电力拖动课程设计v-m直流调速系统
题 目: V-M 双闭环不可逆直流调速系统设计 初始条件：
1．技术数据：
晶闸管整流装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。
负载电机额定数据：P N =90KW ，U N =440V ，I N =220A ，n N =1800r/min ，Ra=0.088Ω，λ=1.5。 系统主电路：R ∑=0.12Ω，Tm=0.1s 2．技术指标
稳态指标：无静差（静差率s ≤2, 调速范围 D≥10 ）
动态指标：电流超调量：i δ≤5%，起动到额定转速时的超调量：n δ≤8%，（按退饱和方式计算）
要求完成的主要任务:
1．技术要求：
(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作。 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）
(3) 动态性能指标：转速超调量n δ＜8%，电流超调量i δ＜5%，动态速降Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s ≤1s 。
(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。
(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。 2．设计内容：
(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
(2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。
(3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。 (4) 绘制V-M 双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）。 (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。
时间安排：
课程设计时间为一周半，共分为三个阶段：
（1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （2）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40%
（3）完成设计和文档整理。约占总时间的40%
目录
摘要 (1)
1 设计任务及要求 (2)
1.1设计任务 (2)
1.2 设计要求 (2)
2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成和主电路设计 (3)
2.1 转速双闭环直流调速系统的组成 (3)
2.2 主电路设计 (4)
2.2.1 整流装置的选择 (4)
2.2.2 加入整流变压器和平波电抗器的必要性 (4)
2.2.3 三相桥式全控整流主电路 (5)
3 主电路的元件参数计算 (6)
3.1 整流变压器参数计算 (6)
3.1.1 次级电压U2的计算 (6)
3.1.2 次级电流I2及变压器容量的计算 (7)
3.2 晶闸管参数计算 (7)
3.2.1 晶闸管额定电压U TN (7)
3.2.2 晶闸管额定电流I TN (7)
3.3 平波电抗器参数计算 (7)
3.3.1 电枢电感L M的计算 (8)
3.3.2 整流变压器漏电感L B的计算 (8)
3.3.3 最小负载电流为I dmin时保证电流连续所需的主回路
电感量L的计算 (8)
3.3.4 保证电流连续的临界电感量L dcr (8)
4 保护电路的设计及其元件参数的计算 (9)
4.1 过电压保护 (9)
4.1.1 直流侧过电压保护 (9)
4.1.2 关断缓冲电路 (9)
4.1.3 交流侧过电压保护 (9)
4.2 短路过电流保护 (11)
4.3 过电流保护 (12)
5 检测电路、调节器与驱动控制电路设计 (13)
5.1 检测电路设计 (13)
5.2 调节器结构设计 (13)
5.3 驱动控制设计 (14)
6 系统的动态设计 (16)
6.1 电流调节器的设计 (16)
6.2 转速调节器的设计 (17)
6.3 验证动态指标 (18)
7 基于simulink的系统仿真 (19)
8 结束语 (21)
参考文献 (21)
附录电气原理总图 (22)
本科生课程设计成绩评定表
摘要
直流电动机具有良好的起、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应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M 系统），和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
本文首先明确了设计的任务和要求，在了解了转速电流双闭环直流调速系统的调速原理后依次对主电路，保护电路，检测电路和触发电路进行了设计，并且计算了相关参数。在达到稳态性能指标后，通过对调节器的参数设计，达到设计要求的动态性能指标。在设计完毕后，还用matlab 进行了仿真。
最后给出了这次设计的心得体会和系统的电气总图。
1设计任务及要求
1.1 设计任务
根据题目所给的技术数据和指标设计V-M 双闭环不可逆直流调速系统。
1.2 设计要求
1．技术要求：
(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作。
(2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）。
(3) 动态性能指标：转速超调量n δ＜8%，电流超调量i δ＜5%，动态速降Δn≤8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s ≤1s 。
(4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。
(5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。 2．设计内容：
(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
(2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）。
(3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR 调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。
(4) 绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）。
(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。
2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成和主电路设计
2.1 转速双闭环直流调速系统的组成
开环直流调速系统通过调节控制电压U c就可改变电动机的转速。当负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，采用开环系统就能实现一定范围内的无级调速。但是，对静差率有较高要求时，开环调速系统往往不能满足要求。这时就要采用闭环调速系统。采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。这时就要考虑采用转速、电流双环控制的直流调速系统。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。二者之间实行嵌套（串联）联接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压U im＊决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压U cm限制了电力电子电换器的最大输出电压U dm。转速、电流双闭环直流调速系统的原理框图如图2-1所示：
图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统原理框图
ASR—转速调节器，ACR—电流调节器，TG—测速发电机TA—电流互感器，UPE—电力电子变换器，U n＊—转速给定电压，U n—转速反馈电压，U i＊—电流给定电压，U i—电流反馈电压。
2.2 主电路设计
2.2.1 整流装置的选择
直流电动机由单独的可调整流装置供电。晶闸管相控整流电路有单相，三相，全控，半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路。本设计中直流电动机采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。通过调节触发延迟角а的大小来控制输出电压U d的大小，从而改变电动机M的电源电压。
三相桥式全控整流电路原理图如图2-2所示：
图2-2 三相桥式全控整流电路原理图
三相桥式全控整流电路的特点是：每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。对触发脉冲也有一定的要求，6个晶闸管的脉冲按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的顺序，相位依次差60°，共阴极组的VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4
、
，VT6、VT2也依次差120°，同一相的上下两个桥臂脉冲相差180°。
2.2.2 加入整流变压器和平波电抗器的必要性
晶闸管变流设备一般都是通过变压器与电网连接的,因此其工作频率为工频初级电压即为交流电网电压。经过变压器的耦合,晶闸管主电路可以得到一个合适的输入电压,使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分,减小电网污染。在变流电路所需的电压与电网电压相差不多时,有时会采用自耦变压器;当变流电路所需的电压与电网电压一致时,也可以不经变压器而直接与电网连接,不过要在输入端串联进线电抗器以减少对电网的污染。此设计中在主电路前端需配置一个整流变压器，以得到与负载匹配的电压，同时把晶闸管装置和电网隔离，可起到降低或减少晶闸管变流装置对电网和其他用电设备的干扰的作用。
当晶闸管的控制角α增大，会造成负载电流断续，当电流断续时，电动机的理想空载转速将抬高，机械特性变软，负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。负载电流要维持导通，必须加平波电抗器来存储较大的磁能。
2.2.3 三相桥式全控整流主电路及系统原理图
三相桥式全控整流主电路如图2-3所示：
图2-3 三相桥式全控整流主电路
在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流瞬态过电压保护及滤波，晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲，快速熔断器直接与晶闸管串联，对晶闸管起过流保护作用。
3 主电路的元件参数计算
3.1 整流变压器参数计算
3.1.1 次级电压U 2的计算
在进行变压器的计算之前,应该确定负载要求的直流电压和电流,确定变流设备的主电路接线形式和电网电压。先选择其次级电压有效值U 2,U 2数值的选择不可过高和过低,如果U 2过高会使得设备运行中为保证输出直流电压符合要求而导致控制角过大,使功率因数变小。如果U 2过低又会在运行中出现当α=αmin 时仍然得不到负载要求的直流电压的现象。通常次级电压,初级和次级电流根据设备的容量,主接线结构和工作方式来确定。由于有些主接线形式次级电流中含有直流成分,有的又不存在,所以变压器容量的计算要根据具体情况来定。
影响U 2值的因素有：
（1）U 2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流值U d 。
（2）晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用U T 表示。 （3）变压器漏抗的存在会产生换相压降。
（4）平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。 （5）电枢电阻的压降。
U 2精确表达式为
A= Ud 0/U 2，表示当控制角α=0°时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比。 B=Udα/Ud 0，表示控制角为α时和α=00时整流电压平均值之比。
U K %—变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取U K %=5，100~1000千伏安的变压器取U K %=5~8。
ε为电网电压波动系数。根据规定，允许波动+5%~-10%，即ε=1.05~0.9 C 是与整流主电路形式有关的系数。
nU T —表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降。
max 2max
[1(/1)]%[]100N a d d T
d K d
U r I I nU U I CU A B I ε+-+=-
?
