电力拖动与控制系统课程设计报告书

信息工程学院

电力拖动与控制系统课程设计报告书题目: 电梯电力拖动分析及拖动电动机选择

专业：电气工程及其自动化

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2014年5月5日

信息工程学院课程设计任务书

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题意义 (1)

1.2 课题背景及目的 (1)

1.3 已知系统参数和条件 (2)

1.4 任务要求 (2)

2 电力拖动系统分析 (3)

2.1 一般电力拖动系统的模型 (3)

2.2 电梯运行时间速度曲线 (4)

2.3 电梯拖动系统的起动 (5)

2.4电梯拖动系统的调速 (7)

2.5电梯拖动系统的制动 (7)

3 电梯拖动系统的电机选择 (101)

3.1电动机种类选择 (101)

3.2电动机结构型式选择 (101)

3.3电动机额定电压选择 (101)

3.4电动机额定转速选择 (102)

3.5电动机的容量选择 (102)

总结 (133)

参考文献 (144)

2

1 绪论

1.1 课题意义

电梯的拖动和控制系统是连接电网和电梯机电设备，传送和转化电网电能，拖动和控制电梯运行的系统。它通常包括电动机，反馈单元和控制电动机的电路部件。电梯的拖动和控制系统是电梯整梯系统的重要组成部分，研究电梯拖动和控制技术具有深远的意义，主要表现在以下几个方面：（1）电梯拖动和控制系统是电梯的能源中枢，它向电梯提供电力能源，控制和带动机械负载运行，没有拖动控制系统，电梯将不能很好地运行。

（2）电梯拖动和控制系统对于电梯运行性能的表现也起到关键的作用。电梯作为载人设备，它的性能指标主要应达到安全、稳定、准确、舒适和效率性。电梯拖动和控制系统在拖动负载运行的同时，也在控制和改变着电气参数，使电梯可靠的运行，同时实现平滑的调节运行速度，因此，它对电梯性能的表现起到非常重要的作用。

（3）电梯拖动和控制系统既是电梯的能源心脏，又是达到电梯运行性能目标的重要保证，因此为了提高电梯的系统性能，研究其拖动和控制系统原理，开发拖动和控制技术将具有非常重要的意义。

1.2 课题背景及目的

1.2.1背景

现代工业中广泛使用电力拖动技术，形成了较系统的电力拖动研究领域。电梯的拖动系统也是属于一般电力拖动系统的范围内。

一般电力拖动技术的研究通常包括电动机的原理、调速的手段、控制的实现等多方面。在电动机技术方面，目前的研究建立在直流、交流、同步或异步的不同类型的电动机原理的基础上。在调速的手段方面，一般电力拖动系统遵循着系统运动基本方程式，建立了改变负载转矩（负载特性曲线）和电动机转矩（机械特性曲线）的稳定交点，通过平行移动人为机械特性曲线进行调速的原则。在控制的实现方面，一般电力拖动控制技术目前也普遍应用晶闸管变流电路，或者能实现更复杂控制功能的变频器来实现。电梯的拖动和控制技术继承了一般电力拖动技术的研究成果，具有一般拖动技术的共性，但也具备自己的特点。电梯拖动和控制系统的研究是基于一般电力拖动技术的基础上，针对电梯拖动运行的特殊性，进行了在电梯中应用相应技术的分析、研究和设计。本文着重分析了电梯拖动运行的特点，并研究如何针对电梯的特点设计其相应的拖动控制系统。

电梯的发展已经历了一百多年，其拖动和控制系统经历了比较多的发展阶段，在当今的电梯上使用的类型也比较多。本文通过分析各种电梯拖动系统的机械特性和其控制系统的调速原理，旨在为不同规格的电梯设计出最适合的拖动控制方式。

1.2.2 目的

1

电力拖动基础课程设计是课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过课程设计加深理解课堂教学的理论内容，学会综合运用专业基础理论，培养分析问题和解决问题的能力，在专业知识与工程实践方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。

“电梯电力拖动电机选择”是在系统学习电动机的运行特性、电梯生产设备的特点、电梯生产工艺要求的基础上，综合平衡包括供电系统在内各方面的要求，使电梯设备的配套和运行合理化。掌握主要的起动过程中阻转矩变化动态特性数据，并据以改进电力拖动系统；选配额定功率恰如其分的电动机并且具有较高的需要系数。

1.3 已知系统参数和条件

1、电梯的性能指标应达到安全、稳定、准确、舒适和效率性。

2、电梯拖动和控制系统在拖动负载运行的同时，也在控制和改变着电气参数，使电梯可靠的运行，同时实现平滑的调节运行速度。

3、电梯的规格是：载重为1000Kg，速度为1.75m/s，提升高度为72m，电动机轴载荷为2500Kg，变频器为OVF20。

4、电梯的电动机要有较宽的调速范围 1∶5的调速。

5、运行可靠性要高。

1.4 任务要求

1、根据参观的电梯，分析电梯电力拖动系统，按生产工艺画出电梯起动、运行、调变速、制动负载图。

2、根据负载图及过渡过程对电梯电力拖动电机的容量进行工程计算选取。

3、查阅参考资料对电动机的类型、容量、额定电压、型号等进行校验选择。

2

3 2 电力拖动系统分析

2.1 一般电力拖动系统的模型

电力拖动系统的运动部分，通常由电动机的转子、机械减速机构以及负载的运动部分组成。电力拖动系统运动模型的合转矩为电磁转矩与负载转矩之差，可以用下式表示

（2-1）

式中各参数的含义为：T —电磁转矩，T L —系统总净阻力矩，J —转动惯量，Ω—电动机轴旋转角速度，dt d —旋转角加速度。电力拖动系统中习惯采用系统总飞轮惯量GD 2

