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：

u N=48V，Ia=3.7A，Nn=2000r/min，电枢电阻Ra=6.5Ω，电枢回路总电阻R=8Ω，电磁时间常数T L=5ms，电源电压为60V。稳态无静差。

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

目录

摘要 (2)

1直流调速系统可用的可控直流电源 (1)

1.1 晶闸管整流器—电动机系统 (1)

1.2 直流PWM变换器—电动机系统 (1)

2 转速电流反馈控制的直流调速系统 (3)

2.1 转速电流双闭环优点 (3)

2.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成 (3)

2.3 调节器的作用 (5)

2.3.1 转速调节器的作用 (5)

2.3.1 电流调节器的作用 (5)

3 直流PWM可逆调速系统 (6)

3.1 直流PWM传动系统结构图 (6)

3.2 H桥双极式逆变器的工作原理 (6)

3.3 PWM调速系统的静特性 (9)

4 主电路方案和控制系统 (10)

4.1 PWM变换器的选用 (11)

4.2 传感器以及测速发电机的选用 (12)

4.3 驱动电路选用 (12)

4.4 调节器的选择 (12)

4.5 脉宽调制器选用 (13)

5 双闭环调节器的设计 (14)

5.1 电流环的设计 (14)

5.2 转速环的设计 (15)

5.3 转速超调量校验 (17)

6 电路图与仿真结果 (18)

6.1 电路图 (18)

6.2 仿真图 (18)

心得体会 (23)

参考文献 (24)

1直流调速系统可用的可控直流电源

1.1晶闸管整流器——电动机系统

U来移动触发脉冲的相位，改变晶闸管整流器，通过调节触发装置GT的控制电压

c

U，从而实现直流电动机的平滑调速。晶闸管可控整流可控整流器平均输出直流电压

d

10以上，门极电流可以直接用电子控制；响应时间是毫秒级，具器的功率放大倍数在4

有快速的控制作用；运行损耗小，效率高；这些优点使V-M系统后的了优越的性能。

但晶闸管整流器运行中存在一些问题，主要表现在：

1）晶闸管一般是单向导电元件，不允许电流反向，这给电动机实现可逆运行造成

困难；

2）对过电压。过电流等十分敏感，只要一超过允许值都可能在很短的时间内损坏

元件；

3）晶闸管的控制原理决定了只能滞后触发，它对交流电源是一个感性负载，吸取

滞后无功功率，因此功率因素很低，如果它在电网中容量大，将造成“电力公害”；

4）晶闸管整流装置的输出电压时脉动的，而且脉动数总是有限的。

1.2直流PWM变换器——电动机系统

自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方

式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM

调速系统。与V-M系统相比，直流PWM调速系统在很多方面有较大的优越性：

1）PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少；

2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；

3）低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达1：10000左右；

4）如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能

力强；

5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也

不大，因为装置效率高；

6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

由于有上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了该系统。

2 转速电流反馈控制的直流调速系统

2.1转速电流双闭环优点

同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。由于闭环系统的这些优点因此选用闭环系统。

单闭环速度反馈调速系统，采用PI控制器时，可以保证系统稳态速度误差为零。但是如果对系统的动态性能要求较高，如果要求快速起制动，突加负载动态速降小等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照要求来控制动态过程的电流或转矩。另外，单闭环调速系统的动态抗干扰性较差，当电网电压波动时，必须待转速发生变化后，调节作用才能产生，因此动态误差较大。

在要求较高的调速系统中，一般有两个基本要求：一是能够快速启动制动；二是能够快速克服负载、电网等干扰。通过分析发现，如果要求快速起动，必须使直流电动机在起动过程中输出最大的恒定允许电磁转矩，即最大的恒定允许电枢电流，当电枢电流保持最大允许值时，电动机以恒加速度升速至给定转速，然后电枢电流立即降至负载电流值。如果要求快速克服电网的干扰，必须对电枢电流进行调节。

以上两点都涉及电枢电流的控制，所以自然考虑到将电枢电流也作为被控量，组成转速、电流双闭环调速系统。

2.2转速、电流反馈控制直流调速系统的组成

转速反馈控制直流调速系统用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。但转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流(或电磁转矩)的动态过程。