对容量为15~150KW 的电动机，通常ra=0.08~0.04
为了保证电动机负载能在额定转速下运转,计算所得的U 2应有一定的裕量,通常公式中的控制角α取300。
取ε=0.9,A=2.34,B==αcos 30cos 0=
2
3
，C=0.5，U K %=5 2200.12
0.06440
a r ?=
=Ω
44010.06 1.5121262.21V ?+?-+??
?==?? 因此取U 2=270V
3.1.2 次级电流I 2及变压器容量的计算
I 2=K I2·I d , K I2为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之比。 K I2取0.816,且忽略变压器一二次侧之间的能量损耗，故I 2=0.816×220=179.52A S=1/2（S 1+S 2）=m 1U 1I 1=m 2U 2I 2=3×270×179.52=145.41KVA
3.2 晶闸管参数计算
3.2.1 晶闸管额定电压U TN
通常取晶闸管的
U DRM 和U RRM 中较小的标值作为该器件的额定电压，但是在选用时额定电
压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所能承受的峰值电压的2~3倍。
因为采用三相全控桥所以U M =2.45U 2，所以晶闸管的额定电压为： U TN =（2~3）2.45U 2=（2~3）2.45×270=1323～1984.5V ，取U TN =1500V 。
3.2.2 晶闸管额定电流I TN
按电流的有效值来计算电流额定值。I T(A V)= (1.5~2)max fb K I ，K f b =Kf/1.57Kb 由整流电路形式而定，Kf 为波形系数，Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数。当α=00时，三相全控桥电路K f b =0.368，I T(A V)= (1.5~2)max fb K I = (1.5~2) ×0.368×(220×1.5)= 182.16～
N a N
I R r U ∑
=max 2max
[1(/1)]%[]
100N a d d T d K d U r I I nU U I CU A B I ε+-+=-?
242.88A ，取I TN =220A 。
3.3 平波电抗器参数计算
3.3.1 电枢电感L M 的计算
式中P —电动机磁极对数，K D —计算系数，对一般无补偿电机：K D =8~12 P=2，取K D =10则33
101044010 2.78()2221800220
D N M N N K U L mH Pn I ???=
==???
3.3.2 整流变压器漏电感L B 的计算
2
%()100K B B
d
U U L K mH I =? U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数 K B =3.9，%K U =5则2%5270
3.90.24()100100220
K B B
d U U L K mH I =?=??=
3.3.3 最小负载电流为I dmin 时保证电流连续所需的主回路电感量L 的计算
整流电路为三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统在最小负载电流为I dmin 时，为保证电流连续所需的主回路电感量有L=0.693U 2/I dmin ，L 中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感，I dmin 一般取电动机额定电流的5%~10%。
3.3.4 保证电流连续的临界电感量L dcr
L dcr = L-L M -2L B =17.01-2.78-2×0.24=13.75(mH)
3
10()
2D N M N
N K U L mH Pn I ?=2min 0.6930.693270
17.01()
2205%
d U L mH I ?===?
4 保护电路的设计及其元件参数计算
4.1过电压保护
4.1.1 直流侧过电压保护
当直流侧快速开关断开或桥臂快熔熔断时会产生过电压，用压敏电阻抑制过电压或用单相VTS 。此次设计中采用压敏电阻，压敏电阻的额定电压U 1mA 的选取可按下式计算
()101.8~2.2()mA d U U V ≥，U d0为晶闸管控制角α=00时直流输出电压。保护措施如图4-1
所示：
图4-1 直流侧过电压保护
()()101.8~2.2 1.8~2.2 2.342701137~1390()mA d U U V ≥≥??=
通常作为中小功率整流器操作过电压保护时，压敏电阻通流容量可选择（3~5）KA 。
4.1.2 关断缓冲电路
关断缓冲电路如图4-2所示：
图4-2 关断缓冲电路
关断缓冲电路即晶闸管换相保护电路。R 、C 值根据工程手册选取，此设计晶闸管额
定电流为220A ，故C 可取0.3F μ,R 可取20Ω。
4.1.3 交流侧过电压保护 交流侧过电压保护如图4-3所示：
图4-3 交流侧过电压保护
在变压器次级并联RC 电路，以吸收变压器铁心的磁场释放的能量，并把它转换为电容器的电场能而存储起来，串联电阻是为了在能量转换过程中可以消耗一部分能量并且抑制LC 回路可能产生的震荡。
采用三相全控桥整流电路，变压器的绕组为△—Y 联结，阻容保护装置采用三角形接
法，故可按下式计算阻容保护元件的参数 电容C 的耐压 )(235.12V U U C ??≥
电阻R
)()4~3(2W R I P C R ≥ )(1026A fCU I C C -?=π
式中 S T —变压器每相平均计算容量（V A ），U 2—变压器次级相电压有效值（V ），%0i —励磁电流百分比，
当S T ≤几百伏安时%0i =10，当S T ≥1000伏安时%0i =3~5。U K %—变压器的短路电压百分比。I C,U C —当R 正常工作时电流电压的有效值。
U K %=5，%0i =5，S T =145.41/3=48.47KV A
(1)电容的计算
,取7F μ
23
02
2148.47106%25 6.653270T S C i F U μ?≥?=??=3)
R ≥?Ω202
16%()
3T
S C i F U μ≥?