和转速n 来分析和

进行计算，则式(2-1)可改写为

(2-2)

上式是电力拖动系统的基本运动方程式，由基本运动方程式可以看出：

当T>T L 时，系统处于加速运动状态； 当T=T L 时，系统处于恒速或静止状态； 当T

电力拖动系统的一个重要参数是负载特性，负载特性指的是负载转矩对转速的函数。电力拖动系统的负载类型比较多，图2.1.1为位能性恒转矩负载和反抗性恒转矩负载的特性曲线。从图上可以看出，负载特性曲线的基本走势是纵向的，也就是转矩在对应于整个转速范围内，都只在一定范围内变化，这说明负载特性有对系统的转矩特征起主导作用的特点。负载特性最重要的特征是：负载的转矩——转速关系由其机械特征和运行特点决定，不受系统电气参数控制。

图2.1.1反抗性与位能性恒转矩负载图

电动机的转矩—转速关系特性称为电动机的机械特性。图2.1.2为直流电动机、交流异步电动机的机械特性。从图上也可以看出，电动机的机械特性在其工作段基本走势都是横向的，它们的转速在对应于整个允许输出的转矩范围时，都只在一定的范围变化，这说明电动机机械特性有对系统

的转速起主导作用的特点。电动机机械特性最重要的特征是：电动机的转矩—转速关系只由电动机

4 特征、参数以及电源参数决定，不受负载类型影响。一般把在额定参数下作出的机械特性称为固有机械特性，而把参数变化后改变了的机械特性称为人为机械特性。

图2.1.2 电动机机械特性曲线图

电力拖动系统要达到稳定运行，那么运动方程式应达到平衡。如果能够持续地保持转速不变，即加速度为零时，根据式(2-2)，系统的合转矩为零，系统能稳定地保持这个状态，这是系统稳定运行的条件。把负载特性和电动机的机械特性合并在一起的图形，是系统转矩图，如图2.1.3所示。在系统转矩图上，两条曲线的交点可能是稳定的交点，也可能是不稳定的交点，系统只有在稳定交点处才能达到稳定运行。稳定交点一般满足下面的条件：在交点以上，负载特性曲线在机械特性曲线的右边，在交点以下，负载特性曲线在机械特性曲线的左边。

图2.1.3 稳定运行交点

2.2 电梯运行时间速度曲线

电梯是一种交通工具，它具有频繁启动加速和制动减速过程，因此它的拖动系统应提高运行效率。同时，作为垂直升降的运输设备，人对电梯运行速度的变化非常敏感，因此电梯的拖动系统还应满足人们的舒适感的要求。为此，需要给出既能提高运行效率，又能改善乘坐舒适感的电梯运行速度曲线，以使电梯按照预先给定的速度特性运行。

电梯的快速性和舒适性均与加速度α(m/s 2

)和加加速度ρ(m/s 3

)有关。加速度和加加速度不能过大，否则会使人有严重不适的感觉，ρ在电梯技术中还被称为生理系数，国家标准规定了α和ρ的最大值。同时α和ρ也不能过小，否则会影响电梯的运行效率。根据舒适性要求，电梯的速度曲线还具有转弯处为圆滑过渡的特点。

电梯在楼层间频繁启动和停车，而且具有正常运行、检修运行等多种操作，因此对运行精度要求也较高。

基于以上的分析，电梯的运行速度曲线可以采用抛物线—直线型、抛物线型或正弦型等曲线。

图2.2 运行速度曲线

2.3 电梯拖动系统的起动

电梯拖动系统在选定的调速方式下，电动机的转矩应达到负载转矩的要求，考虑到电源电压的波动、导轨不够平直等因素，电动机的转矩还应留有一定裕量。将电动机的机械特性画在电梯负载特性的平面内，电动机的机械特性应能全部覆盖负载特性，即全部包容负载特性。如果满足上述条件，则该电梯在控制系统的各种调速方式下能按照预定的速度曲线运行。否则，在哪一段不包容，则在不包容区间电梯将脱离预定速度曲线，从而造成舒适性变差或平层准确度变差，严重时可能出现失控现象，图2.3表示了两者之间的关系。

图 2.3 电梯起动时负载特性电动机特性曲线

5

电梯拖动系统运行时，提升机构将经历如下的四种过程：

(1)提升重物

提升重物时,电动机始终处于电动状态。在图2.4中表示当负载为T L时逐级提升过程的机械特性。逐级提升过程为o→ b→c→ d→e→r→g→最后稳定运行于A点,即以A点对应的速度提升重物。

b、d、f各点对应着不同的提升速度。

(2)下降重物

下降重物时,电机均处于制动状态。若下降速度较低,则电动机采用转子反转的反接制动状态。如图2.4中的B点,机械特性曲线1对应着转子电路串入所有附加电阻时的人为特性。若要求以较高速度下放重物,电机通常都采用回馈制动状态工作。如图2.4中的C点,其对应的转速超过反向的同步转速,当转子串人电阻越大,则对应的下降速度越高。C点是位能负载转矩5和反向机械特性4的交点。反向机械特性4与电动机械特性4转子中串入的电阻均为R s4,只不过前者的定子两相作了反接。

