交直流调速系统课程设计 十机架连轧机分部传动直流调速系统 系 、 部：
电气与信息工程学院 学生姓名：
指导教师：
职称 教授 专 业：
自动化 班 级：
自本 完成时间：
2014 年 X月 交直流调速系统课程设计指导书 一、 课程设计大纲 适用专业：电气自动化、电气工程及其自动化 总学时：1周 1.课程设计的目的 课程设计室本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过度到实践的桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的：
（1）通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程设计方面的基本知识、基础理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

（2）通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。

（3）通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

2.课程设计的要求 （1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

（2）要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。

（3）要求会查阅有关参考资料和手册等。

（4）要求学会选择有关元件和参数。

（5）要求学会绘制有关电气系统图和编制元件明细表。

（6）要求学会编写设计说明书。

3.课程设计的程序和内容 （1）学生分组、布置题目。首先将学生按学习成绩、工作能力和平时表现分成若干小组，每小组按优、中、差合理搭配，然后下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。

（2）熟悉题目、收集资料。设计开始，每个学生应按教师下达的具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。

（3）总体设计。正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图。

（4）主电路设计。按选定的系统方案，确定系统主电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主电路的元件计算和选择任务。

（5）控制电路设计。按规定的技术要求，确定系统闭环结构和调节器形式，画出系统控制电路原理图，选定检测元件和反馈系数，计算调节器参数并选择相关元件。

（6）校核整个系统设计，编制元件明细表。

（7）绘制正规系统原理图，整理编写课程设计说明书。

4.课程设计说明书的内容 （1）题目及技术要求；

（2）系统方案和总体结构；

（3）系统工作原理简介；

（4）具体设计说明：包括主电路和控制电路等；

（5）设计评述；

（6）元件明细表；

（7）系统原理图：A1或A2图纸一张。

5.课程设计的成绩考核 教师通过课程设计答辩、审阅课程设计说明书和学生平时课程设计的工作表现评定每个学生的课程设计成绩，一般可分为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，也可采用百分制相应记分。

二、 课程设计任务书 为了便于教师组织课程设计，下面给出一个交直流调速系统课程设计参考课题，各校也可以根据实际情况自行选题。

（一）设计题目和设计要求 1.题目名称：十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计 在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。

本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表1：
表1 十机架连轧机的机架 机架序号 电机型号 Pn(kW) Un(V) In(A) nn(r/min) Ra(Ω) P极对数 1 Z2-92 62 230 291 1450 0.2 68.60 1 2 Z2-91 48 230 209 1450 0.3 58.02 1 3 Z2-82 35 230 152 1450 0.4 31.36 1 4 Z2-81 26 230 113 1450 0.5 27.44 1 5 Z2-72 19 230 82.55 1450 0.7 11.76 1 6 Z2-71 14 230 61 1450 0.8 9.8 1 7 Z2-62 11 230 47.8 1450 0.9 6.39 1 8 Z2-61 8.5 230 37 1450 1.0 5.49 1 9 Z2-52 6 230 26.1 1450 1.1 3.92 1 10 Z2-51 4.2 230 18.25 1450 1.2 3.43 1 2.技术数据 （1）电枢回路总电阻取；
总飞轮力矩。

（2）其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。

（3）要求：调速范围,静差率；
稳态无静差，电流超调量，电流脉动系数；
启动到额定转速时的转速退饱和超调量。

（4）要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。

（5）要求触发脉冲有故障封锁能力。

（6）要求对拖动系统设计给定积分器。

（二）设计的内容 1.调速的方案选择 （1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）。

（2）电动机供电方案选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控桥变流器供电方案）。

（3）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）。

（4）确定直流调速系统的总体结构框图。

2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路计算的章节） （1）整流变压器计算。二次侧电压计算；
一、二次侧电流的计算；
容量的计算。