对于经常正、反转的调速系统，如龙门刨床、可逆轧钢机等，缩短起、制动过程的时间是提高生产效率的因素。为此，在启动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值。当到达稳态转矩是平衡，从而迅速转入稳态运行。这类理想的启动（制动）过程示与图2-1，启动电流呈矩形波，转矩按线性增长。这是在最

大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的启动（制动）过程。

(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程

图2 -1调速系统起动过程的电流和转速波形

实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快

I的恒流过程。按照反馈控制规律，采启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm

用某个物理量的负反馈就可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。问题是，应该在启动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达

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。怎样才能做到这

种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？只用一

个调节器显然是不可能的，采用转速和电流两个调节器应该能行，问题是在系统中如何

连接。

为了使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，分别引入

转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流。二者之间实行嵌套（或称串级）连接，如

图2-2所示。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，电流环在里面，称为内环；转速环在外面，称

为外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。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。

图2-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图

2.3 调节器的作用

转速调节器和电流调速器在双闭环直流调速系统中的作用可归纳如下：

2.3.1转速调节器的作用

1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压*

U变化，

n

稳态时可减少转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

2）对负载变化器抗扰作用。

3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

2.3.1 电流调节器的作用

1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随器给定电压*

U的变化。

i

2）对电网电压的波动期及时抗扰的作用。

3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。

4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，器快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。

3 直流PWM 可逆调速系统

3.1 直流PWM 传动系统结构图

直流PWM 控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM 变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理如图1-1所示。其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM 、脉宽调制器UPM 、逻辑延时环节DLD 和电力晶体管基极的驱动器GD 和脉宽调制（PWM ）变换器组成，最关键的部件为脉宽调制器。

图3-1 直流PWM 传动系统结构图

3.2 H 桥双极式逆变器的工作原理

脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。

可逆PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H 形）电路如图3-2所示。这时电动机M 两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 PWM FA

DLD UPW GM

ACR ASR M

TG

GD Un*

+

-Un Ui*+

-Uc Us

Ud TA

图3-2 H形双极式逆变器电路

a.正向电动运行波行

b.反向电动运行波形

图3-3 H形双极式逆变器的驱动电压电流波形

它们的关系是：在一个开关周期内，当晶体管饱和导通而截止，这时在一个周期内正负相间，这是双极式PWM 变换器的特征，其电压、电流波形如图3-3所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时，，则的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时，则反转；如果正负脉冲相等，平均输出电压为零，则电动机停止。

双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为 21on on on d s s t T t t U U U T T T -??=

-=- ??? （3-1） 如果定义占空比on t T

ρ=，电压系数d s U U γ=则在双极式可逆变换器中 21γρ=- （3-2）

调速时，ρ的可调范围为0～1相应的1~1γ=-+。当12

ρ>时，γ为正，电动机正转；当12ρ<时，γ为负，电动机反转；当12

ρ=时，0γ=，电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。

正向运行时见（图3-3a ）：

第1阶段，在0≤t ≤ton 期间，Ub1、Ub4为正，VT1、VT4导通，Ub2、Ub3为负，VT2、VT3截止，电流id 沿回路1流通，电动机M 两端电压UAB=+Us ；

第2阶段，在ton ≤t ≤T 期间，Ub1、Ub4为负，VT1、VT4截止，VD2、VD3续流，并使VT2、VT3保持截止，电流id 沿回路2流通，电动机M 两端电压UAB=-Us;

反向运行时见（图3-3b ）：

第1阶段，在0≤t ≤ton 期间，Ub2、Ub3为负，VT2、VT3截止，VD1、VD4续流，并使VT1、VT4截止，电流-id 沿回路4流通，电动机M 两端电压UAB=+Us;

第2阶段，在ton ≤t ≤T 期间，Ub2、Ub3为正，VT2、VT3导通，Ub1、Ub4为负，使VT1、VT4保持截止，电流-id 沿回路3流通，电动机M 两端电压UAB=-Us 。