(3)空箱升降

电梯的箱中无人或重物时,则为空箱。提升空箱与提升重物一样,电动机运行于正向电动状态。下放空箱时,因为系统的摩擦力产生的反抗性转矩大于空箱本身的位能转矩,靠空箱本身不能下放。因此,应使电动机运行于反向电动状态,强迫空钩下放。图2.4中的特性6和7,分别为空箱提升和空箱下放负载转矩特性曲线。显然提升空箱和下放空箱的运行工作点分别在第一和第三象限。

图 2.4 负载转矩特性曲线

6

电梯经历了100多年的发展，具有直流电梯、交流双速、交流调压调速、变频调速电梯等多种类型。直流电梯的调速方式是变压调速，可以采用晶闸管变流装置实现变压的拖动控制。直流电梯调速性能较好，但成本较高，一般用在高性能的调速电梯中。

交流调压调速电梯是指采用交流异步电动机拖动负载，通过改变电压实现调速运行的电梯。

按照调速原理，交流调压调速电梯为实现调速，需要将交流异步电动机的机械特性曲线纵向移动，构造人为机械特性曲线簇。交流调压调速电梯是通过改变电动机定子端电压U1，从而改变转差率来构造人为机械特性曲线簇的。如图2.5所示，当电动机电压U1=U1N时，电动机将稳定运行在A 点，当电压降低到U1时，电动机将稳定运行在B点，当电压降低到U1，电动机将稳定运行在C点，转速nA>nB>nC，因此，通过改变定子端电压和电动机转差率，实现了平滑调速。

图 2.5 交流调压

2.6 电梯拖动系统的制动

2.6.1制动机构

制动机构是曳引机的重要组成部分。它的用途是保证能灵活可靠、安全地以较大匀减速将曳引机制动停车，保持静止状态。GB/T13435-90对制动机构的工作状态和性能作了明确规定。规定一：曳引机制动应可靠。在电梯整机中，平衡系数φ=0.4。轿厢加上125%额定载重量，历时10min，制动轮与投影动闸瓦之间应无打滑现象。

规定二：在规定一的条件下，制动器的最低起动电压和最高释放电压，应分别低于电磁铁额定电压的80%和55%；制动器开启滞后时间不超过0.8s；制动器线圈耐压试验，导电部分对地间施加1000V，历时1min，不得有击穿现象；制动器线圈的输出端应设有接线端子。

规定三：制动器部件的闸瓦组件应分两组装设。如果其中一组不起作用，制动轮上仍能获得足

7

8

够的制动力，使载有额定载重量的轿厢减速。

规定四：在曳引机通电持续率为40%时，在检验平台上应作下列高速正反方向连续无故障运转，制动线圈温升与最高温度均应不超过下表的规定

能耗制动：吸收系统贮存的动能并转换成电能，消耗在转子电路的电阻上。

优点：制动平衡，便于实现准确停车，适用于平衡、准确停车的场合及限制位能性负载的下降速度

缺点：制动较慢，需增设一套直流电源

异步电动机能耗制动机械特性表达式的推导比较复杂。然而经理论推导可以证明，异步电动机能耗制动的机械特性议程式与异步电动机接在三相交流电网上正常运行时的机械特性是相似的。机械特性曲线如图2.6.1所示。这里主要介绍它的特点:

1、当直流励磁一定,而转子电阻增加时,产生最大制动转矩时的转速也随之增加,但是产生的最大转矩值不变,如图2.6.1曲线1和曲线3所示

2、转子电路电阻不变,而增大直流励磁时,则产生的最大制动转矩增大,但产生最大转矩时的转速不变。如图2.6.1曲线1和曲线2所示。推导结果表明,能耗制动时,最大转矩T max 与定子输人的直流电流平方成正比,这和异步电动机改变定子电压的人为机械特性变化规律相同。这是因为改变定子电压就改变了电动机气隙磁通Φm 的大小,而改变直流电流I_也就改变制动时恒定磁场的数值。两者实质相同,所以特性曲线的变化规律也相同。

图 2.6.1异步电动机能耗制动时的机械特性

2.6.2 制动过程

由机械特性曲线可以分析异步电动机能耗制动的过程。设电动机原来在电动状态的A 点稳定运行,制动瞬间,由于机械惯性,电动机转速来不及变化,工作点A 平移至特性曲线1(转子未串制动电阻)上的B 点,对应的转矩为制动转矩,使电动机沿曲线1减速,直到原点,而=0时T=0。如果负载是反抗性的,则电动机将停转,实现了快速制动停车;如果负载是位能性的,则需要在制动到n=0时及时地切断电源,才能保证准确停车。否则电动机将在位能性负载转矩的拖动下反转,

特性曲线延伸到第四象

限,直到电磁转矩与负载转矩相平衡时,重物获得稳定的下放速度。可见,转子电阻较小时,在高速时的制动转矩较小,因此对笼型异步电动机,为了增大高速时的制动转矩,就必须增大直流励磁电流;而对绕线转子异步电动机,则可采用转子串电阻的方法,使得在高速时获得较大的制动转矩。

2.6.3 能耗制动经验公式

在绕线转子异步电动机的拖动系统中, 采用能耗制动时,可用下列两式计算异步电动机定子直

流励磁电流I_和转子电路所串电阻R Br：

I_=(2~3)I0、R Br=(0.2~0.4)E2N/(1.732I2N)-r2

I0异步电动机的空载电流，一般取I0=（0.2~0.5）I1N；r2为转子每相绕组的电阻。利用上面两式计算所得的数据，可保证电动机拖动系统的快速停车，并能使最大制动转矩T max=（1.25~2.2）T N。