（2）晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。

（3）晶闸管保护环节的计算。①交流侧过电压保护；
②阻容保护、压敏电阻保护计算；
③直流侧过电压保护；
④晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；
⑤过电流保护；
交流侧快速熔断器的选择；
与元件串联的快速熔断的选择；
直流侧快速熔断器的选择。

（4）平波电抗器计算 3.触发电路的选择与校验（可参考“电力电子技术”中有关触发电路的章节） 触发电路的种类较多，可直接选用，触发电路中元件参数可参照有关电路进行选用，一般不用重新计算。最后只需要根据主电路选用的晶闸管对脉冲输出级进行校验，只要输出脉冲功率满足要求即可。

4. 控制电路设计计算 主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数计算（可参照本教材第一章有关内容）等。

5. 双闭环直流调速系统的动态设计 主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅教材第二章中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关内容。

（三）系统的计算仿真 对所设计的系统进行计算机仿真实验，即可用面向传递函数的MATLAB仿真方法，也可用面向电气系统报告原理结构图的MATLAB仿真方法。

（四）设计提交的成果材料 （1）设计说明书一份，与任务书一并装订成册；

（2）直流调速系统电气原理总图一份（用1号或2号图纸绘制）；

（3）仿真模型和仿真结果清单。

摘 要 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、锁零单元和电流自适应调节器等。

本文所论述的是转速、电流双闭环直流调速系统设计。主电路设计是依据晶闸管-电动机（V—M）系统组成，其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机-发电机组等组成。整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；
平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；
电动机-发电机组提供三相交流电源。

关键词：双闭环调速系统；
转速调节器；
电流调节器；
十机架连轧系统；
MATLAB仿真 ABSTRACT The motor has a good starting, braking performance, and is suitable for smoothing over a wide range of speed regulation, widely used in a lot of need for speed or fast forward and reverse drag in the field of electricity. From the control point of view, based on DC or AC drive system. Early control of DC motor based on analog circuit, an operational amplifier, nonlinear integrated circuit and a small amount of digital circuit, the hardware part of control system is very complex, single function, and the system is not flexible, difficult debugging, to promote the development and application of hindered the control technology of direct current motor. Along with the single chip microcomputer technology change rapidly, making many control functions and algorithms can be used to complete the software technology, provides more flexibility to control DC motor, and the system can achieve higher performance. Using single chip computer control system, can save the human resources and reduce the cost of the system, to improve work efficiency. 　　　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、锁零单元和电流自适应调节器等。

The main circuit adopts thyristor three-phase full controlled bridge rectifier circuit, control circuit of an integrated circuit, system with speed regulator, current regulator, flip flops, lock parts unit and the current adaptive controller etc.. 　　　本文所论述的是转速、电流双闭环直流调速系统设计。主电路设计是依据晶闸管-电动机（V—M）系统组成，其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机-发电机组等组成。整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；
平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；
电动机-发电机组提供三相交流电源。

Discussed in this paper is the design speed, current double closed loop DC speed regulating system. The main circuit is designed on the basis of thyristor motor (V - M) system, the system is composed of rectifier transformer TR, thyristor speed regulating device, flat wave reactor L and motor generator set. Rectifier transformer TR and thyristor rectifier control device is the function of the AC input into a DC power; the flat wave reactor L function is the direct current output more smooth; motor generator set provides three-phase AC power supply. Key words：Dual closed-loop speed contrd system；
Speed regulator；
The current regulator；
The ten stand continuous rolling system；
MATLAB simulation 目 录 1主电路设计与参数计算 1 1.1整流变压器的设计 1 1.1.1变压器二次侧电压U2的计算 1 1.1.2 一次、二次相电流I1、I2的计算 2 1.1.3变压器容量的计算 2 1.2、晶闸管元件的选择 2 1.2.1 晶闸管的额定电流 2 1.2.2晶闸管的额定电压 2 1.3晶闸管保护环节的计算 3 1.4过电流保护 5 1.5平波电抗器的计算 5 1.6励磁电路元件的选择 6 1.7 继电器-接触器控制电路设计 7 2触发电路选择 8 3 双闭环的动态设计和校验 9 3.1电流调节器的设计和校验 9 3.2 转速调节器的设计和校验 10 4 控制电路的设计与计算 13 4.1 给定环节的选择 13 4.2 控制电路的直流电源 13 4.3 反馈电路参数的选择与计算 14 4.3.1测速发电机的选择 14 4.3.2 电流截止反馈环节的选择 14 5 系统计算机仿真 15 5.1 开环调速系统 15 5.2 转速单环调速系统 16 5.3 转速单环调速系统 17 6 MATLAB仿真分析与展望 18 致 谢 20 参考文献 21 附录A 主电路 22 附录B 明细表 23 1主电路设计与参数计算 1.1整流变压器的设计 1.1.1变压器二次侧电压U2的计算 是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算，即：
（1-1） 式中 --整流电路输出电压最大值；

