速上升到約為100轉/分的動作值時.KV常開觸頭閉合為制動作好準備。反接制動分析:停車時按下停止按鈕SB2，復合按鈕SB2的常閉先斷開切斷KM1線圈，KM1主、輔觸頭恢復無電狀態，結束正常運行并為反接制動作好準備，后接通KM2線圈(KV常開觸頭在正常運轉時已經閉合)，其主觸頭閉合，電動機改變相序進入反接制動狀態，輔助觸頭閉合自鎖持續制動，當電動機的轉速下降到設定的釋放值時，KV觸頭釋放，切斷KM2線圈，反接制動結束。一般地，速度繼電器的釋放值調整到90轉/分左右，如釋放值調整得太大，反接制動不充分;調整得太小，又不能及時斷開電源而造成短時反轉現象。反接制

8、動制動力強，制動迅速，控制電路簡單，設備投資少，但制動準確性差，制動過程中沖擊力強烈，易損壞傳動部件。因此適用于l0kw以下小容量的電動機制動要求迅速、系統慣性大，不經常啟動與制動的設備，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。2.1.2 直流調速系統的主導調速方法降壓調速根據直流電動機的基礎知識可知，直流電動機的電樞電壓的平衡方程為： 式(1.1)公式中：為電樞電壓；為電樞電動勢；為電樞電流與電阻乘積。由于電樞反電勢為電路感應電動勢，故： 式(1.2)式中：為電動勢常數；為磁通勢；為轉速。由此得到轉速特性方程如下： 式(1.3) 由式（1.3）可以看出,調節直流電動機的轉速有以下三種方法：1

9、.改變電樞回路的電阻R電樞回路串電阻調速。屬于有級調速，且不易構成自動調速系統，當電機低速運行時，電樞外串電阻上的功耗大，系統效率低，故一般不予采用。2.減弱勵磁磁通弱磁調速。可以構成無極調速，但只能在電動機額定轉速以上做小范圍的升速，不能作為主導調速方法。3.調節電樞電壓降壓調速。可以構成無極調速，且調速范圍大、控制性能好。而且，現代電力電子技術的發展，使得直流電源輸出電壓能夠非常容易地實現連續可調。因此，降壓調速是直流電機調速系統的主導調速方法。降低供電電壓的幅值，保持電源的頻率不變，一般稱作調壓調速，降壓恒頻調速的特點是同步轉速保持不變，每極氣隙磁通將隨定子電壓的降低而減小，最大轉矩將隨

10、定子電壓的降低而成平方的減小，臨界靜差保持不變。當負載轉矩恒定時，電磁功率隨著轉速的降低而增加，而機械功率卻隨之減小。因此，降壓恒頻調速屬于轉差功率消耗型調速方式。2.1.3 能耗制動指運行中的直流電機突然斷開電樞電源，然后在電樞回路串入制動電阻，使電樞繞組的能量消耗在電阻上，使電機快速制動。由于電壓和輸入公率都為零，所以制動平衡，線路簡單；直流調速器就是調節直流電動機速度的設備，上端和交流電源連接，下端和直流電動機連接。直流調速器將交流電轉化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機礪磁（定子），一路輸入給直流電機電樞（轉子）直流調速器通過控制電樞直流電壓來調節直流電動機轉速。同時直流電動機給調

11、速器一個反饋電流，調速器根據反饋電流來判斷直流電機的轉速情況，必要時修正電樞電壓輸出，以此來再次調節電機的轉速。直流電機的調速方案一般有下列3種方式：1、改變電樞電壓；2、改變激磁繞組電壓；3、改變電樞回路電阻。電動機脫離三相交流電源后，定子繞組加一直流電壓，即定子繞組通以直流電流，利用轉子感應電流與靜止磁場的作用達到制動目的。能耗制動控制方式又分：時間原則控制利用時間繼電器控制速度原則控制利用速度繼電器控制識圖：（見圖）（1）電路組成：主電路、控制電路（2）主要元器件：轉換開關、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器、電源變壓器、按鈕、時間繼電器、二極管整流橋（3）原理分析：主回路：合上QS主電路和控

12、制線路接通電源變壓器需經KM2的主觸頭接入電源（原邊）和定子線圈（副邊）控制回路：起動：按下SB2KM1得電電動機正常運行能耗制動：按下SB1KM1失電電動機脫離三相電源，KM1常閉觸頭復原KM2得電并自鎖，（通電延時）時間繼電器KT得電，KT瞬動常開觸點閉合。KM2主觸頭閉合電動機進入能耗制動狀態電動機轉速下降KT整定時間到KT延時斷開常閉觸點斷開KM2線圈失電能耗制動結束。注：KT瞬動常開觸點的作用：如果KT線圈斷線或機械卡住故障時，在按下SB1后電動機能迅速制動，兩相的定子繞組不致長期接入能耗制動的直流電流第三章 模塊的測試及數據分析3.1 實驗數據表一 反接制動正常T17.547.28

13、6.686.275.153.07反接T25.914.184.452.381.471.37表二 降壓調速電壓(V)5.033.803.733.523.292.121.351.20轉速(r/min)18551378127312571170652283199表三 能耗制動電阻轉速r/min一5.23578二14.43082三22.82554四38.42010五46.418633.2 數據分析所測得的數據之間存在著比例關系，在數據表可以看出轉速與電阻之間存在著反比關系，隨著阻值增大，轉速降低。而電壓與轉速之間存在著正比關系；隨著電壓的增大，轉速升高。當然也存在的誤差，外在因素的影響實驗所測得的結果。第

14、四章 總結 通過這次設計使我學會如何去培養我們的創新精神，從而不斷地戰勝自己，超越自己。創新，是要我們學會將理論很好地聯系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰勝別人，超越前人。這次電力拖動課程設計讓我受益匪淺，無論從知識還是其他的各個方面。在設計過程中，我不僅能夠理論聯系實際的學習。而且提高了對電力拖動的理解水平。在這次課程設計中讓我體會到了合作與團結的力量，當遇到困難的時候，我們就會一起討論解決問題。這次的課程設計是以教材為主，參考書為輔，進行構思設計，最后對整個設計進行評估，尋找提高成績的途徑，終于完成本次設計。此次課程設

15、計基本按照設計任務書的要求進行，其方案功能比較合理，應用也比較方便。在設計的過程中，對直流電機的基本結構、直流電動機方法有了更深一層的認知。可以說，在整個設計中讓我開拓視野，讓我受益匪淺。通過本課程設計的操作，我進一步學習掌握了他勵直流電動機的工作原理和調速原理，了解了直流電動機的機械特性。在接下來的學習生活中，我會盡量的充實自己，為以后的畢業設計做準備。通過本次課程設計，不僅培養了我的創新思維能力，更提高了我的實際操作能力，為以后成為社會需要型人才打下良好的基礎。參考文獻1姜學軍.計算機控制技術M.北京：清華大學出版社,2005.2 范立南.單片微型計算機控制技術設計M.北京：人民郵電出版社，2007.3張世銘.電力拖動直流調速系統M 華中科技大學出版社, 19944石玉等.電力電子技術題例與電路設計指.北京：機械工業出版社，19985王兆安.電力電子技術. 第4版北京：機械工業出版社，20006王離九等. 電力拖動自動控制系統. 武漢：華中科技大學出版社，19917胡壽松.自動控制原理：第4版.北京：國防工業出版社8 D.Ibrahim. Microcontroller Based A