9

3 电梯拖动系统的电机选择

在电力拖动系统中，电动机的选择是一项重要的内容，它包括电动机的类型、容量、额定电压及额定转速等的选择。电动机选择的依据，首先要按照生产机械对电力拖动提出的具体要求和工作情况来确定应该选择何种类型的电动机，然后根据生产机械的实际负载确定所需要的电动机的容量，所以，选择电动机可归纳为两个方面：一方面是电动机种类、型式、电压和转速选择，另一方面是电动机的容量选择。

3.1电动机种类选择

电动机种类首先是分为直流电动机和交流电动机两大类。直流电动机又分他励、并励、串励等。交流电动机又分笼型异步电动机、绕线转子异步电动机、同步电动机等等。电动机种类选择主要是从生产机械对调速性能的要求来考虑，例如对调速范围、调速精度、调速平滑性、低速运转状态等的要求。

凡是不要调速的拖动系统，总是考虑采用交流电机拖动；长期工作不需要调速且容量相当大的生产机械，往往采用同步电动机，它可以改善企业电网的功率因数；而对调速范围不广的拖动系统，调速级数少且不需在低速下长期工作，可以采用交流绕线转子异步电动机或多速电动机。而电梯拖动是调速范围不广的地方，故在电梯拖动中，可以选择交流电动机拖动系统。

3.2电动机结构型式选择

各种生产机械的工作环境差异很大，电动机与工作机械也有各种不同的结合方式，所以还应当确定电动机的结构型式，常用的型式有直立式、卧式、开启式、封闭式以及防滴、防爆等等型式。而电梯要在垂直方向工作，只能是选择直立式的。

3.3电动机额定电压选择

电动机额定电压选择一般是由工厂或车间的供电条件决定的。我国一般标准是交流电压为三相380V，直流电压为220V。大容量的交流电动机通常设计成高压供电，如3、6或10KV电网供电，此时电动机选用额定电压为3、6或10KV高压电动机。采用直流电动机时，当电动机容量较大时，为了减小电枢电流，可以考虑用额定电压为440V的电动机。电梯拖动系统中，选择的是交流电机，所以应该选择标准的交流三相电压380V。

3.4电动机额定转速选择

电动机额定转速选择关系到电力拖动系统的经济性及生产机械的效率，其选择的原则通常根据初投资和维护费用大小来决定。在频繁起、制动或反向的拖动系统中还应该考虑电动机过渡过程时间最短、能量损耗最小来选择适当的额定转速。

3.5电动机的容量选择

正确选择电动机的容量以保证电力拖动系统可靠而经济的运行。如果电动机容量选择过小，则

10

在正常工作情况下电动机就要过载运行。如果电动机容量选择过大，电动机的能力就不能充分利用，使电动机的效率降低，能量损耗增加，而且会恶化电动机运行时的功率因数。所以，正确地选择电动机，是一个极为重要的问题，这对国民经济具有十分重要的意义。

3.5.1电机绝缘材料的等级

在选择电动机容量时，要考虑电动机的发热，允许的过载能力与起动能力等三方面的因素。一般情况下，以发热问题尤为重要。因为电动机在实现能量变换过程中，在电动机内部产生损耗变成热量使温度升高。电动机中耐热最差的是绕组的绝缘材料，不同等级的绝缘材料，其最高的允许温度是不同的。

3.5.2 电动机过载能力

选择电动机容量时，需要考虑电动机的过载能力是否不够，从发热观点看，电动机短时过载是允许的，但要受到电动机过载能力的限制，所以必须要校验电动机的过载能力。

此次我们选择HBVF系列电梯专用变频调速三相异步电动机作为电梯的电力拖动电机。HBVF系列电梯专用变频调速三相电动机是吸收国外技术专为电梯设计的变频调速电机，可与多种品牌变频器相匹配，由电梯系统的控制箱实现闭环控制。用指定的驱动器可以实现零速定位。

本系列电动机基本安装形式为IMB5，即端盖上有凸缘，机座无底脚，卧式安装，非主轴伸端用于安装测速装置。冷却方式为自通风方式，防护等级为IP23。

该系列电机机壳采用铸铁件，转子为小惯量铸铝结构，整机结构简单可靠，定子绝缘等级为F 级。定子绕组内装有过热保护器，供热保护用。

该电机的使用条件如下表所示：

电梯与一般电力拖动系统相比，其运行次数比较频繁，为了降低系统消耗的功率，考虑到电梯垂直运行的特点，在设计电梯拖动系统时配置了对重，它与轿厢由曳引绳连接在曳引轮的两侧，起到平衡轿厢重量的作用。电梯在垂直运动时，对重的重量可以抵销掉一部分轿厢重量，从而减小电动机的额定功率。对重的重量等于轿厢的自重加上40%~50%的额定载重，这种配置使系统能达到最

11

12 优的整体运行的效率。

根据有对重电梯系统的力学关系，有对重电梯的电动机的额定功率为

上式中的Kp 是平衡系数，其公式为

平衡系数Kp 一般取值范围是Kp=0.4~0.5。

在上式各参数表示的含义是：K 是系数，K=1.1~1.6；mN 是电梯额定负载质量（Kg ）；VN 是额定梯速(m/s)；mp 是载重的质量；mj 是轿厢的质量；η是电梯传动系统的效率，η与悬吊方式及曳引类型有关。还需要对所选电动机进行发热校验和过载校验，才能准确地选择出系数K 。

