电机调速课程设计模板

电机调速系统课程设计报告（2016—2017学年第2学期）题目直流电机调速、制动系统设计系别信息与控制工程系专业电气工程及其自动化班级学号143210406姓名王泽沛组员崔涛李博蒲正伊指导教师顾波完成时间2017.6.15评定成绩目录第一章课程设计的意义....................................1第二章实验台模块及原理介绍..............................32.1调速方法.............................................32.1.1反接制动......................................32.1.2降压调速......................................42.1.3能耗制动......................................5第三章模块的测试及数据分析..............................63.1实验数据.......................................73.2数据分析.......................................7第四章总结..............................................8参考文献.................................................91第一章课程设计的意义本次课程设计是电气及其自动化专业学生在学习了《电机与拖动基础》专业必修课程及《电力电子技术》、《电气控制与PLC应用技术》、《单片机原理及应用》、《无线通信技术》等相关专业选修课程之后进行的一次全面的综合训练，其主要目的是加深学生对电机拖动及plc控制技术相关理论和知识的理解，进一步熟悉plc与电机拖动的基本理论、方法和技能；掌握工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论与实际的统一；由于测速采用数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速范围，提高了速度控制的精度。另一方面，一些模拟电路难以实现的控制规律和控制方法，例如各种最优控制、自适应控制、复合控制等都变得十分容易了，从而使系统的控制性能得到提高。由于硬件高度集成化，所以零部件数量和触点大大减少;很多功能都是由软件(即程序)来完成的，使硬件得以简化，所以采用单片机控制的电力拖动系统的故障率比模拟系统小。另外，数字电路的抗干扰性能强，不易受温度等外界条件变化的影响，没有工作点的温漂等问题，所以运行的可靠性高。由于单片机可以与计算机相连，而计算机具有存储、显示、记录等功能，可以对系统的运行状态进行检测、诊断、显示和记录，并对发生故障的时间、性质和原因进行分析和记录，所以维修很方便，维修周期变短。由于单片机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，数字直流调速系统的控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大提高。而且通过系统总线，数字控制系统能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行信息交换，实现生产过程的分级自动化控制。所以，直流传动控制采用单片机实现数字化，使直流调速系统进入一个崭新阶段。直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，其原理是电磁驱动。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。发电机运行时的直流电机工作模型如下图所示，图中的电刷A和B间外接的是直流负载，电机由一原动机拖动以逆时针方向旋转。在图示瞬间，元件边ab的感应电动势方向为b端到a端，元件边cd的感应电动势方向为d端到c端，元件中的电流ia的方向为B刷→d→c→b→a→A刷，元件边ab、cd产生电磁力f，作用在电枢圆周切线方向的电磁力f将产生电磁转矩Tem，方向为顺时针，与电机旋转方向相反、转过180的位置后，元件内的电流ia的方向为从B刷→a→b→c→d→A刷，外电路中的电流的方向仍不变，产生的电磁转矩Tem的方向仍为顺时针。21.1直流电机调速控制的传递函数在直流电机调速系统中通常是以他励式直流电动机为控制对象,其等效控制电路如图1-1所示。图1-1他励直流电机等效控制电路1.2.1电流与电压的传递函数由上述电路图，得出其相应的动态方程：nCdtdILRIUeaaaa式(1.4)式中：L为电枢回路电感；nCe为E，感应电动势。公式变换后得：)(1dtdITIRnCUaaaea式(1.5)式中：RLT/1,为电机电枢回路的电磁时间常数。对两边同时拉氏变换后，整理可得电流与电压的传递函数：1/1)()()(1asTRsEsUsIa式(1.6)3第二章实验台模块及原理介绍2.1.1反接制动切换极性相反的电源电压，使电枢回路内产生反相电流；反接制动时。从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路制动电阻上。直流电动机运行的情况，此时出现nn0、EaU、Ia反向，电机有驱动变为制动。在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。反接制动的实质:使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。反接制动控制电路如图所示。其主电路和正反转电路相同。由于反接制动时转子与旋转磁场的相对转速较高，约为启动时的2倍，致使定子、转子中的电流会很大，大约是额定值的10倍。因此反接制动电路增加了限流电阻R。KM1为运转接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，其与电动机联轴，当电动机的转速上升到约为100转/分的动作值时.KV常开触头闭合为制动作好准备。