--主电路电流回路n个晶闸管正向压降；
C -- 线路接线方式系数；
--变压器的短路比，对10～100KVA， =0.05～0.1；
/--变压器二次实际工作电流与额定之比，应取最大值。在要求不高场合或近似估算时，可用下式计算，即：
（1-2） 式中A--理想情况下，α=0°时整流电压与二次电压之比，即A=/；
B--延迟角为α时输出电压Ud与之比，即B=/；
ε——电网波动系数；
1~1.2——考虑各种因数的安全系数；
根据设计要求，采用公式：
(1-3) 由表查得 A=2.34；
取ε=0.9；
α角考虑10°裕量，则 B=cosα=0.985 取=122V。

电压比K=/=380/122=3.11。

1.1.2 一次、二次相电流I1、I2的计算 表2 整流变压器的计算系数（电感负载） 计算系数 单相全孔桥 三相可靠半波 三相全控桥 三相半控桥 A=Udo/U2 0.9 1.17 2.34 2.34 B=Ud/Udo cosαmin cosαmin cosαmin (1+cosαmin)/2 K2=I2/In 1 0.577 0.816 0.816 K1=I1/In 1 0.472 0.816 0.816 由表查得 =0.816, =0.816 考虑变压器励磁电流得：
=A=13.17A =A=39.00A 1.1.3变压器容量的计算 ；

（1-4） ；

（1-5） ；

（1-6） 式中m1、m2 --一次侧与二次侧绕组的相数；
由表查得m1=3，m2=3 =3×380×13.17=15.01 KVA =3×122×39.00=14.27KVA =1/2（15.01+14.27）=14.64 KVA 1.2晶闸管元件的选择 正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保护可靠运行的前提下降低成本。选择整流元件主要是合理选择它的额定电压Ukn和额定电流（通过平均电流）IT,它们与整流电路形式、负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角α的大小等因素有关。一般按α=0计算，且同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。

1.2.1 晶闸管的额定电流 选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值[8]，即 或 ==K （1-7） 考虑（1.5～2）倍的裕量 （1-8） 式中K=/（1.57）--电流计算系数。

此外，还需注意以下几点：
①当周围环境温度超过+40℃时，应降低元件的额定电流值。

②当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。

③关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。

表3 整流变压器的计算系数（电感负载） 计算系数 负载形式 单相桥式 三相半波 三相半控桥 Kfb 电阻负载 0.5 0.374 0.368 Kfb 电感负载 0.45 0.367 0.367 由表查得 K=0.368，考虑1.5～2倍的裕量 （1-9） =A =A 取=30A。故选晶闸管的型号为KP30-7。

1.2.2晶闸管的额定电压 晶闸管实际承受的最大峰值电压，乘以（2～3）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即 整流电路形式为三相全控桥，查表得，则 ==V=V （2-10） 取=800V。

1.3晶闸管保护环节的计算 晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。

1.3.1过电压保护 以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

（1）交流侧过电压保护 阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护。本系统采用D-Y连接。S=14.64kvA, U2=122V，Iem取值：当 S≥10KVA时，取Iem=4KVA。