总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，电力拖动已经成为当今电力系统应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。因此作为二十一世纪的大学生来说掌握电力拖动的应用是十分重要的。

回顾此次电力拖动课程设计，我感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在两个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

在完成电力拖动课程设计后,我发现自己还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些任务不能自我完成。但通过这一次实践,增强了我的动手能力,提高和巩固了电力拖动方面的知识。让我认识到要做好本次的课程设计,熟练地掌握课本上的理论知识是前提。这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。

当然能完成本次设计,更离不开钟老师辛勤地指导。在此,衷心感谢老师的指导。

13

参考文献

[1] 魏炳贵《电力拖动基础》机械工业出版社，2000.3

[2] 邱阿瑞《电机与电力拖动》电子工业出版社，2002.7

[3] 陈伯时《电力拖动自动控制系统》上海工业大学出版社，1998.5

[4] 杨兴瑶《电动机的调速原理及系统》水利电力出版社，1979

14

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)

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：

电力拖动自动控制系统课程设计

《运动控制系统设计》 课程设计报告 设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班 学号: 姓名： 指导教师： 设计时间：2007.11.20 —2007.12.14

目录摘要 第一章概述 第二章设计任务及要求 2.1设计任务： 2.2设计要求： 2.3理论设计 3.1方案论证 3.2系统设计 3.2.1电流调节器设计 3.2.1.1确定时间常数 3.2.1.2 选择电流调节器结构 3.2.1.3计算电流调节器参数 3.2.1.4 校验近似条件 3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2速度调节器设计 3.2.2.1 确定时间常数 3.2.2.2 选择转速调节器结构 3.2.2.3 计算转速调节器参数 3.2.2.4 校验近似条件 3.2.2.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2.6 校核转速超调量 第三章系统建模及仿真实验 4.1MATLAB 仿真软件介绍 4.2仿真建模及实验 4.2.1单闭环仿真实验 4.2.2双闭环仿真实验 4.2.3仿真波形分析 第四章实际系统设计及实验 5.1 系统组成及工作原理 5.2 设备及仪器 5.3 实验过程 5.3.1 实验内容 5.3.2 实验步骤 第五章总结与体会 参考文献

摘要 从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。动静态性能好，抗扰性能佳。速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。 关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器 第一章概述 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速系统中设计两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接。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，形成转速、电流双闭环调速系统。 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。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值 I的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可 dm 以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。通过系统建模和仿真，用MATLAB/Simulink工具分析设计直流电动机速度控制系统。

浅析电力拖动自动控制系统

浅析电力拖动自动控制系统 【摘要】电力拖动控制系统是一种较为重要的控制系统，其在工业生产中发挥着很大的作用，随着社会的发展以及科技的推动，这一系统开始趋向于自动化的应用形式。电能在人们的生活中发挥着重要的作用，电器的种类越来越多，现代社会对电力的需求量也越来越大，所以，自动化的电力拖动控制系统，可以更好的满足人类社会对电力的需求。本文分析了电力拖动自动控制系统的设计原理，还介绍了电力拖动自动控制系统的安全防护，希望对相关电力人员有所帮助，使相关企业生产可以更加安全、稳定的进行。 【关键词】电力拖动；系统；自动控制；原理；安全防护 电力拖动系统在工业领域应用极其广泛，伴随着我国科技的发展，工业企业的生产效率越来越高，人类社会对电能的需求量也越来越大。很多工业企业引进了先进的机械设备，提高了企业的生产水平，同时也对电力拖动控制系统提出了更高的要求，所以，电力拖动控制系统的自动化也是企业未来发展的必然趋势。电力拖动自动控制系统是对传统系统的改进与优化，这种系统在运行的过程中，更加安全稳定，而且满足了企业对自动化机械设备生产运行的要求。为了使电力拖动自动控制系统发挥更大的效用，相关人员要研究出更加完善的安全防护措施，这也可以为企业增产以及效益提升做出更大的贡献。 1.电力拖动自动控制系统的设计原理 电力拖动控制系统在工业企业生产中发挥着重要的作用，工作人员在系统运行的过程中，可以更好的掌握电动机的运行状况，还可以通过信息反馈，了解企业生产运行机制的运转情况，比较常见的反馈信息是电流信息。电力拖动控制系统中包含着很多的构件，其中电气设备是生产运行机制中比较重要的系统，其也是企业实现机械自动控制的关键因素。在利用计算机设备，可以在系统运行的过程中，可以直观的从显示器中，了解设备的运行状况，通过计算机等设备的信息反馈，可以有效的实现电力拖动的自动化控制。 实现电力拖动控制系统的自动化运行，需要借助先进的计算机技术，相关工作人员通过计算机信息的反馈，以及企业生产需求的变化，可以有效的制定出不同的控制方案，还可以实现机械运行的自动化生产。在这一过程中，计算机的编程起着至关重要的作用，计算机不但具有强大的计算等功能，还具有操作便捷等特点，所以，工作人员一定要多了解计算机相关知识，这样才能编制出独立的驱动程序，实现多种设备的自动控制。工作人员还要利用计算机操作技术，实现系统的对接测试，这些步骤有利于简化电力拖动自动化控制编程。电力拖动自动控制系统的各项参数可以认为调动，根据不同的要求，技术人员可以更改编程，所以这项工作具有一定的变动性。但是从系统的设计原理来看，电力拖动自动控制系统在调整的过程中，需要遵循一定的设计原则，其主要是利用计算机作为控制中心，而且是通过信号传输完成下达命令以及执行命令这一系列工作。