反接制动分析:停车时按下停止按钮SB2，复合按钮SB2的常闭先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为反接制动作好准备，后接通KM2线圈(KV常开触头在正常运转时已经闭合)，其主触头闭合，电动机改变相序进入反接制动状态，辅助触头闭合自锁持续制动，当电动机的转速下降到设定的释放值时，KV触头释放，切断KM2线圈，反接制动结束。一般地，速度继电器的释放值调整到90转/分左右，如释放值调整得太大，反接制动不充分;调整得太小，又不能及时断开电源而造成短时反转现象。反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。因此适用于l0kw以下小容量的电动机制动要求迅速、系统惯性大，不经常启动与制动的设备，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。42.1.2直流调速系统的主导调速方法——降压调速根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：RIEUa式(1.1)公式中：U为电枢电压；E为电枢电动势；RIa为电枢电流与电阻乘积。由于电枢反电势为电路感应电动势，故：nCEe式(1.2)式中：eC为电动势常数；为磁通势；n为转速。由此得到转速特性方程如下：eaCRIU/)(n式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R——电枢回路串电阻调速。属于有级调速，且不易构成自动调速系统，当电机低速运行时，电枢外串电阻上的功耗大，系统效率低，故一般不予采用。2.减弱励磁磁通——弱磁调速。可以构成无极调速，但只能在电动机额定转速以上做小范围的升速，不能作为主导调速方法。3.调节电枢电压Ｕ——降压调速。可以构成无极调速，且调速范围大、控制性能好。而且，现代电力电子技术的发展，使得直流电源输出电压能够非常容易地实现连续可调。因此，降压调速是直流电机调速系统的主导调速方法。降低供电电压的幅值，保持电源的频率不变，一般称作调压调速，降压恒频调速的特点是同步转速保持不变，每极气隙磁通将随定子电压的降低而减小，最大转矩将随定子电压的降低而成平方的减小，临界静差保持不变。当负载转矩恒定时，电磁功率随着转速的降低而增加，而机械功率却随之减小。因此，降压恒频调速属于转差功率消耗型调速方式。52.1.3能耗制动指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串入制动电阻，使电枢绕组的能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入公率都为零，所以制动平衡，线路简单；直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接。直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子）直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。电动机脱离三相交流电源后，定子绕组加一直流电压，即定子绕组通以直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动目的。能耗制动控制方式又分：时间原则控制——利用时间继电器控制速度原则控制——利用速度继电器控制1．识图：（见图）（1）电路组成：主电路、控制电路6（2）主要元器件：转换开关、熔断器、交流接触器、热继电器、电源变压器、按钮、时间继电器、二极管整流桥（3）原理分析：主回路：合上QS→主电路和控制线路接通电源→变压器需经KM2的主触头接入电源（原边）和定子线圈（副边）控制回路：①起动：按下SB2→KM1得电→电动机正常运行②能耗制动：按下SB1→KM1失电→电动机脱离三相电源，KM1常闭触头复原→KM2得电并自锁，（通电延时）时间继电器KT得电，KT瞬动常开触点闭合。→KM2主触头闭合→电动机进入能耗制动状态→电动机转速下降→KT整定时间到→KT延时断开常闭触点断开→KM2线圈失电→能耗制动结束。注：KT瞬动常开触点的作用：如果KT线圈断线或机械卡住故障时，在按下SB1后电动机能迅速制动，两相的定子绕组不致长期接入能耗制动的直流电流第三章模块的测试及数据分析3.1实验数据表一反接制动正常T17.547.286.686.275.153.07反接T25.914.184.452.381.471.37表二降压调速电压(V)5.033.803.733.523.292.121.351.20转速(r/min)185513781273125711706522831997表三能耗制动3.2数据分析所测得的数据之间存在着比例关系，在数据表可以看出转速与电阻之间存在着反比关系，随着阻值增大，转速降低。而电压与转速之间存在着正比关系；随着电压的增大，转速升高。当然也存在的误差，外在因素的影响实验所测得的结果。电阻Ω转速r/min一5.23578二14.43082三22.82554四38.42010五46.418638第四章总结通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。这次电力拖动课程设计让我受益匪浅，无论从知识还是其他的各个方面。在设计过程中，我不仅能够理论联系实际的学习。而且提高了对电力拖动的理解水平。在这次课程设计中让我体会到了合作与团结的力量，当遇到困难的时候，我们就会一起讨论解决问题。这次的课程设计是以教材为主，参考书为辅，进行构思设计，最后对整个设计进行评估，寻找提高成绩的途径，终于完成本次设计。此次课程设计基本按照设计任务书的要求进行，其方案功能比较合理，应用也比较方便。在设计的过程中，对直流电机的基本结构、直流电动机方法有了更深一层的认知。可以说，在整个设计中让我开拓视野，让我受益匪浅。通过本课程设计的操作，我进一步学习掌握了他励直流电动机的工作原理和调速原理，了解了直流电动机的机械特性。在接下来的学习生活中，我会尽量的充实自己，为以后的毕业设计做准备。通过本次课程设计，不仅培养了我的创新思维能力