21.5 1.5270992.04C U V ≥==,取1000V
选择C=7μF ，耐压1000V 的电容。 (2)电阻值的计算
取R=15Ω
RC 支路电流I C 近似为：
电阻R 的功率为 22(3~4)(3~4) 2.19815217~290R C P I R W ≥=??=
4.2 短路过电流保护
常用的短路过电流保护器件为快速熔断器。 选择快熔时应考虑：
(1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定。
(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。 (3)快熔的I 2t 值应小于被保护器件的允许I 2
t 值。
(4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间-电流特性。 此次设计采用快熔作为短路过电流保护的装置，如图4-4所示：
图4-4 短路过电流保护
熔断器的参数按照以下原则选取：
额定电压U RN ：
，UT K —为可控硅元件的电压计算系数，取UT K =2.45
额定电流：RN i a R I K K ≥，i K —电流裕度系数，取i K =1.1~1.5，a K —环境温度系
数，取a K =1~1.2，R I —实际流过快熔的电流有效值。
因U 2=270V ，取U RN =500V ，
6362102 3.145071010 2.198C C I fCU A
π--=?=?????=3 6.910.38()R
≥?≥=Ω220127.017R d I I A ===2RN U ≥
1.5 1.2127.017229RN i a R I K K I A ≥=??=， 取RN I =250A 。 根据算出的额定参数可选择
相应的快熔。
4.3 过电流保护
对于频繁操作的电动机，通常用电磁式过流继电器做短路保护。 如何选择继电器：
(1) 根据电流种类，选择继电器形式。
(2) 继电器额定电流大于或等于电动机的额定电流。
(3) 继电器动作电流的整定值d I φ=()1.1~1.3g I ，式中g I 为电动机起动电流的最大值。
d I φ=()1.1~1.3 1.2 1.2316.8g N I I A =?=
5 检测电路、调节器与驱动控制电路设计
5.1 检测电路设计
电流反馈环节由霍尔元件及运算放大器组成， 用以检测可控硅直流侧的电流信号，以获得与电流成正比的直流电压信号和过流信号。速度反馈环节把测速发电机输出的电压变换为适合控制系统的电压信号。检测电路原理图如图5-1所示：
图5-1 检测电路原理图
5.2 调节器结构设计
设计双闭环直流调速系统，电流调节器与电压调节器的结构相同，都是PI 调节器。含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型调节器的原理图如图5-2所示：
图5-2 含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型调节器原理图
电流调节器的具体参数为
转速调节器的具体参数为
5.3 驱动控制设计
向晶闸管整流电路供电的交流侧电源通常来自电网，电网电压的频率不是固定不变的，而是会在允许范围内有一定的波动。触发电路除了应当保证工作频率与主电路交流电源的频率一致外，还应保证每个晶闸管的触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系，这就是触发电路的定相。为保证触发电路和主电路频率一致，利用一个同步变压器，将其一次侧接入为主电路供电的电网，由其二次侧提供同步电压信号，这样，由同步电压决定的触发脉冲频率与主电路晶闸管电压频率始终是一致的。接下来的问题是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确。触发电路的定相由多方面的因素确定，主要包括相控电路的主电路结构、触发电路结构等。
由于集成触发电路不仅成本低、体积小，而且还有调试容易、使用方便等优点，故 采用集成触发电路，用三片KJ004和一片KJ041,即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管
1110001
,,4i i oi R K R C T R C R τ===1110001
,,4
n n on R K R C T R C R τ=
==
进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥触发电路。
采用KJ041集成触发电路的同步电压应滞后于主电路电压180度。设计的主电路采用D，y-11联结，同步变压器采用D，y-11，5联结。同步电压选取的结果如表5-1所示：
表5-1 三相全控桥各晶闸管的同步电压
同步变压器和整流变压器的接法如图5-3所示：
图5-3 同步变压器和整流变压器的接法
采用三片KJ004和一片KJ041的三相全控桥触发电路如图5-4所示：
图5-4 三相全控桥整流电路的集成触发电路
6 系统的动态设计
6.1电流调节器的设计
从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。
(1) 确定时间常数
各种整流电路的失控时间如表6-1所示：
表6-1 各种整流电路的失控时间
由表6.1可知，三相桥式电路的平均失控时间T s =0.0017s ，系统电磁时间常数l T 的计
算用 ,电流滤波时间常数T oi ，
三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms ，为了基本滤平波头，应有（1-2）T oi =3.3ms ，因此取T oi =2ms=0.002s 。电流环小时间常数之和T ∑i ：按小时间常数近似处理，取T ∑i =T s +T oi =0.0037s 。
(2)选择电流调节器的结构
根据设计要求i δ＜5%，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为：
，i K —电流调节器的比例系数，i τi —电流调节器的超前时间常数。 检查对电源电压的抗扰性能： l i
T
T ∑=0.142/0.0037=38.38，对照典型Ⅰ型系统动态抗
扰性能，各项指标都是可以接受的。
(3)计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数τi =l T =0.142s 。
电流环开环增益：电流开环增益：要求i δ＜5%时，按表6.2三应取K I T ∑i =0.5，因此K I =0.5/T ∑i =0.5/0.0037=135.1s -1
。取K s =48，而电流反馈系数β=10V/1.5I N =10/（1.5×
220）=0.03V/A ，于是，ACR 的比例系数为
典型Ⅰ型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系如表6-2所示：
表6-2 典型Ⅰ型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系
3
17.01100.1420.12
l L T s R -∑?===()()
1i i
ACR i K s W S s
ττ+=135.10.1420.12 1.60480.03
I i
s i K R K K τβ??===?
校验近似条件：
电流环截至频率：ωci=K I=135.1s-1。
晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。
忽略反电势变化对电流环动态影响的条件
满足近似条件。
满足近似条件。
(4)计算调节器电阻和电容
由图5-2，按所用运算放大器取R
=40kΩ，各电阻和电容值为：
R1=K i R0=1.60×40=64kΩ，取65 kΩ。
C1=τi/R1=0.142/（65×103）=2.2μF，取2.2μF。
C0=4T oi/R0=4×0.002/40000=0.2×10-6μF，取0.2μF。
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为
i
δ=4.3%＜5%，满足设计要求。
6.2转速调节器的设计
为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应包含在转速调节器中。转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应设计成典型Ⅱ型系统。
(1) 确定时间常数
电流环等效时间常数1/K I：已取K I T∑i=0.5，则1/K I=2T∑i=2×0.0037=0.0074s。
转速滤波时间常数T on：根据所用测速发电机纹波情况，取T on=0.01s。
转速环小时间常数T∑n：按小时间近似处理, T∑n=1/K I+T on=0.0074+0.01=0.0174s
(2)选择转速调节器的结构
按照设计要求，选用典型Ⅱ型系统的PI调节器，其传递函数为
(3)计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为τn=hT∑n=
1
11
196.1
330.0017ci
s
s
T s
ω
-
==>
?