10KW直流电动机不可逆调速系统_电力拖动自动控制系统课程设计

交、直流调速课程设计 2004级电气工程专业电力拖动自动控制系统课程设计第五组课程设计 题目：10KW直流电动机不可逆调速系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化指导老师：华* 组员：郑** 李** 张** 江* 日期：2007年12月24日星期一

课题：10KW直流电动机不可逆调速系统 一、技术数据: 直流电动机： 型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、U N=220V、额定电流I N =55A A N =1000r/min、极数2P=4、电枢电阻 R N =O.5Q、电枢电感 L D =7mH 励磁电压U L=220V、励磁电流I L=1.6A。 、要求 调速范围D=1O、S<=15%、电流脉动系数S < 10%、设计中几个重点说明 、主电路选择与参数计算 1、主电路选择原则：一般整流器功率在4KW以下采用单向整流电路，4KW 以上米用三相整流。 2、参数计算包括 整流变压器的参数计算、整流晶闸管的型号选择、保护电路的说明，参数计算与元件选择，平波电抗器电感量计算。 1.1直流电动机 型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、额定电压U N=220V、额定电流I N =55A 转速n N=1000r/min、极数2P=4 电枢电阻R N=O.5Q、电枢电感L D =7mH 励磁电压U L=220V、S<=15%、励磁电流I L=1.6A。 1.2电动机供电方案 据题意采用晶闸管可控整流装置供电。 本设计选用的是中直流电动机，可选用三相整流电路。又因本系统设计是不可逆系统，所以可选用三相半控桥整流电路。电动机的额定电压为220V，若用 电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用整流变压器供电方式为宜。 题中对电流的脉动提出要求，故使用增加电抗器。 反馈方式选择原则应是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的反馈方

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。

电力拖动自动控制系统 第四版 课后答案

习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100 min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解： 10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为 2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为 0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负 载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解： ()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?=

378(0.0230.022)0.1478115N n I R C e r p m ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33 N D n S n s =?-=??-= 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落 N n ?又为多少? 解：(1) 3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压 * 8.8u U V =、比例调节器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数 15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若 把反馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压 * u U 应为多少？ 解：（1） * (1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) * (1)12(12150.35)(215) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态 速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1） ()s n s n D N N -?=1/ 1015002%/98%N n =??? 15002%/98%10 3.06/min N n r ?=??= 2） () 7.31106.3/1001/=-=-??=cl op n n K

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 =。

(完整版)《电力拖动自动控制系统》毕业课程设计变频液位自动控制

扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：变频液位自动控制系统 课程：电力拖动自动控制系统 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：

第一部分 任 务 书

电力拖动自动控制系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。

三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。 四、进度安排：共1.5周 本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天） 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1、退火炉温度控制系统 2、变频液位自动控制系统设计 3、变频流量自动控制系统设计 4、变频供水系统设计 5、变频调速恒张力控制系统设计 6、变频器在温度控制系统中的应用 7、线缆设备恒张力变频器控制设计 六、参考书 1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社1992 2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社1998

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；

电力拖动控制系统

★采用计算机控制电力传动系统的优越性在于：（1）可显著提高系统性能。采用数字给定、数字控制和数字检测，系统精度大大提高可根据控制对象的变化，方便地改变控制器参数，以提高系统抗干扰能力（2）可采用各种控制策略。可变参数PID和PI控制；自适应控制；模糊控制；滑模控制；复合控制。（3）可实现系统监控功能。状态检测；数据处理、存储与显示；越限报警；打印报表等。 ★数字测速方法：1. 旋转编码器：光电转换；增量式旋转编码器； 脉冲数字（P/D）转换方法：（1）M法—脉冲直接计数方法；（2）T 法—脉冲时间计数方法；（3）M/T法—脉冲时间混合计数方法 M法测速：工作原理：由计数器记录PLG发出的脉冲信号；定时器每隔时间T c向CPU发出中断请求INTt；CPU响应中断后，读出计数值M1，并将计数器清零重新计数；根据计数值M 计算出对应的转速值n。 ★计算公式：式中Z为PLG每转输出的脉冲个数； ★M法测速的分辨率： ★M法测速误差率：在上式中，Z 和T c均为常值，因此转速n 正比于脉冲个数。高速时Z大，量化误差较小，随着转速的降低误差增大，转速过低时将小于1，测速装置便不能正常工作。所以，M法测速只适用于高速段。 ★T法测速：工作原理：计数器记录来自CPU的高频脉冲f0；PLG每输出一个脉冲，中断电路向CPU发出一次中断请求；CPU 响应INTn中断，从计数器中读出计数值M2，并立即清零，重新计数。 ★计算公式： ★T法测速的分辨率： ★Ｔ法测速误差率：低速时，编码器相★邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小，测速精度高，故T法测速适用于低速段。 ★两种测速方法的比较：M法测速在高速段分辨率强；T法测速在低速段分辨率强。因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短。既检测T c时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。 ★M/T法测速：电路结构 ★工作原理：T0定时器控制采样时间；M1计数器记录PLG脉冲；M2计数器记录时钟脉冲。 ★计算公式：

