4kw以下直流电动机的不可逆调速系统课程设计要点

设计任务书

一．题目：

4kw 以下直流电动机不可逆调速系统设计

二．基本参数：

三．设计性能要求：

调速范围D=10静差率s < 10%制动迅速平稳

四．设计任务：

五．参考资料：

1. 设计合适的控制方案。

2. 画出电路原理图，最好用计算机画图（号图纸）

3. 计算各主要元件的参数，并正确选择元器件。

4. 写出设计说明书，要求字迹工整，原理叙述正确。

5. 列出元件明细表附在说明书的后面。

直流电动机：额定功率 Pn=1.1kW 额定电压 Un=110V

额定电流 In=13A 转速 Nn=1500r/min

电枢电阻 Ra=1Q 极数 2p=2

励磁电压 Uex=110V

电流 Iex=0.8A

电动机作为一种有利工具，在日常生活中得到了广泛的应用。而直流电动机具有很好的启动，制动性能，所以在一些可控电力拖动场所大部分都米用直流电动机。

而在直流电动机中，带电压截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛,

其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。

他通常采用三相全桥整流电路对电机进行供电，从而控制电动机的转速, 传统的控制系统采用模拟元件，比如：晶闸管、各种线性运算电路的等。

虽在一定程度上满足了生产要求，但是元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂，通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特征也随着变化，所以系统的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。直流调速系统是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电路、双闭环调速系统电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路。通常指人为的或自动的改变电动机的转速，以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机的机械特性和工作特性的机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化

由于本人和能力有限，错误或不当之处再所难免，期望批评和指正

学生：张洪海

年 4 月 29 日

五、 1.1kw 直流调速系统电气原理总图 六、元气件明细表

七、结

论 八、致谢 九、参考文献 2008 一、系统整体方案的确定

1.1 、开环控制系统

1.2 、闭环调速控制系统的确定

1.3 、带电流截止负反馈闭环控制系统

二、主电路方案的选择及计算

2.1 、调速系统方案的选择

2.2 、主电路的计算

三、触发电路的选择及计算

3.1 、触发电路的选择、设计

3.2 、触发电路的计算

四、继电器—接触器控制电路设计

4.1 、设计思路

4.2 、控制电路图

4.3 、电机制动的选择及其计算

4.4 、控制电器的选择

设计说明书

、系统整体方案的确定

电动机是将电能转化为机械能的一种有利工具，根据电动机供电方式

的不同，它可分为直流电动机和交流电动机。由于课题要求和技术需要，所以我选择直流电动机作为分析对象。

1.1、开环控制系统

在开环控制系统中，控制信息只能单方向传递，没有反向作用，输入

信号通过控制装置作用于被控对象，而被控对象的输出对输入没影响，也就是说：系统的输入量与输出量之间只有顺向作用，而没反向联系。

图1-1开环系统框图

由上图可以看出，Ug通过放大器、触发装置和整流装置实现对电动机

转速n的控制。要求一定的给定电压Ug对应于一定的装速n，但由于电动

机的转速n 要受到轴上负载、电动机磁场、整流装置的交流电源电压等的 影响，故不可能完全达到 Ug 的相对要求，因此可知，直流电动机开环控制

系统极其不稳定，且控制精度差，抗干扰能力弱。所以，要求实现转速稳 定，满足高精度的设计要求，必须采用闭环控制系统。

1.2、闭环调速控制系统的确定

如果对上述开环系统改为单闭环转速负反馈调速系统，并采用 节器，就既保证了动态性，又能作到转速的无静差，较好的解决开环系统 的不足，此闭环系统的工作原理是：将直流电动机转速变化信号反馈到触

来自动增大或减小触发角 a 来自动调节整流输出电压 Uds,即可达

到稳定: 电源

图1-2 单闭环转速负反馈系统框图

但我们知道，一是直流电动机全压启动时会产生很大的冲击电流。我

们知道，采用转速负反馈的闭环调速系统突加给定电压时，由于系统机械

惯性的作用，转速不可能立即建立起来，因此转速反馈电压仍为零，这时， PI 调 发环节，

触发电路 a —► 整流电路

电机转速 转速反馈

加在调速器上的输入偏差电压 △ U=Ugn ,差不多是其稳压工作值的（1+K ） 倍。由于调节器和触发整流装置的惯性都很小，因此，整流电压 达到它的最高值。这对

于电机来讲，相当于全压启动，其启动电流高达额 定值的几十倍，可使系统中的过流保护装置立即动作，使系统跳闸，系统 无法进入正常工作。另外，由于电流和电流上升率过大，对电动机换向不 利，对晶闸管元件的安全来说也是不允许的。因此，必须采取措施限制系 统启动时的冲击电流。

二是有些生产机械的电动机在运行时可能会遇到堵转情况。 例如由于 故障，机械轴被卡住，或者遇到过大负载，像挖土机工作时遇到坚硬的石 头那样。在这种情况下，由于闭环系统静态特性很硬，若无限流环节，电

枢电流也会与启动时一样，将远远超过允许值。

图1-3 （ a ）带电流截止负反馈环节

为了解决转速负反馈调速系统启动和堵转时电流过大问题， 系统中必 须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持某一量基本不 变，就应当引入该物理量的负反馈。现引入电枢电流负反馈，则应当能够 保持电流基本不变，使其不超过最大允许值。但是，这种作用只应在启动

和度转是存在， 在正常运行时又必须取消， 以使电流随负载的变化而变化。

1.3 、带电流截止负反馈闭环控制系统

对于转速单闭环调速系统，我们要用一台测速发电机来进行测速，然后再

反馈给给定，它属于被调量的负反馈，是真正的“反馈控制” ，具有反馈控制规

步看，反馈控制对一切包在反馈环内，前向通道上的扰动都有抑制 作用。例如，

交流电源电压的波动， 电动机励磁电流的变化， 放大器系数的漂移， 温度变化

Ud 立即

律，并且进 Id n