=µF=23.61µF 耐压≥1.5Um =1.5×122×=258.8V选取30µF,耐压258.8V的CZDJ-2型金属化纸介电容器。取=5KV， =Ω=2.6Ω，取3Ω ==1.15A =W=W 选取3、14W的金属膜电阻。

压敏电阻的计算 =V=224.29V 流通量取5KA。选MY31-240/5型压敏电阻。允许偏差+10％（264V）。

（2）直流侧过电压保护 直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。

=(1.8～2.2) ×230V=414～460V 选MY31-440/5型压敏电阻。允许偏差+10％（484V）。

（3）晶闸管及整流二极管两端的过电压保护 查下表：
表4 阻容保护的数值一般根据经验选定 晶闸管额定电流/μA 10 20 50 100 200 500 1000 电容/μF 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 电阻/Ω 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.1～1.15倍。

由上表得C=0.5µF，R=10Ω， 电容耐压≥1.5==1.5××122=448.26V 1.4 过电流保护 直流侧快速熔断器:容体额定电流IkRZ<1.5In=1.5*47.8=71.7A 交流侧快速熔断器:容体额定电流IKRJ<1.5I2=1.5*39=58.5A 晶闸管元件串联快速熔断器:容体额定电流Ik<IKR<1.57IT=1.57*30=47.1A 总电源快速熔断器:容体额定电流IKRD<1.5I1=1.5*13.17=19.7A 1.5平波电抗器的计算 为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。

（1）算出电流连续的临界电感量可用下式计算，单位mH。

（1-11） 式中为与整流电路形式有关的系数，可由表查得；

为最小负载电流，常取电动机额定电流的5％～10％计算。

计算系数 三相全控桥 fd/HZ 300 Su 0.46 Kl 0.693 KT 3.9 根据本电路形式查得=0.693所以 =0.05=0.05×47.8A=2.39A =mH=35.37mH （2）限制输出电流脉动的临界电感量L2 由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。平波电抗器的临界电感量（单位为mＨ）可用下式计算 （1-12） 式中－系数，与整流电路形式有关，－电流最大允许脉动系数，通常三相电路≤（5～10）％。

根据本电路形式查得=1.045, 所以 ==26.67mH （3）电动机电感量和变压器漏电感量电动机电感量（单位为mH）可按下式计算 （1-13） 式中 、、n－直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入；
p－电动机的磁极对数；
－计算系数。一般无补偿电动机取8～12，快速无补偿电动机取6～8，有补偿电动机取5～6。本设计中取=8、=230V、=47.8A、n=1450r/min、p=1 = mH =13.27mH 变压器漏电感量（单位为mH）可按下式计算 （1-14） 式中－计算系数，查表可得－变压器的短路比，一般取5%～10%。本设计中取=3.9、=0.05所以=3.9×0.05/100×122/47.9 mH =0.005mH （4）实际串入平波电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量：
mH （1-15） （5） 电枢回路总电感: =22.09＋13.27＋2×0.005 mH =35.37mH 1.6励磁电路元件的选择 整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取700V。额定电流（取=0）可查得K=0.367， ==(1.5～2)×0.367×0.956A=0.88～1.2A 可选用ZP型3A、700V的二极管。R为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流。为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器KA ，动作电流通过R 调整。根据额定励磁电流=0.956A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器。

1.7 继电器-接触器控制电路设计 为使电路工作更可靠，总电路由自动开关引入，由于变压器一次侧电流，故可选CM1-100H型断路器，其脱扣额定电流为85A。用交流接触器来控制主电路通断，由于=39.00A ,故可选.在励磁回路中，串联吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器，吸引电流可在3/10～65/100范围内调节，释放电流在1/10～2/10范围内调节。选用AL18-22Y型按扭，启动按扭用绿色，并带有工作指示灯，停止按扭用红色。选用XDX2型红色指示灯。