325.18
ci
ω
==<
1
180.8
ci
Sω
-
==>
()
()1
n n
ASR
n
K s
W S
s
τ
τ
+
=
5×0.0174=0.087s ，可求得转速环开环增益
因为C e =（U N -I N R a ）/n N =（440-220×0.088）/1800=0.234V ?min/r ，α=10V/
n N =10/1800=0.006 V ?r/min ，于是可得ASR 的比例系数为 (4)校验近似条件
由式K=ω1ωc 得转速环截止频率为
电流环传递函数简化条件为
，满足简化条件。
转速环小时间常数近似处理条件为
，满足近似条件。
(5)计算调节器电阻和电容
由图5-2，按所用运算放大器取R 0=40k Ω，各电阻和电容值为： R 1=K n R 0=33.62×40=1344.8k Ω，取1400k Ω。 C 1=τn /R 1=0.087/（1400×103
）=6.2μF ，取6.5μF ；
C 0=4T on /R 0=4×0.001/40000=0.1μF ，取0.1μF 。
6.3 验证动态指标
由前面的内容可知, i δ=4.3%＜5%， ,因为
h=5查表得 81.2%,则转速超调量为:
由以上计算可知动态指标满足题目要求。
8 结束语
通过设计一个V-M 双闭环不可逆直流调速系统，让我对电力拖动系统这门课程所讲述的知识内容有了更深刻的理解。在设计过程中，查阅了大量的资料，不仅有关于电力拖动方面的，也有关于电力电子技术方面的，在对系统进行动态设计时，应用到了自动控制理
222
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电力拖动课程设计
辽宁工程技术大学 《电机与拖动》课程设计 设计题目：他励直流电动机调速系统设计院（系、部）：电气与控制工程学院 专业班级：电气12-4 姓名：高明 学号：1205040404 指导教师：刘春喜荣德生王继强李国华日期：2014-6-26
电气工程系课程设计标准评分模板
摘要 直流电动机是人类最早发明的和应用的一种电机，是生产和使用直流电能的机电能量转换机械，直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求的机械上。直流发电机可以作为各种直流电源。随着电子技术的发展， 可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，大有取代直流发电机的趋势。反过来，由于利用了可控硅整流电源，使直流电源机的应用增加了一个有利因素，而配合直流电动机组成的调速系统也正在迅速发展。本文主要介绍他励直流电动机调速的有关方法及其参数设计。 关键字：直流电机调速串电阻参数设计
目录 1 引言 (1) 2 直流电动机的基本结构和工作原理 (2) 2.1 直流电动机的基本结构 (2) 2.1.1 定子（磁极） (2) 2.1.2 转子（电枢） (2) 2.2直流电机的励磁方式 (2) 2.3 直流电动机的工作原理 (3) 3 直流电动机的机械特性 (3) 3.1 固有机械特性 (3) 3.2 人为机械特性 (4) 4 他励直流电动机的调速 (4) 4.1 他励直流电动机电枢串电阻调速 (4) 4.2 他励直流电动机改变电枢电压调速 (5) 4.3 他励直流电动机改变励磁电流调速 (6) 5 直流电动机调速设计内容 (7) 6 结论 (9) 参考文献 (10)
基于Matlab的电力电子技术课程设计报告
《电力电子技术》 课程设计报告 题目：基于Matlab的电力电子技术 仿真分析 专业：电气工程及其自动化 班级：电气2班 学号：Z01114007 姓名：吴奇 指导教师：过希文 安徽大学电气工程与自动化学院 2015年 1 月7 日
中文题目 基于Matlab 的电力电子技术仿真分析 一、设计目的 （1）加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； （2）掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力； （3）学习Matlab 仿真软件及各模块参数的确定。 二、设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： （1）根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，设计电路原理图； （2）利用MATLAB 仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。 （3）用示波器模块观察和记录电源电压、控制信号、负载电压、电流的波形图。 三、设计内容 （1）设计一个降压变换器（Buck Chopper ），其输入电压为200V ，负载为阻感性带反电动势负载，电阻为2欧，电感为5mH ，反电动势为80V 。开关管采用IGBT ，驱动信号频率为1000Hz ，仿真时间设置为0.02s ，观察不同占空比下（25%、50%、75%）的驱动信号、负载电流、负载电压波形，并计算相应的电压、电流平均值。 然后，将负载反电动势改变为160V ，观察电流断续时的工作波形。（最大步长为5e-6，相对容忍率为1e-3，仿真解法器采用ode23tb ） （2）设计一个采用双极性调制的三相桥式逆变电路，主电路直流电源200V ，经由6只MOSFET 组成的桥式逆变电路与三相阻感性负载相连接，负载电阻为1欧，电感为5mH ，三角波频率为1000Hz ，调制度为0.7，试观察输入信号（载波、调制波）、与直流侧假想中点N ‘的三相电压Uun ’、Uvn ’、Uwn ’，输出线电压UV 以及负载侧相电压Uun 的波形。 四、设计方案 实验1：降压变换器 dc-dc 变流电路可以将直流电变成另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又称为斩波电路，功能是将直流电变为另一直流电。本次实验主要是在Matlab 中设计一个降压斩波电路并仿真在所给条件下的波形和数值与理论计算相对比。降压斩波电路原理图如下所示，该电路使用一个全控型器件V ，这里用IGBT ，也可采用其他器件，例如晶闸管，若采用晶闸管，还需设置使晶闸管关断的辅助电路。为在V 关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD 。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，图中用m E 表示。若无反电动势，只需令0m E ，以下的分析和表达式中均适用。
电机与拖动 课程设计
一直流电机的简介及结构 （一）直流电机简介 直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。 与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。 （二）直流电机的结构 直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示： 图1-1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 1 定子部分 ①主磁极（简称主极） 主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定
电力拖动课程设计报告
电力拖动课程设计报告 为适应时代对宽口径、创新型人才的需求，同时为了配合高等教育向大众教育的转变，我们在电力拖动课程的教学内容和教学体系上一直在寻求创新，以适应培养现代化人才的需要。在课程的讲解上做到“授之以渔”，把好的学习方法传授给学生，使学生做到融会贯通。下面是小编整理的电力拖动课程设计报告，欢迎来参考！ 电力拖动课程是中等职业学校电工电子专业的一门专业课，它的应用性和实践性要求都很高。由于新知识的不断积累增加、课时的相对减少，以前的教学方法不太适用现在的素质教育的要求。以前的教学方式存在的主要弊端有：第一理论学习内容乏味，难以激发学生的学习热情。学生对理论知识只是死记硬背，很难达到活学活用的要求，难以提高学生的学习积极性；第二，学生做理论习题不能达到提高专业水平的目的。学生做作业没有实践操作的机会，缺乏实际感受，很难提高思维和实践创新能力；第三，实习教学落伍，使理论与实践的脱节。传统教学方法是理论教学和实习教学要独立自主进行，学生理论学习不全面，到实习时不能很好利用理论知识，也就不可能用理论来辅助实习训练。 1.在课堂教学中，加强与学生的互动 实施教学目标是课堂教学的关键。需要做到以下几方面：
第一，确立上课要点。上课时，教师将所授课教学要点，采取适当方式传达给学生，使学生带着明确的学习任务有目的地听课；第二，引导学生达标。这是教学目标实施的关键。首先要能完整地将教学目标具体化、情境化。然后对教学重点知识点，教师精讲，安排学生多练，并引导学生质疑，增强反馈信息能力。 2.通过实践操作，提高学生的理解能力 教学活动中的做也要适当利用讨论、练习等方法。只是要把这些方法结合到实践上来，要求教和学要与实践相辅相成,要与实际生活有联系。在具体措施上，我们鼓励激发学生的兴趣，主张学生多提问题，注重教学中的讨论，让学生积极学习，多给学生自己动手的机会。学生一般具有猎奇心理，奇特的东西、生活中常出现的自己又不能理解的问题,经过老师适当引导后，往往会引发其强烈求知欲，这就要求教师挖掘教学内容的创新点、寻找相关课题的例题,使之有新鲜感。 首先为学生做好心理调节，重视教学的生动性。非智力因素对学生电力拖动课程的学习以及考试影响非常大，故需老师极其重视学生的心理调节。不同时期，学生所蕴含的心情是不相同的：复习伊始，学生满怀热情，自信满满，尽力约束自己的行为，向自己提出了较苛刻目标。维持学生的学