双极式控制的桥式可逆PWM 变换器的优点：

1）电流一定连续。

2）可使电动机在四象限运行。

3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。

4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 双极式控制方式的不足之处是：在工作过程中，四个开关管器件可能处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故。为防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间设置逻辑延时。

3.3 PWM 调速系统的静特性

由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下

d s d di U Ri L

E dt =++ (0)on t t ≤< d s d di U Ri L E dt

=++ ()on t t T ≤< 按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是d s U U γ=，平均电流用d I 表示，平均转速/e n E C =，而电枢电感压降d di L dt

的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成则机械特性方程式 0s

d d

e e e

U R R n I n I C C C γ=-=-

4 主电路方案和控制系统

主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT 构成H 型双极式控制可逆PWM 变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM 、逻辑延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM 变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

H 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图4-1所示。PWM 逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容0C 滤波，以获得恒定的直流电压s U 由于电容量较大，突加电源时相当短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻R0（或电抗），合上电源以后，延时用开关将R0短路，以免在运行中造成附加损耗。

滤波电容器往往在PWM 装置的体积和重量中占有不小的份额，因此电容量的选择是PWM 装置设计中的重要问题。但对于PWM 变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。为了限制泵升电压，用镇流电阻Rb 消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VT5。

图4-1：桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的原理图

4.1 PWM变换器的选用

PWM变换器有可逆和不可逆两类。可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种。由于题目要求须事先电动机可逆运行，故本设计选用带续流的绝缘栅双极晶体管IGBT构成H型双极性控制PWM变换器。其中，电源电压Us选用不可控电力二极管25JPF40整流提供，并采用大电容C进行滤波。

功率管开关管应承受2Us的电压，为此选用FGA25N120AN绝缘栅双极晶体管IGBT 并接在功率开关管两端二级管用在IGBT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流。FGA25N的参数：Vce=200V，Ic=15A。选用10CTF30型电力二极管，If=10A，Urm=300V。

采用单相交流220V供电，变压器二次电压为67V，桥式整流二极管最大反向电压大于电源的幅值的2倍，最大整流电流按2倍额定电流考虑。选25JPF40，If=25A，Urm=400V。

整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波，并在负载变化时保持电压平稳。另外，当脉宽调速系统的电动机减速或停车时，贮存在电动机和负载转动部分的动能将由电容器吸收，所以所用的电容较大，这里选用4000uf，电压按大于2倍电压选

择。

4.2 传感器以及测速发电机的选用

由于题目要求需要对电流进行采样，故此这里我们选用霍尔电流传感器HNC-025A，HNC-025A传感器所能测量的额定电流为 5A、6A、8A、 12A、25A，当原边导线经过电流传感器时，原边电流 IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS* NS=

IP*NP。在外环中，我们需要有速度的反馈，这里我们选用永磁式ZYS231/110型作为测速机，实验数据：Ptn=23.1W，Utn=110V，Itn=0.21A，Ntn=1900r/min。

4.3 驱动电路选用

驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM信号放大至足以保证IGBT可靠导通或关断的程度。同时具有实现主电路与控制电路相隔离、故障后自动保护及延时等功能。这里我们选用上海马克电气公司的AST96X 系列的MAST5-2C-U12型IGBT驱动板，AST96X 为单路光电耦合隔离带短路、欠压和过压保护功能的IGBT驱动模块；MAST 系列为 1 － 7 路、带隔离电源的IGBT驱动板，易于使用，对供电电源要求低，适用 600V － 1700V 的各种不同类型IGBT驱动；两者均提供电流源或电压源－电阻两种驱动方式，具有单电源供电、输入电压范围宽、内置正负电压发生器以及电压滤波器、内置短路保护电路、内置驱动欠压和过压保护电路、内置VCE检测的快恢复高压二极管、内置光电耦合器以传输驱动保护／故障信号、内置栅极过压箝位元件等特点。MAST5-2C-U12是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该产品为大规模集成基极驱动电路，可对IGBT实现较理想的基极电流优化驱动和自身保护。

4.4 调节器的选择

根据题目要求我们尝试用P调节器进行动态校正，但是存在静差，PI调节器可以进一步提高稳态性能，达到消除稳态速差的地步。在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈

得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器，并且这里我们采用PI 调节器。

4.5 脉宽调制器选用

脉宽调制器用于产生控制PWM 变换器的功率器件通断的PWM 信号。常用种类有：模拟式、数字式和专用集成电路。这里选用美国德克萨斯仪器公司TL 494专用集成电路作为双端输出型脉宽调制器，其载波为锯齿波信号，振荡频率()T T C R f 1.1=，其中和取值范围：Ω=k R T 100~5，F C T μ1.0~001.0=。

双闭环调节器的设计

5.1 电流环的设计

（1）确定常数时间常数

1）整流装置滞后时间常数常数s T s 0004.0=

2）电流滤波时间常数s T oi 0005.0=

3）电流环小时间常数之和s T T T oi s i 0009.0=+=∑

（2）选着电流调节器结构

1）根据设计要求%5≤i σ，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 s

s K W i i i s ACR ττ)1()(+= (5-1) 检查对电源电压的抗扰性能：56.50009

.0005.0≈≈∑i l T T ，满足典型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：s T l i 005.0==τ。

电流环开环增益：要求%5≤i σ时，应取5.0=∑i I T K ，因此 16.555009

.05.05.0-∑===s T K i I (5-2) 于是，ACR 的比例系数为 48.333

.18.48005.06.555=???==

βτS i I i K R K K (5-3) （4）校验近似条件

电流环截止频率：16.555-==s K I ci ω

1)校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件

ci s s T ω>≈?=-13.8330004.03131 满足近似条件 2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件

ci l m s T T ω<≈?=-19.94005

.02.01313 满足近似条件 3）校验电流环小时间常数近似处理条件

ci oi s s T T ω>≈?=-14.7450095

.00004.00131131满足近似条件 （5）计算调节器电阻和电容

按所用运算放大器取Ω=k R 400，则各电阻和电容值计算如

Ω=Ω?==k k R K R i i 2.1394048.30 取 Ω=k R i 140

F F R C i i

i μμτ0357.01010

140005.063=??== 取 F C i μ04.0= F F R T C oi oi μμ05.01010

400005.044630=???== 取 F C oi μ05.0= （6）按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为%5%3.4%<=i σ，故满足设计要求。

5.2转速环的设计

（1）确定时间常数

1）电流环等效时间常数为I

K 1 s T K i I

0018.00009.0221=?=∑=。 2）转速滤波时间常数s T on 005.0=。

3）转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理，取

s T T T on i n 0068.0005.00018.02=+=+=∑∑。

（2）选择转速调节器结构

按设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为 s

s K W n n n s ASR ττ)1()(+=

(5-4) （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5=h ，则ASR 的超前时间常数为

s s hT n n 034.00068.05=?==∑τ

由转速环开环增益 2222225950068.0252621--∑=??=+=s s T h h K n

N (5-5) 于是，可求得ASR 的比例系数为

()56.100068

.0805.0522.018.033.1621≈???????=+=∑n m

e n RT h T C h K αβ (5-6) （4）校验近似条件

由转速环截止频率为 11123.88034.02595--=?===s s K K n N N

cn τωω (5-7)

1)电流环传递函数简化条件

cn i I s T K ω>≈=-∑19.2610009

.06.5553131 满足简化条件 2)转速环小时间常数近似处理条件

cn on I s T K ω>≈=-112.111005

.06.5553131 满足近似条件 （5）计算调节器电阻和电容

取Ω=k R 400，则

Ω=Ω?==k k R K R n n 4.4224056.100 取 Ω=k R n 420 F F R C n n

n μμτ081.01010

420034.063=??== 取 F C n μ08.0= F F R T C on on μμ5.01010

40005.044630=???== 取 F C on μ5.0= （6）校核转速超调量

当5=h 时，查表可知，%6.37=n σ，不能满足设计要求。实际上在校验中是按照线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统烦人前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。

5.3转速超调量校验

(1)超调量的计算

()m

n N N b n T T n n z C C ∑??-??=λσ2%max 当5=h 时，%2.81max =?b

C C ，而min 4.164min 18.087.3r r C R I n e N N =?==?,因此 %10%2.92.00068.02004.1647.35.72%2.81%<=????=n σ