2触发电路选择 选用集成六脉冲触发器电路模块，其电路如电气原理总图所示。

从产品目录中查得晶闸管的触发电流为＜250mA,触发电压。由已知条件可以计算出 ， ， V=5.75V。

因为=5.75V，3V，所以触发变压器的匝数比为 取3:1。设触发电路的触发电流为250mA，则脉冲变压器的一次侧电流只需大于250/3=83.3mA即可。这里选用3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数. 触发电路需要三个互差120°，且与主电路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一个三相同步变压器。这里用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY型。同步电压二次侧取30V，一次侧直接与电网连接，电压为380V,变压比为380/30=12.7。

3 双闭环的动态设计和校验 3.1电流调节器的设计和校验 3.1.1确定时间常数 已知s，s，所以电流环小时间常数 =0.0017+0.002=0.0037S。

3.1.2选择电流调节器的结构 因为电流超调量，并保证稳态电流无静差，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，故可用PI型电流调节器。

电流调机器的比例系数 电流调节器的超前时间系数 3.1.3电流调节器参数计算 电流调节器超前时间常数==0.0133s，又因为设计要求电流超调量，查得有=0.5，所以==，电枢回路总电阻R=2=1.9Ω所以ACR的比例系数 =。

3.1.4校验近似条件电流环截止频率 校验近似条件电流环截止频率==135.1。晶闸管整流装置传递函数的近似条件：
> ，满足条件。

忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：
，满足条件。

电流环小时间常数近似处理条件：
，满足条件。

3.1.5计算调节器的电阻和电容 取运算放大器的=40，有=1.70740=68.28，取70， ，取0.2，，取0.2。故=，其结构图3如下所示：
图3电流调节器 3.2 转速调节器的设计和校验 3.2.1 确定时间常数：
有则，已知转速环滤波时间常数=0.01s，故转速环小时间常数。3.2.2选择转速调节器结构：
按设计要求，选用PI调节器 转速调节器的比例系数 转速调节器的超前时间常数 3.2.3计算转速调节器参数 按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为：， 转速环开环增益 。

ASR的比例系数为。

3.2.4检验近似条件 转速环截止频率为。

电流环传递函数简化条件为，满足条件。

转速环小时间常数近似处理条件为：，满足近似条件。

3.2.5计算调节器电阻和电容 取=40，则，取1100。

，取0.08 ，取1。

故。其结构4图如下：
图4转速调节器 校核转速超调量：由h=4，查得，不满足设计要求，应使ASR 退饱和重计算。设理想空载z=0，h=5时，查得=81.2%，=，满足设计要求. 4控制电路的设计与计算 4.1 给定环节的选择 已知触发器的移相控制电压为正值，给定电压经过两个放大器它的输入输出电压极性不变，也应是正值。为此给定电压与触发器共用一个15V的直流电源，用一个2.2、1W的电位器引出给定电压。

4.2 控制电路的直流电源 这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，如下图7所示 图5直流稳压电源原理图 4.3 反馈电路参数的选择与计算 本设计中的反馈电路有转速反馈和电流截止负反馈两个环节，电路图见主电路。

4.3.1测速发电机的选择 因为V，故这里可选用ZYS-14A型永磁直流测速发电机。它的主要参数见下表。

表5 2ZYS-14A型永磁直流测速发电机 型号 最大功率w 最高电压V 最大工作电流A 最高转速r/min ZYS-14A 12 120 100 3000 取负载电阻=2,P=2W的电位器，测速发电机与主电动机同轴连接。

4.3.2 电流截止反馈环节的选择 选用LEM模块LA100-S电流传感器作为检测元件，其参数为：额定电流100A，匝数比1：1000，额定输出电流为0.1A。选测量电阻=47,，P=1W的绕线电位器。

负载电流为1.2时。让电流截止环节起作用，此时LA100-S的输出电流为1.2/1000=1.2×152/1000=0.184A，输出电压为47×0.25=11.75V，再考虑一定的余量，可选用1N4240A型的稳压管作为比较电压，其额定值为10V。