电力电子技术课程设计报告
课程设计说明书 设计题目：单相交流调压技术 专业班级： 2009级电气工程及其自动化 姓名：王昊 学号： 0915140068 指导教师：褚晓锐 2011年12月23日 （提交报告时间）
一.课程设计题目：单项交流调压技术的工程应用 二.课程设计日期: 2011年12月19日 三．课程设计目的： “电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计出具有电压可调功能的直流电源系统，能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 四．课程设计要求： :按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容： 1、方案的经济技术论证。 2、主电路设计。 3、通过计算选择整流器件的具体型号。 4、确定变压器变比及容量。 5、确定平波电抗器。 7、触发电路设计或选择。 8、课程设计总结。 9、完成4000字左右说明书，有系统电气原理图，内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。 设计技术参数工作量工作计划 1、单相交流220V电源。 2、交流输出电压U d 在0～220V连续可调。 3、交输出电2000W。1、方案的经济技术论证。 2、主电路设计。 3、通过计算选择整流器件的 具体型号。 第一周： 周一：收集资料。 周二～三：方案论证。 周四：主电路设计。
4、触发电路设计。 5、绘制主电路图。 周五：理论计算。 第二周： 周一：选择器件的具体型号 周二～三：触发电路设计。。 周四～五：总结并撰写说明书。 五．课程设计内容： 设计方案图及论证 将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过程，凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。结构原理简单。该方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的，为一台电阻炉提供电源。输入的电压为单相交流220V ，经电路变换后，为连续可调的交流电。 各部分电路作用 220V 交流输入部分作用：为电路提供电源，主要是市电输入。 调压环节的作用：将交流220V 电源经过变压器、整流器等电路转换为连续可调的交 220V 交流输入 调压环节 输出连续可调的交流电 触发电路
电力拖动课程设计汇本
中北大学 课程设计说明书 学生：海椿学号：0905054236 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 题目：交流电动机工作特性仿真 ——转速特性 指导教师：王建萍职称: 工程师
2011 年12 月31 日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第 1 学期 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 学生姓名：海椿学号：0905054236 课程设计题目：交流电动机工作特性仿真分析 ——转速特性 起迄日期：12 月31日～01月06日 课程设计地点：校
指导教师：王建萍 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2011 年12月31日课程设计任务书
一、原理阐述 感应电动机是一类重要的交流电机。它在正常电动运行时主要是通过定子对转子之间的电磁感应，使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知，交流电的一个重要指标是交流电的频率，一般来讲，感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此，从这个意义上讲，交流感应
电动机又常常被称作异步电动机。 三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。 三相感应电动机在空载运行时，转子的转速接近于电机同步转速n 1。随着 负载的增大，必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行，这样，就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后，可以得出输出功率2P 的增大与转子的转速n 的降低近似为线性关系）（2f n P =。 三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n 1为： p f 60n 1=r/min f —三相交流电的频率； P —三相电动机的定子极对数。 磁场转速n 1和转子速度n 之差与n 1的比值称为转差率S ： %100n n -n s 00?= 异步电动机启动时n=0，s=1；n=n 0时，s=0； 额定工况下一般s=1.5~6% 转子角速度?为： s /rad 60n 2π=Ω 电动机转矩T 为：
电力系统课程设计
《 电力系统课程设计《三相短路故障分析计算机算法设计》 一． 基础资料 1. 电力系统简单结构图如图 25MW cos 0.8N ?=cos 0.85 N ?=''0.13 d X =火电厂 110MW 负载 图1 电力系统简单结构图 '' 0.264 d X = 2．电力系统参数 如图1所示的系统中K （3） 点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流 和功率。 （1）发电机参数如下： 发电机G1：额定的有功功率110MW ，额定电压N U =；次暂态电抗标幺值'' d X =，功率因数N ?cos = 。 … 发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW ；额定电压U N =； 次暂态电抗标幺值'' d X =；额定功率因数N ?cos =。 （2）变压器铭牌参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。 变压器T1：型号SF7-10/，变压器额定容量10MV ·A ，一次电压110kV ，短路损耗59kW ，
空载损耗，阻抗电压百分值U K %=，空载电流百分值I 0%=。 变压器T2：型号，变压器额定容量·A ，一次电压110kV ，短路损耗148kW ，空载损耗，阻抗电压百分值U K %=，空载电流百分值I 0%=。 变压器T3：型号SFL7-16/，变压器额定容量16MV ·A ，一次电压110kV ，短路损耗86kW ，空载损耗，阻抗电压百分值U K %=，空载电流百分值I 0%=。 （3）线路参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。 线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积120㎜2 ，长度为100㎞，每条线路单位长度的正 序电抗X 0（1）=Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b 0(1)=×10﹣6 S ／㎞。 对下标的说明 X 0(1)=X 单位长度（正序）；X 0（2）=X 单位长度（负序）。 / 线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积150㎜2 ，长度为100㎞，每条线路单位长度的正 序电抗X 0（1）=Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b 0(1)=×10﹣6 S ／㎞。 线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积185㎜2 ，长度为100㎞，每条线路单位长度的正 序电抗X 0（1）=Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b 0(1)=×10﹣6 S ／㎞。 （4）负载L ：容量为8＋j6（MV ·A ），负载的电抗标幺值为=* L X ** 22 *L L Q S U ；电动机为2MW ，起动系数为，额定功率因数为。 3．参数数据 设基准容量S B =100MV ·A ；基准电压U B =U av kV 。 （1）S B 的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取S B -100MV ·A ，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。 （2）U B 的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV 、6kV 、10kV ，而平均额定电压分别为115、、。平均电压U av 与线路额定电压相差5%的原则，故取U B =U av 。 / （3）'' I 为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t 等于初值（零）时的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。 （4）M i 为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件 及时间K t =）。一般取冲击电流M i =2×M K ×''I ='' I 。 （5）M K 为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为1≤M K ≤2，高压网络一般冲击系数M K =。 二．设计任务及设计大纲 1.各元件参数标幺值的计算，并画电力系统短路时的等值电路。 （1）发电机电抗标幺值 N B G G P S 100%X X ?= N ?cos 公式①