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

电力拖动自动控制系统课程设计.doc

电力拖动自动控制系统课程设计

课程设计任务书 学生姓名：陈建龙专业班级：电气0701 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院 题目: V-M双闭环直流可逆调速系统设计 初始条件： 1．技术数据： 直流电动机：P N=3KW , U N=220V , I N=17.5A , n N=1500r/min , R a=1.25Ω堵转电流 I dbl=2I N, 截止电流 I dcr=1.5I N，GD2=3.53N.m2 三相全控整流装置：K s=40 , R rec=1. 3Ω 平波电抗器：R L=0. 3Ω 电枢回路总电阻 R=2.85Ω，总电感 L=200mH , 电动势系数： (C e= 0.132V.min/r) 系统主电路：(T m=0.16s ，T l=0.07s) 滤波时间常数：T oi=0.002s , T on=0.01s, 其他参数：U nm*=10V , U im*=10V , U cm=10V ，σi≤5% , σn≤10 2．技术指标 稳态指标：无静差（静差率s≤10%, 调速范围D≥20 ） 动态指标：转速超调量δn≤10%，电流超调量δi≤5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤0.5s 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δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤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）

电动机双重联锁电力拖动实训报告

桂林电子科技大学职业技术学院三相异步电动机接触器和按钮双重联锁正反转控制 学院（系）：ccccccccccccc 专业：cccccccccccccccc 学号： ccccccccccc 学生姓名： cccccc 指导教师： ccccccc

摘要 近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展，小功率电动机具有极其广泛的应用。三相异步电动机是世界上最常见的电动马达。它的流行是因其坚固耐用，结构简单，易保护，尺寸规范并且成本较低。三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。其转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。 本实验采取三相异步电动机接触器和按钮双重联锁正反转控制。由于采取了接触器常闭辅助触头的联锁功能，有采用了按钮联锁的功能，故电路具有双重连锁功能。这种控制线路集中了接触器联锁和按钮联锁的两种正反转电路的优点，此电路不仅具有操作简单方便的特点，而且能安全可靠地实现正反转运行，是机床电气控制中经常采用的线路 关键词：三相异步电动机；正反转；按钮联锁；触点联锁；双重连锁；

目录 摘要 (1) 引言 (2) 1. 三相异步电机的概述 (2) 1.1 三相异步电机的工作原理 (2) 1.2 三相异步电机的结构 (3) 1.3三相异步电机的分类 (4) 2.三相电机的正反转控制 (4) 2.1 方案选择 (5) 2.2 三相电动机的正反转控制线路 (7) 2.3 启动时应注意的问题 (7) 3、实训心得 (8) 4、参考文献 (8) 5、谢辞 (8)

电机与电力拖动基础课程设计知识分享

一、设计题目： 提升机主电路的设计： 图1—提升机电力拖动系统原理图 图2—提升机电力拖动系统速度图 1.加速阶段t1: 以最大加速度加速，速度由0增加到v1，当v=v1时，电机工作在固有特性上。 2.等速阶段t2: 以v1速度匀速运行。 3.调速阶段t3: 以v2速度匀速运行，v2 =0.7v1。 4.减速阶段t4: 以最大减加速度减速，速度由v2减小0。 二、课程设计的目的

将损坏拖动系统的传动机构。 图3他励直流电动机直接启动接线图 2）降低电源电压启动:将励磁绕组接通电源，并将励磁电流调到额定值，然后从低向高调节电枢回路电压的启动方法称为降低电源电压启动； 要限制启动电流，首先考虑的是降低电动机输入电压，在直流电 动机启动瞬问，给电动机加上较低的电压，以后随着电动机转速 的升高，逐步增加直流电压的数值，直到电动机启动完毕，加在 电动机上的电压即是电动机的额定电压 特点：缩短启动时间，启动过程中能量损耗小，启动平稳，便于实现自动化。需要一套可调的直流电源启动设备，增加初投资。 用减压启动的方法启动并励电动机时必须注意：启动时必须加上 额定的励磁电压，使磁通一开始就有额定值，否则电动机的启动 电流虽然比较大，但启动转矩较小，电动机仍无法启动。 图4降低电源电压启动接线图 3）电枢回路串电阻启动：电枢回路中串接启动电阻以限制启动电流的启动方法称为电枢回路串电阻启动。电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回 路串入电阻，以减小启动电流I ,电动机启动后，再逐渐切除电阻， s 以保证足够的启动转矩。

在分级启动过程中，若忽略电枢回路电感，并合理的选择每次切 除的电阻值就能做到每切除一段启动电阻，电枢电流就瞬间增大 到最大启动电流1I 。此后，随着转速上升，电枢电流逐渐下降。 每当电枢电流下降到某以数值2I 时就切除一段电阻，电枢电流就 又突增到最大电流1I 。这样，在启动过程就可以把电枢电流限制 在1I 和2I 之间。2I 称为切换电流。启动电阻分段数目越少，启动 过程中电流变化范围大，转矩脉动大，加速不均匀，而且平均启 动转矩小，启动时间长。 特 点：电枢回路串电阻启动方法所需设备较简单，价格较低，但在启动 过程中在启动电阻上有能量损耗。而降低电源电压启动则所需设 备复杂，价格较贵，但在启动过程中基本上不损耗能量。对于小 直流电动机一般用串电阻启动，容量稍大但不需经常启动的电动 机也可用串电阻启动，而需经常启动的电动机能耗较大，不宜用 于启动的大、中型，可用于小型电机启动 图5电枢回路串电阻启动接线图 选 择：综合分析上述三种启动方法，采用电枢串电阻启动方式。这种方法比较简 单启动，过程中基本上不损耗能量，可以将启动电流限制在容许的范围内。 参数计算： 串接在电枢回路中用以限制启动电流的电阻称为启动电阻，以R s 表示。 为了把启动电流限制在最大允许值s a N R R U I +=1之内，电枢回路中应串入的启 动电阻值为： a N s R I U R -=1 启动后如果仍把s R 串在电枢回路中，则电动机就会在电枢串电阻s R 的认为

