基于Z2_61型直流电动机金属 加工机床主轴运动控制系统设计.doc

PAGE 2 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1课程设计目的、要求和内容 2 1.1 课程设计目的 2 1.2课程设计要求 2 1.3课程设计内容 2 2调速系统方案分析、比较和选择 4 2.1电动机供电方案的选择 4 2.2调速系统方案的选择 4 2.3总体结构设计 4 3主电路方案分析、比较和选择 6 3.1整流变压器计算 6 3.2晶闸管参数计算 8 3.3晶闸管保护 8 3.4电抗器的计算 10 4控制电路设计 11 4.1触发电路的选择 11 4.2稳压电源的选择 12 4.3保护环节 13 5调节器的设计 15 5.1电流调节器的设计 15 5.2转速调节器的设计 16 课程设计体会 18 参考文献 19 附录 20 引言 电动机作为一种有利工具，在日常生活中得到了广泛的应用。而直流电动机具有很好的启动，制动性能，所以在一些可控电力拖动场所大部分都采用直流电动机。 而在直流电动机中，带电压截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。他通常采用三相全桥整流电路对电机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，比如：晶闸管、各种线性运算电路的等。虽在一定程度上满足了生产要求，但是元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂，通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特征也随着变化，所以系统的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。直流调速系统是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电路、双闭环调速系统电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路。通常指人为的或自动的改变电动机的转速，以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机的机械特性和工作特性的机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。 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、触发器和电流自适应调节器等。 1课程设计目的、要求和内容 1.1 课程设计目的 通过课程设计，一方面使我们对本课程所学内容加深理解，另一方面熟悉工程设计的过程、规范和方法，能正确查阅技术资料、技术手册和标准，培养我们的工程设计能力。电机拖动是一门专业基础性质很强且与生产应用实际紧密联系的课程，学习本课程，培养我们对物理概念与基本分析方法的学习能力，做到理论结合实际，尽量做到器件、电路、应用三者结合。在学习方法上也形成了对电路的相位与波形的分析习惯，抓住电力电子器件在电路中道通与截止的变化过程，从波形分析中进一步理解电路的工作状况，培养了读图与分析能力，掌握器件计算、测量、调整及电路分析等方面的实践能力。通过课程设计使学生进一步掌握电气传动控制系统的基本结构和工作原理。控制系统的运行性能分析方法提高综合能力，同时通过设计促使理论和实践相结合，使认识不断提高深化。从而提升学生的实践能力。 1.2课程设计要求 额定功率Pnom=10Kw，额定电压Unom=220V，额定电流Inom=53.8A，额定转速Nnom = 1500r.p.m，飞轮矩GD2= 0.56 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 ts≤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。 1.3课程设计内容 (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。 (3)动态设计计算:根据技术要求,用 Armin准则设计转速环,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VM双闭环直流不可逆调速系统线路图(主电路、触发电路、控制电路)。 (5)对所设计出的双闭环直流电动机调速系统仿真实验,并给出仿真结果。 (6)整理设计数据资料,课程设计总结,对本课程设计提出新设想和新建。 2调速系统方案分析、比较和选择 2.1电动机供电方案的选择 变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、