可见转速超调量满足要求。

（2）校验过渡过程时间

空载起动到额定转速的过渡过程时间

s s I R n T C t t t t N N m e s 2.17

.303.2820002.018.022=????==

≈+=λν 可见能满足设计要求。

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。

电力电子课设(参考版)

一总体方案设计级总体框图 1、1总体方案设计 根据任务湖中的，本次设计的是dcdc降压变换器。DC-DC变换 器有两类：一类由两级电路组成DC-AC-DC变换，第一级为逆变，实现DC-AC变换，第二级为整流，实现AC-DC变换。另一类变 换器由晶体管和二极管开关组合成PWM开关，将输入直流电 压斩波后，再经滤波后输出。由于第一类比较复杂，方针起来 比较麻烦。第二类简单方便，比较贴合课本中的知识。第二类 dcdc降压电路有以下几种： BUCK PWM变换器在CCM下的工作原理（如图2-2）：一个开 关周期内，开关晶体管的开，关过程将直流输入电压斩波，形 成脉宽为onT的方波脉冲（onT为开关管导通时间）。当开关晶 体管导通时，二极管关断，输入端直流电流电源Vi将功率传送 到负载，并使用电感储能（电感电流上升）：当开关晶体管关断 时，二极管导通，续流，电感储能向负载释放（电感电流下降）。 一个开关周期内，电感电流的平均值等于负载电流OI（忽略滤 波电容C的ESR）。根据原理和电路拓扑可以推导出工作在CCM 下的DC-DC PWM变换器的输出-输入电压变换比: DVi Vo （2-1）

占空比D总是小于1的，所以BUCK变换器是一种降压变换器。 升降压型BUCK-BOOST技术 图2-4 升降压反极性（BUCK-BOOST）变换器电路拓扑 如图2-4所示，极性反转型（BUCK-BOOST）变换器主电路如用 元器件与BUCK，BOOST变换器相同，由开关管，储能电感，整 流二极管及滤波电容等元器件组成。这种电路具有BUCK变换 器降压和BOOST变换器升压的双重作用。升压还是降压取决与 PWM驱动脉冲的占空比D。虽然输入与输出共用一个连接端，但输出电压的极性与输入电压是相反的，故称为降压反极性变 换器。，根据我们的设计要求，是要求把12-18V的直流电压转 换到5V的直流电压，那么分析后可得降压型BUCK转换技术最 适合这次设计。 1、2总体框图设计

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

电力电子技术课程设计范例

电力电子技术课程设计 题目：直流降压斩波电路的设计 专业：电气自动化 班级：14电气 姓名：周方舟 学号： 指导教师：喻丽丽

目录 一设计要求与方案 (4) 二设计原理分析 (4) 2.1总体结构分分析 (4) 2.2直流电源设计 (5) 2．3主电路工作原理 (6) 2.4触发电路设计 (10) 2.5过压过流保护原理与设计 (15) 三仿真分析与调试 (17) 3.1M a t l a b仿真图 (17) 3.2仿真结果 (18) 3.3仿真实验结论 (24) 元器件列表 (24) 设计心得 (25) 参考文献 (25) 致 (26) 一．设计要求与方案 供电方案有两种选择。一，线性直流电源。线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电源进行稳压。线性电源体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压。二，升压斩波电路。由脉宽调制芯片TL494为控制器构成BOOST原理的，实现升压型DC-DC变换器，输出电压的可调整与稳压控制的开关源是借助晶体管的开/关实现的。因此选择方案二。 设计要求：设计要求是输出电压Uo=220V可调的DC/DC变换器，这里为升压斩波电路。由于这些电路中都需要直流电源，所以这部分由以前所学模拟电路知识可以由整流器解决。MOSFET的通断用PWM控制，用PWM方式来控制MOSFET的通断需要使用脉宽调制器TL494来产生