电力电子课设报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：电力电子技术 设计题目：可逆直流PWM驱动电源的设计 院系：电气工程系 班级：0706111 设计者：王勃 学号：1070610602 指导教师：李久胜 设计时间：2010年11月 哈尔滨工业大学教务处
哈尔滨工业大学课程设计任务书
H型单极性同频可逆直流PWM驱动电源的设计 技术指标：被控直流永磁电动机参数：额定电压20V，额定电流1A，额定转 速2000rpm。驱动系统的调速范围：大于1：100。驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2s。详细设计要求见附录2. 1.整体方案设计 本文设计的H型单极性同频可逆直流PWM驱动电源由四部分组成：主电路，H 型单极模式同频可逆PWM控制电路，IPM接口电路及稳压电源。同时具有软启动功能，软启动时间为2s左右。控制原理如图1所示： 功率转换电路 图1 直流PWM驱动电源的控制原理框图 脉宽调制电路以SG3525为核心，产生频率为5KHz的方波控制信号，占空比可调。经用门电路实现的脉冲分配电路，转换成两列对称互补的驱动信号，同时具有5us的死区时间，该信号驱动Ｈ型功率转换电路中的开关器件，控制直流永磁电动机。稳压电源采用LM2575-ADJ系列开关稳压集成电路，通过调整电位器，使其稳定输出15V直流电源。 2.主电路设计 2.1主电路设计要求 直流PWM驱动电源的主电路图如图2所示。此部分电路的设计包括整流电路和H桥可逆斩波电路。二极管整流桥把输入的交流电变为直流电。四只功率器件构成H 桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到不同的直流电压。 主电路部分的设计要求如下： 1）整流部分采用4 个二极管集成在一起的整流桥模块。 2）斩波部分H 桥不采用分立元件，而是选用IPM（智能功率模块）PS21564来实现。该模块的主电路为三相逆变桥，在本设计中只采用其中U、V 两相即可。
数字电路课程设计
数字电路课程设计 一、概述 任务：通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。 设计环节：根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。 衡量设计的标准：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。 二、常用的电子电路的一般设计方法 常用的电子电路的一般设计方法是：选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。 1．总体方案的选择 设计电路的第一步就是选择总体方案。所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。 由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。 2．单元电路的设计 在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。 （1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
电力电子技术课程设计报告
电力电子课程设计报告题目三相桥式全控整流电路设计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：201５级电气工程及其自动化 姓名： 学号: 指导教师：高婷婷,林建华 成绩:
摘要 整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要同时也是应用得最为广泛的电路，不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统,能源系统及其他领域,因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义,这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环,而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用，因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。 关键词：电力电子,三相，整流
目录 1 设计的目的和意义………………………………………１ 2 设计任务与要求 (1) 3 设计方案 (1) ?３.1三相全控整流电路设计 (1) 3.1.１三相全控整流电路图原理分析 (2) ?3.１.2整流变压器的设计 (2) ?3．1.3晶闸管的选择 (3) 3.2 保护电路的设计 (4) 3．2.1变压器二次侧过压保护 (4) ?3．2.2 晶闸管的过压保护………………………………………………４ 3.2．3 晶闸管的过流保护………………………………………………５ 3.3 触发电路的选择设计 (5) 4 实验调试与分析 (6) 4.１三相桥式全控整流电路的仿真模型 (6)
4.2仿真结果及其分析……………………………………………７ 5 设计总结 (8) 6 参考文献 (9)
1 设计的目的和意义 本课程设计属于《电力电子技术》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》,更进一步的掌握和了解他三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能的训练,培养学生具备一定的工程实践能力。通过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统的电子电力方面的知识，同时也提高了学生的动手能力。 2 设计任务与要求 三相桥式全控整流电路要求输入交流电压2150,10,0.5U V R L H ==Ω=为阻 感性负载。 １.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载的移相范围,并计算出直流电压的变化范围 2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。 3.画出α=60°时，负载两端 d U 和晶闸管两端 1 VT U 波形。 4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路的区别。 5.晶闸管的型号选择。 ３ 设计方案 ３.１三相全控整流电路设计
直流电动机调速课程设计
《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业：电气自动化 学生姓名： 班级： 09电气自动化大专 指导老师： 提交日期： 2012 年 3 月
前言 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，从而有效的提高工效率。
电力拖动课程设计
中北大学 课程设计说明书学生姓名：谢海椿学号： 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 题目：交流电动机工作特性仿真 ——转速特性 指导教师：王建萍职称: 工程师 2011 年 12 月 31 日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第 1 学期 学院：信息与通信工程学院 专业：自动化 学生姓名：谢海椿学号：
课程设计题目：交流电动机工作特性仿真分析 ——转速特性 起迄日期： 12 月31日～ 01月 06日 课程设计地点：校内 指导教师：王建萍 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2011 年12月31日 课程设计任务书
一、原理阐述 感应电动机是一类重要的交流电机。它在正常电动运行时主要是通过定子对转子之间的电磁感应，使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知，交流电的一个重要指标是交流电的频率，一般来讲，感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此，从这个意义上讲，交流感应电动机又常常被称作异步电动机。 三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。 三相感应电动机在空载运行时，转子的转速接近于电机同步转速n 1。随着负载的增大，
