直流电机调速控制系统设计课程设计论文.doc

指导教师评定成绩： 审定成绩： 课程设计报告 设计题目：直流电机调速控制系统设计 学 校： 重庆邮电大学移通学院 学 生 姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 目录 直流电动机的综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 （二）他励直流电动机 （三）直流电动机调速系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．14 （四）结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 直流电机调速控制系统课程设计 直流电动机的综述 直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。直流电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。在工业领域直流电动机仍占有一席之地。因此有必要了解直流电动的运行特性。在四种直流电动机直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。，电枢电流为I，电枢回路总电阻为R，电机常数为K，励磁磁通量是φ。 直流电机的转速计算公式： n=（U-IR）/Kφ 其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说，电机常数为 K=pN/60a （2） 意味着电机确定后，该值是不变的。而在（U-IR）中，由于R仅为绕组电阻，导致IR非常小，所以（U-IR）约等于U。由此可见我们改变电枢电压时，转速n即可随之改变，同时可以看出，转速和U、I有关，并且可控量只有这两个，因此我们可以通过调节这两个量来改变转速。 公式（1）中的I可以通过改变电压进行改变，而我们常提到的PWM控制也就是用来调节电压波形的常用方法，这里我们也用PWM控制来进行点击转速调节。通过单片机输出一定频率的方波，方波的占空比大小决定电压的大小，也决定了电机的转速大小。 直流电机原理图如下所示： 本次设计所采用的电机为Z2-11： Z2系列电动机技术参数（220伏，1500转/分） 额定功率(千瓦) 额定电压（伏） 额定转速（转/分） 额定电流（安培） 最高转速（转/分） 飞轮矩（公斤-米2） 重量（公斤） 1 Z2-11 0.4 220 1500 2.64 3000 0.012 30 他励直流电动机 他励直流电动机的固有机械特性是指当电动机电源电压、磁通为额定值，且电枢回路不串联电阻时的机械特性，其表达式为 因为机械特性为一条向下倾斜的直线，故斜率较 小，所以他励直流电动机的固有机械特性是硬特性，他励直流电动机固有机械特性如下图所示： 2.2直流电动机启动条件、启动方法 2.2.1 直流电动机的启动条件 电动机拖动负载启动的一般条件是： I≤（2~2.5）I,因为换向最大允许电流为（2~2.5）I，式中I为启动电流。 T≥（1.1~1.2）T,这样系统才能顺利启动。 2.2.2直流电动机的启动方法 1. 电枢回路串电阻启动 如图所示为电枢回路串电阻启动的原理图。启动时，触点KM1、KM2、KM3断开，分级电阻全部串入电枢回路，在启动的过程中，依次闭合触点KM1、KM2、KM3。启动结束时，触点KM1、KM2、KM3全部闭合，电动机稳定运行 电枢回路串电阻启动的机械特性如图2-2-2所示。电枢回路串电阻启动的优点是操作简单、可靠，缺点是启动时电阻消耗的电能较大、效率较低。 2. 降压启动 所谓降压启动，是指启动前降低电动机电枢绕组两端的电压，以减小启动电流的启动方法。当直流电源电压可调时，可以采用此方法，降压启动机械特性如图2-2-3所示。 降电压启动，有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢电流一直较小，可以逐渐升高电压U，直至最后升到U，特性如上图所示。E点为稳定运行点。实际上，电源电压可以连续升高，启动更快，更稳。