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。

江苏大学电力电子课程设计

电力电子课程设计 学院：电气信息工程学院 专业： 学号： 姓名：

一． 设计要求 (1)根据给定的参数范围,设计BOOST 电路的参数； (2)根据给定的参数范围,设计CUK 电路的参数； (3)利用MATLAB 对上述电路图仿真实验得出波形； (4)在实验室平台上试验,观测数据与波形,并与仿真图形进行比对； (5)撰写实验报告； 二． 电路设计 1.电路工作原理 （1）Boost 电路 Boost 电路原理图 基本原理 假设L ，C 值很大。当可控开关V 处于通态的时候，电源E 向电感L 充电，充电的电流基本恒定不变I 1，同时电容C 向负载R 放电。因为C 很大，基本保持输出电压U 0不变。当可控开关处于断态的时候，E 和电感L 上积蓄的能量共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。当电路工作处于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的 能量与释放的能量相等，即： 化简得： ()off o on t I E U t EI 11-=E t T E t t t U off off off on o =+=

基本数值计算： 输出电压U 0与输入电压E 关系： 01 1 1U E E βα==- 输出电流I0与输入电流I1的关系： 01021U I I E E β== 输出电流I0与输出电压U0的关系： 001U E I R R β== （2）Cuk 电路 Cuk 电路原理图 基本原理 当可控开关V 处于通态的时候，E-L1-V 回路和R-L2-C-V 回路分别流过电流。当V 处于断态的时候，E-L1-C-VD 回路和R-L1-VD 回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。

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

电力电子课程设计模板

电气工程学院 电力电子课程设计 设计题目:MOSFET降压斩波电路设计专业班级：电气0907 学号：09291210 姓名：李岳 同组人：刘遥（09291212 ） 指导教师： 设计时间：2012年6月25日-29日 设计地点：电气学院实验中心

电力电子课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日

电力电子课程设计任务书 学生姓名：李岳，刘遥专业班级电气0907 指导教师： 一、课程设计题目： MOSFET降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件：1、输入直流电压：U d=100V 2、输出功率：300W 3、开关频率5KHz 4、占空比10%~90% 5、输出电压脉率：小于10% 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排

2．执行要求 电力电子课程设计共6个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同，甚至完全一样。 四、课程设计参考资料 [1]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）.北京：机械工业出版社，2001 [2]王文郁.电力电子技术应用电路.北京：机械工业出版社，2001 [3]李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南.北京：机械工业出版社，2001 [4] 石玉、栗书贤、王文郁.电力电子技术题例与电路设计指导. 北京：机械工业出版社，1999 [5] 赵同贺等.新型开关电源典型电路设计与应用.北京：机械工业出版社，2010 摘要 关键词：整流、无源逆变、晶闸管

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。

电力电子专业技术课程设计任务大全

电力电子技术课程设计任务大全

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《电力电子技术》课程设计任务书（一） 小功率晶闸管整流电路设计 一、设计的技术数据及要求 1、电路输出的直流电压和电流应满足负载要求； 2、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力； 3、触发电路满足要求； 4、电网供电电压：三相380V，电动机负载，工作于电动状态。 直流电机参数： 型号额定功率 （KW） 额定电压 （V） 额定电流 （A） 额定转速 （r/min） 电枢回路电感 （mH） Z3-52 7.5 220 40.8 1500 4.42 二、设计内容及要求 1、方案论证及选择； 2、主电路设计（包括整流变压器电压及容量计算，晶闸管元件选择，电 抗器容量等计算）； 3、控制电路设计（触发电路的选择与设计）； 4、保护电路设计（包括过流和过压保护等）； 5、总结及心得体会； 6、参考文献设计； 7、完成电路原理图1份。 《电力电子技术》课程设计任务书（二） 小功率晶闸管整流电路设计 一、设计的技术数据及要求 1、电路输出的直流电压和电流应满足负载要求； 2、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力； 3、触发电路满足要求。 4、电网供电电压：单相220V，电动机负载，工作于电动状态。 直流电机参数： 型号额定功率 （KW） 额定电压 （V） 额定电流 （A） 额定转速 （r/min） 电枢回路电感 （mH） Z3-52 3 220 17.4 750 17.69

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)