必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行，这样，就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后，可以得出输出功率2P 的增大与转子的转速n 的降低近似为线性关系 ） （2f n P =。 三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n 1为： p f 60n 1= r/min f —三相交流电的频率； P —三相电动机的定子极对数。 磁场转速n 1和转子速度n 之差与n 1的比值称为转差率S ： 异步电动机启动时n=0，s=1；n=n 0时，s=0； 额定工况下一般s=1.5~6% 转子角速度?为： 电动机转矩T 为： 转子端电磁功率m P 为： 转子端电磁功率与输出功率之间的关系为： 所以输出功率2P 为： 由以上式子可以得输出功率2P 与转速n 的关系）（2f n P =。
电力系统综合课程设计
电力系统分析 综合课程设计报告 电力系统的潮流计算和故障分析 学院：电子信息与电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 2014年 10月 29 日
目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求和设计指标 (1) 2.1设计要求 (1) 2.2设计指标 (2) 2.2.1网络参数及运行参数计算 (2) 2.2.2各元件参数归算后的标么值： (2) 2.2.3 运算参数的计算结果： (2) 三、设计内容 (2) 3.1电力系统潮流计算和故障分析的原理 (2) 3.1.1电力系统潮流计算的原理 (2) 3.1.2 电力系统故障分析的原理 (3) 3.2潮流计算与分析 (4) 3.2.1潮流计算 (4) 3.2.2计算结果分析 (8) 3.2.3暂态稳定定性分析 (8) 3.2.4暂态稳定定量分析 (11) 3.3运行结果与分析 (16) 3.3.1构建系统仿真模型 (16) 3.3.2设置各模块参数 (17) 3.3.3仿真结果与分析 (21) 四、本设计改进建议 (22) 五、心得总结 (22) 六、主要参考文献 (23)
一、设计目的 学会使用电力系统分析软件。通过电力系统分析软件对电力系统的运行进行实例分析，加深和巩固课堂教学内容。 根据所给的电力系统，绘制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后成一个切实可行的电力系统计算应用程序，通过自己设计电力系统计算程序不仅可以加深学生对短路计算的理解，还可以锻炼学生的计算机实际应用能力。 熟悉电力系统分析综合这门课程，复习电力系统潮流计算和故障分析的方法。了解Simulink 在进行潮流、故障分析时电力系统各元件所用的不同的数学模型并在进行不同的计算时加以正确选用。学会用Simulink ，通过图形编辑建模，并对特定网络进行计算分析。 二、设计要求和设计指标 2.1设计要求 系统的暂态稳定性是系统受到大干扰后如短路等，系统能否恢复到同步运行状态。图1为一单机无穷大系统，分析在f 点发生短路故障，通过线路两侧开关同时断开切除线路后，分析系统的暂态稳定性。若切除及时，则发电机的功角保持稳定，转速也将趋于稳定。若故障切除晚，则转速曲线发散。 图1 单机无穷大系统 发电机的参数： SGN=352.5MWA,PGN=300MW,UGN=10.5Kv,1=d x ,25.0'=d x ,252.0''=x x ,6.0=q x , 18.0=l x ,01.1'=d T ,053.0"=d T ,1.0"0=q T ,Rs=0.0028,H(s)=4s;TJN=8s,负序电抗：2.02=x 。 变压器T-1的参数:STN1=360MVA,UST1%=14%,KT1=10.5/242; 变压器T-2的参数:STN2=360MVA,UST2%=14%,KT2=220/121;
电力电子技术课程设计报告
电力电子技术课程设计 报告书 专业班级：16电气2班 姓名：王浩淞 学号：2016330301054 指导教师：雷美珍
目录 1、webench电路设计 1.1设计任务要求 输入电压为（8V-10V），输出电压为5V，负载电流为1A 1.2设计方案分析 图1.3.1主电路原理图 图1.3.2元器件参数 图1.3.3额定负载时工作值
图1.3.4输出电流和系统效率间的关系 如图1.3.4所示，在输出电流相同的情况下，输入电压越小，系统的稳态效率越高，因此提高效率的最直接方式就是降低系统的输入电压，其次在输入电压相同的情况下，我们可以调节输出电压的大小，使系统效率达到最大，例如当输入电压为9.0V时，根据图像输出电流为0.40A的时候效率最高。第二种方法是改变元器件的参数，通过使用DCR(直流电阻)小的电感元件来实现输出纹波电压降低。 1.3主芯片介绍 TPS561201和TPS561208采用SOT-23封装，是一款简单易用的1A同步降压转换器。这些器件经过优化，可以在最少的外部元件数量下工作，并且还经过优化以实现低待机电流。这些开关模式电源（SMPS）器件采用D-CAP2模式控制，可提供快速瞬态响应，并支持低等效串联电阻（ESR）输出电容，如特种聚合物和超低ESR陶瓷电容，无需外部补偿元件。TPS561201以脉冲跳跃模式工作，在轻负载操作期间保持高效率。TPS561201和TPS561208采用6引脚1.6×2.9（mm）SOT（DDC）封装，工作在-40°C至125°C的结温范围内。 1.4电气仿真结果分析
图1.4.1启动仿真图1.4.2稳态仿真 图1.4.3暂态仿真图1.4.4 负载暂态仿真 二、基于电力系统工具箱的电力电子电路仿真 2.1 设计要求和方案分析 本课程设计主要应用了MATLAB软件及其组件之一Simulink，进行系统的设计与仿真系统主要包括：Boost升压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。Boost升压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻，模拟显示中的一般负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可。负载为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。在Simulink中完成各个功能模块的绘制后，即可进行仿真和调试，用Simulink 提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个Boost 变换器的研究与设计。 2.2 simulink仿真模型分析 电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。占空比越大，Boost Chopper的输出电压值
电力拖动课程设计
辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表 学期2009－2010学年第二学期姓名 专业电气与控制工程班级自动化08-1 课程名称电机与拖动 论文题目他励直流电动机的调速 评定标准 评定指标分值得分 知识创新性20 理论正确性20 内容难易性15 结合实际性10 知识掌握程度15 书写规范性10 工作量10 总成绩100 评语： 任课教师时间年月日备注
课程设计任务书 一、设计题目 他励直流电动机的调速 二、设计任务 一台他励直流电动机，参数如下： Un=220V ，， In=68.6A ， kw P n 13= ， min /1500 r n N =， Ω=076.0L R 1.用其拖动通风机负载运行，若采用电枢串电阻调速时，要使转速降低至1200r/min,试设计电枢电路中的调速电阻。 2.用其拖动恒转矩负载运行，负载转矩等于电动机的额定转矩，采用改变电枢电压调速时，要使转速降止1000r/min,试设计电枢电压值。 3.用其拖动恒功率负载运行，采用改变励磁电流调速，要使转速增止1800r/min,试设计Ce Ф的值。 三、设计计划 电机与拖动课程设计共计1周内完成。第1~2天查资料，熟悉题目；第3~5天设计方案分析，具体按照步骤进行设计以及整理设计说明书；第6天准备答辩；第7天答辩 四、设计要求 1．设计工作量为按照要求完成设计说明书一份； 2. 设计必须根据进度计划按期完成； 3. 设计说明书必须经指导老师审查签字方可答辩。 指 导 教 师：李国华 王巍 王继强 董衲 教研室主任：仲伟堂 时 间：2010年7月12日
电动机，俗称马达，是一种将电能转化为机械能，并可再使用机械能产生动能使用来驱动其他装置的电气设备。按运动方式分两种类型。一种是旋转式电动机，一种是线性电动机。按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。而直流电动机是应用最早的，但不如交流电动机应用广泛，它有优良的起动，调速和制动性能。但直流电动机结构复杂，体积庞大，价格较贵，维护困难。直流电动机的类型主要分四类：1，他励支流电动机，2：并励直流电动机，3：串励直流电动机，4：复励直流电动机。他励直流电动机应用最广泛。 关键词：直流电动机；电能；机械能；
电力拖动课程设计.