5系统计算机仿真 直流电动机：额定功率PN=11KW，额定电压=230V，额定电流=47.8A，转速nN=1450r/min，电枢电阻Ra=0.9欧姆，电流If=0.956A，P极对数为1，其它参数可由主电路计算中得到。

5.1 开环调速系统 如图6所示为开环直流调速系统的仿真模型 图6 开环直流调速系统的仿真模型 如图7所示为开环直流调速系统的仿真输出 图7 开环直流调速系统的仿真输出 图7分析：速度不稳定，超调较大。

5.2 转速单环调速系统 如图8所示为转速单环直流调速系统的仿真模型 图8 转速单环直流调速系统的仿真模型 如图9所示为转速单环直流调速系统的仿真输出 图9 转速单环直流调速系统的仿真输出 图9 分析：观察系统仿真结果，电流开始有一个突变，随着转速的增加电流在逐渐减小，转速结果PI调节器进行调节，在1~2个周期后基本稳定。

5.3 转速单环调速系统 如图10所示为转速电流双闭环直流调速系统的仿真模型 如图10 转速电流双闭环直流调速系统的仿真模型 如图11所示为转速电流双闭环直流调速系统的仿真输出 图11 转速电流双闭环直流调速系统的仿真输出 通过图11所示的MATLAB仿真结果可以看出系统运行稳定，稳态无静差，电流超调量≤5%,控制效果比较理想。

6 MATLAB仿真分析与展望 仿真结果及分析；
图12是matlab的仿真的速度电流波形图。

图12 转速电流波形图 此次仿真所使用的电脑：联想360Z，Intel（R）Core（TM）i3 CPU M370 @2.4GHz 电机启动的过程可分为3个过程：Id>Idl，dn/dt>0时，n升速；

Id<Idl，dn/dt<0时，n降速；

Id=Idl，dn/dt=0时，n=常速。

分析：启动过程的第一阶段电流迅速上升，如图12蓝线所示。刚启动时转速n为零，此时速度调节器ASR的输出电压迅速增大直到限幅值，ASR的输出电压就是电流环的给定，给定电压迅速增大导致电流迅速上升。当电流上升到一定时电流调节器ACR开始起作用，迫使电流下降但转速仍然在上升。启动过程第2阶段，恒流升速。随着转速上升，电动机反电动势E也上升电流将有所下降，但是由于电流调节器ACR的无静差的调节作用使得电流趋于稳定。启动过程第3阶段，转速趋于稳定。随着转速n不断上升，当转速与额定转速相等时但电流仍然保持最大值使得电动机转速还继续上升从而出现转速超调现象，此时速度调节器ASR调节起作用迫使转速下降直到额定转速。

通过仿真图，可以计算出电流超调量为 （5-1） 而转速超调量为 （5-2） 由此可知，该仿真满足设计要求。

虽然这次课程设计有些瑕疵但是总体上电机的运行时稳定的，符合设计的要求。本次课程设计的电路图的及参数详见附录。

通过本次课程设计，我们学习直流调速系统的实际应用，也明白了十机架连轧分部传动的原理。对于课上所学知识更产生了进一步的认识，通过分组合作的形式不仅增进了我们的团队协作能力，更增强了我们的实践能力，培养了我们自主分析问题，解决问题的能力。

并且在这次的课程设计，使我对不可逆V-M双闭环直流调速系统有了更深的了解。课本只是固然重要，但一个完整的方案设计，仅仅课本知识是不够的，同时也要参考课本知识，本次课设就使我认识到这一点。另一方面，同学之间的合作和老师的指导也是很重要的，自己一人想的不够全面、仔细，同时工作量也大，和同学一起讨论会发现老多错误，使自己受益匪浅。但是总体上说，通过这次的设计，我学到了许多，也收获了许多，我设计的可能还有很多的不足，但是我还是努力的完成了，这次的实训让我收获颇丰，在实践中认识知识中的真实的自己，我还有很多理论知识需要学习，还有很多钱欠缺的地方，我以后会更加努力，展望美好的未来。