电力拖动控制系统课程设计任务书

《电力拖动控制系统》课程设计说明书 课程设计名称： 课程设计题目： 指导教师： 专业班级： 学生姓名： 学号： 起止日期： 总评成绩： 《电力拖动控制系统》课程设计任务书(一)

某金属加工机床主轴运动控制系统，采用Z2—71型直流电动机拖动，参数如下：额定功率P nom = 10 Kw 额定电压U nom = 220 V 额定电流I nom = 55 A 额定转速n nom=1000 r.p.m 飞轮矩GD2 = 1.0 Kg-m2（考虑系统总飞轮矩扩大一倍） 励磁方式采用他励（220V） 根据生产工艺的要求，调速系统的性能指标为： 调速范围 D = 20 静差率S≤5 % 电动机空载起动到额定转速的时间t s≤2秒 负载基本为恒转矩性质，车间交流电源为三相五线制，试设计一个满足要求的机床主轴运动不可逆调速系统。 设计内容： （1）系统方案分析、比较、选择； （2）系统主电路设计及功率元件计算、选择； （3）控制电路设计及系统动、静态参数计算； （4）绘制系统原理图 设计成品： 设计说明书一份，系统原理图一张（A3号图纸） 《电力拖动控制系统》课程设计任务书(二) 某金属加工机床主轴运动控制系统，采用Z2—52型直流电动机拖动，参数如下：

额定电压U nom = 440 V 额定电流I nom = 20 A 额定转速n nom = 1500 r.p.m 电枢电阻Ra=0.3 飞轮矩GD2 = 0.5 Kg-m2（考虑系统总飞轮矩扩大一倍） 励磁方式采用他励（220V） 根据生产工艺的要求，调速系统的性能指标为： 调速范围D = 30 静差率S≤10 % 电动机空载起动到额定转速的时间t s≤2秒 负载基本为恒转矩性质，车间交流电源为三相五线制，试设计一个满足要求的机床主轴运动不可逆调速系统。 设计内容： （1）系统方案分析、比较、选择； （2）系统主电路设计及功率元件计算、选择； （3）控制电路设计及系统动、静态参数计算； （4）绘制系统原理图 设计成品： 设计说明书一份，系统原理图一张（A3号图纸） 《电力拖动控制系统》课程设计任务书(三) 某金属加工机床主轴运动控制系统，采用Z2—42型直流电动机拖动，参数如下：

电力拖动控制系统基础知识(培训教材)

4电力拖动控制系统基础知识 自动控制系统可以从一些不同的角度来进行分类。一般按系统结构特点分类，大致可分为：开环控制系统、闭环控制系统及复合控制系统。其中，闭环控制系统又分为单环控制系统、双环控制系统等；而复合控制系统是既有主反馈，又有前馈的控制系统。所谓前馈控制是一种按照扰动进行控制的开环控制。因此复合控制系统是开环、闭环结合的系统。 4.1开环控制系统与闭环控制系统的概念 4.1.1开环控制系统 （1）开环控制系统概念 开环控制系统是与闭环控制系统相对而言的。如果在系统中控制信息的流动未形成闭合回路，那么该系统就称之为开环控制系统。 （2）开环控制系统种类 常见的开环控制系统有以下两种： 1）按干扰补偿的前馈控制系统 通过前面对控制的分析可知，稳定被控制量实质上就是在干扰信号出现时，操纵控制量使之对被控量的影响与干扰量对被控量的影响互相抵消以保持被控量不变，这样就产生了利用干扰去克服干扰的控制思路。其原理方框图见图4-1-1。 图4-1-1前馈系统控制图 在这种系统中，由于测量的是干扰量，故只能对可测干扰进行补偿。不可测干扰以及对象、各部件内部参数变化给被控量造成的干扰，系统自身无法控制。因此，控制精度受到了原理上的限制。 2）按给定值操作的开环控制系统

所谓按给定值操作的开环控制系统，就是事先计算出希望的给定量，然后向执行器提供该给定量后就不再管它了，那么这种系统就是所谓的按给定值操作的开环系统。见图4-1-2。 开环控制系统由于没有信息的回馈，控制器就无法知晓控制的效果，因此也就没有纠正偏差的能力。因此这种系统只能用在对控制质量要求不高的场合，或者是在闭环控制中起辅助的控制以减轻反馈控制的负担。 图4-1-2按给定值操作的开环系统 综上所述，开环控制系统的特点是： ①不必对被控量进行测量和反馈，因而结构简单。 ②这种系统需要采用高精度元件保证控制精度。 ③对干扰造成的误差，系统不具有修正能力。 ④系统不存在稳定性问题。 （3）开环调速系统及其存在的问题 在实际应用中，晶闸管-电动机系统和可逆直流脉宽调速系统都是开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，可以找到一些用途。但是，在开环系统中，当负载电流增大时，电枢压降也增大，转速只能降下来；许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大小常有波动，但是，为了保证工件的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须基本稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速范围D=20～40，静差率5％。又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速范围D=3～10时，保证静差率0.2％～0.5％。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。在开环系统中，当负载电流增大时，电枢压降也增大，转速只能降下来；闭环系统装有反馈装置，转速稍有降落，反馈电压就会降低，通过比较和放大，提高电力电子装置的输出电压，使系统工作在新的机械特性上，因而转速又有所回升。