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：自动化学院 题目: 脉宽调制双闭环调速系统的设计 初始条件： =48V，Ia=3.7A，Nn=2000r/min，电枢电阻Ra=6.5Ω，电枢回路总电阻 u N R=8Ω，电磁时间常数T =5ms，电源电压为60V。稳态无静差。 L 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1.系统原理图设计； 2.调速系统电路设计； 3.过程分析,参数设计计算与校验； 4.根据开通时间和开关频率计算调速范围。 5.按规范格式撰写设计报告（参考文献不少于5篇）打印 时间安排：(10天) 6月2日-6月3日查阅资料 6月4日-6月7日方案设计 6月8日-6月10日馔写程设计报告 6月11日提交报告，答辩 指导教师签名： 2014年 6月1日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 变压调速是直流调速系统的主要调速方法，系统的硬件结构至少包含了两个部分：能够调节直流电动机电枢电压的直流电源盒产生被调转速的直流电动机。随着电力电子技术的发展，可控直流电源主要有两大类，第一类是相控整流，它把交流电源直接转换成可控的直流电源；第二类是直流脉宽变换器，它先用不可控整流把交流电变换成直流，然后用PWM脉宽调制方式输出的直流电压。当用可控直流电源盒直流电动机组成一个直流调速系统时，它们所表现出来的性能指标和人们的期望值总是存在差距的，解决此问题的方法是设计具有转速反馈控制的直流调速系统。由于只带有转速反馈的控制系统的控制对象是转速，没有控制电流，该系统需要实施限流保护。此外增加电流反馈能提高系统的动态和稳态性能指标。 关键字：变压调速转速反馈电流反馈
电力系统课程设计
信息工程系 2011-2012学年度下学期电力系统分析课程设计 电力系统短路故障的计算机 算法程序设计 姓名 学号 班级K0309414 指导教师钟建伟
信息工程学院课程设计任务书
电力系统短路故障的计算机算法程序设计 目录 1前言 (4) 1.1短路的原因 (4) 1.2短路的类型 (4) 1.3 短路计算的目的 (4) 1.4 短路的后果 (5) 2电力系统三相短路电流计算 (6) 2.1电力系统网络的原始参数 (6) 2.2制定等值网络及参数计算 (6) 2.2.1标幺制的概念 (6) 2.2.2有三级电压的的网络中各元件参数标幺值的计算 (7) 2.2.3计算各元件的电抗标幺值 (7) 2.2.4系统的等值网络图 (10) 3程序设计 (11) 3.1主流程图 (11) 3.2详细流程图 (12) 3.2.1创建系统流程图 (12) 3.2.2加载系统函数流程图 (13) 3.2.3计算子函数流程图 (14) 3.2.4改变短路点流程图 (15) 3.3数据及变量说明 (15) 3.4程序代码及注释 (16) 3.5测试例子 (17) 4结论 (23) 5参考文献 (24)
1前言 因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的正常工作，而且还可能对人生命财产产生威胁。从在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行的情况，电力系统的实际运行情况看，这些故障绝大多数多数是由短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。 短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。 1.1 短路的原因 产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化、设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶劣，例如雷击造成的网络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；（4）其他，如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。 1.2 短路的类型 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。三相短路也称为对称短路，系统各项与正常运行时一样仍处于对称状态。其他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。况且，从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都归结为对称短路的计算。因此，对三相短路的的研究是具有重要意义的。 1.3 短路计算的目的 在电力系统的设计和电气设备的运行中，短路计算是解决一系列问题的不可缺少的基本计算，这些问题主要是： （1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。 （2）为了合理地配置各种继电保护和自动装置并确定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。 （3）在设计和选择发电厂和电力系统主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。 （4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也含有一部分短路计算的内容
电力电子技术课程设计报告
成都理工大学工程技术学院T h e E n g i n e e r i n g&T e c h n i c a l C o l l e g e o f C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 电力电子技术课程设计报告 姓名 学号 年级 专业 系（院） 指导教师
三相半波整流电路的设计 1设计意义及要求 1.1设计意义 整流电路是出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电，电路形式多种多样。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。 1.2初始条件 设计一三相半波整流电路，直流电动机负载，电机技术数据如下：220nom U V =， I =308A nom ，=1000r/min nom n ，C =0.196V min/r e ，0.18a R =。 1.3要求完成的主要任务 1）方案设计 2）完成主电路的原理分析 3）触发电路、保护电路的设计 4）利用MATLAB 仿真软件建模并仿真，获取电压电流波形，对结果进行分析 5）撰写设计说明书
2方案设计分析 本文主要完成三相半波整流电路的设计，通过MATLAB软件的SIMULINK模块建模并仿真，进而得到仿真电压电流波形。 分析采用三相半波整流电路反电动势负载电路，如图1所示。为了得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入b c a、、三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。 图1 三相半波整流电路共阴极接法反电动势负载原理图 直流电动机负载除本身有电阻、电感外，还有一个反电动势E。如果暂不考虑电动机的电枢电感时，则只有当晶闸管导通相的变压器二次电压瞬时值大于反电动势时才有电流输出。此时负载电流时断续的，这对整流电路和电动机负载的工作都是不利的，实际应用中要尽量避免出现负载电流断续的工作情况。 3主电路原理分析及主要元器件选择 3.1主电路原理分析 主电路理论图如图1所示。假设将电路中的晶闸管换作二极管，并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。在相电压的交点处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作 α=。，要改变触发角只能是在此基础上增大它，即为计算各晶闸管触发角α的起点，即0 沿时间坐标轴向右移。