致 谢 此次课程设计把一个学期的交直流调速的学习把理论知识和实验设计结合起来，但是这些理论知识远远不能够满足对电机控制应用的要求，这次任务让我们学以致用，培养了我们让理论服务于实践的能力，为我们以后单片机开发和应用指明了方向。

在此次课程设计的过程中，我们同样遇到了很多问题与难题，我们学会了程序的设计、分析、参数资料的寻找。在实际的操作过程中遇到了很多棘手的问题，但是在指导老师以及同学们的共同努力下把问题都一一解决了。在此我必须感谢我们的指导老师和我的同学，因为得到了李建军老师和同学们的帮助，使得许多问题得以迎刃而解，为此感谢老师和同学们的不吝赐教！ 参考文献 [1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统第3版[M].北京：机械工业出版社，2004 [2] 石玉等.电力电子技术题例与电路设计指[M].北京：机械工业出版社,1998 [3] 王离九等. 电力拖动自动控制系统.[M] 武汉：华中科技大学出版社，1991 [4] 胡寿松.自动控制原理第4版[M].北京：国防工业出版社 [5] 黄忠霖等.控制系统MATLAB设计及仿真[M].机械工业出版社，2001 [6] 周深渊.交直流调速系统与MATLAB仿真[M]:中国电力出版社，2007 [7] 唐介.电机与拖动[M].2版.北京:高等教育出版社，2007 [8] 袁东.肖广兵.详解MATLAB快速入门与应用[M].北京：电子工业出版社，2011 [9] 吴晓燕等.MATLAB在自动控制中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006 [10] 张宪.张大鹏.电气制图与识图[M].北京：化学工业出版社，2009.5 [11] 李瑞.胡仁喜.详解AutoCAD 2012电气设计[M].北京：电子工业出版社，2012.1 [12] 胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2008 [13] 王兆安.刘进安.电力电子技术第[M].5版.北京：机械工业出版社， 2009.5 [14] 陈坚.交流电机数学模型及调速系统[M].北京：国防工业出版社，1988 [15] 史国生.交直流调速系统[M].北京：化学工业出版社，1997 [16] 陈伯时.交流调速系统.2版.北京：机械工业出版社，1997 [17] 宋书中.交流调速系统.北京：机械工业出版社，1999 附录A 主电路 附录B 名细表 序号 名称 代号 型 号 数量 备 注 1 电阻 R 1Ω 6 AC 380V 10Ω 6 AC 380V 100Ω 1 AC 380V 510Ω 3 DC 50V 1.5KΩ 1 DC 50V 2KΩ 1 DC 50V 20KΩ 8 DC 50V 40KΩ 2 DC 25V 47KΩ 1 DC 50V 70KΩ 1 DC 25V 470KΩ 1 DC 25V 2 电容 C 0.2uf 3 DC 50V 0.3uf 1 DC 50V 1uf 2 DC 50V 5.6uf 6 AC 380V 69uf 3 AC 380V 88uf 3 AC 380V 3 芯片 KJ041 1 DC 15V 4 芯片 KJ004 3 DC 15V 5 运算放大器 741 3 DC 25V 6 断路器 CM1-100H 1 AC 380V 7 电感 PBK-1 1 10mh 50V 8 三极管 NPN 6 DC 25V 9 晶闸管 KP30-7 7 AC 380V 10 电动机 Z2-81型 1 11 测速发电机 ZYS-14A 1 12 变压器 S11-60KVA 1 13 二极管 IN4007 22 DC 25V 14 熔断器 RLS-160 10 15 熔断器 RM20-200 3 16 继电器 JL14-11ZQ 1 17 稳压管 IN4240A 1 注：触发电路的参数参见电力电子教材。