电气控制Z2-91

课程设计任务书

2009～2010学年第一学期

学生姓名： 专业班级：

指导教师：胡学芝，王赛玉 工作部门：电气学院自动控制教研室

一、课程设计题目：直流调速系统设计及交流调速系建模与仿真 二、课程设计内容（含技术指标）

1．设计目的及要求

《电气传动课程设计》是继“电气传动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。由于“控制系统”课程本身是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。为了培养学生的实践能力，而设置电气传动控制系统的课程设计。它将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。

通过该环节训练，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方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。

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，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。

3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综合分析和解决实际工程问题的能力。通过课程设计，使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。并提高正确查阅和使用技术资料、标准手册等工具书的能力，提高独立分析问题、解决问题及独立工作的能力。通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。培养学生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。

2．课程设计基本要求

本课程设计应根据设计任务书以设计技术规程及规定进行。

1、根据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、要求掌握直流调速系统的设计内容、方法、步骤和交流调速系统建模与仿真。 3、学会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。 4、学会绘制有关电气系统原理图和编制元器件明细表。 5、学会编写设计说明书。

6、通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。

3．通过课程设计，学生应掌握控制系统工作原理、总体方案确定原则、主电路设计及元器件选型、控制回路设计及元器件选择、辅助回路设计等。并能熟练应用相应软件绘制原理图及PCB板图，并能在应用控制系统仿真软件对所设计系统进行仿真实验。最后在条件允许

的情况下能对小型系统进行动手做出实体并调试，特别是应通过调试使学生掌握工程系统调试过程及方法，积累工程实践经验。

1.学生分组、布置题目。按学号分组，然下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。 2.熟悉题目并选题，收集资料。设计开始，每个学生根据所选的题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集资料，包括参考书、手册和图表等，为设计做好准备 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。按选定的方案，确定系统的主电路形式，画出主电路及相关保护，操作电路原理草图，完成主电路的元件计算和选择任务。

5.控制电路技术。按规定的技术要求，确定系统闭环结构和调节形式，画出系统控制电路原理草图，选定检测元件和反馈系数，计算调节器参数并选定相关的元件。 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，整理编制课程设计任务书。 3．直流调速系统设计题目和设计要求： (一)直流调速系统的设计选题

(1)电机数如下表： 机架序号 电动机 型号 Pn（KW） Un（V） In（A） nn（r/min） Ra（Ω） GDa（Nm） Ｐ极对数 22２ Z2-91 48 230 209 1450 0.3 58.02 1 (2)技术数据

2１．电枢回路总电阻取Ｒ＝２Ｒa；总飞轮力矩：GD2?2.5GDa。

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Ｄ＝10，静差率Ｓ?５％：稳态无静差，电流超调量?i%?5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量?n?10%。

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．要求给拖动系统设置给定积分器。 (3)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） 电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流器

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”中有关主电路技术的章节）

（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。a)交流侧过电压的保护；b)阻容保护、压敏电阻保

护计算；c)直流侧过电压保护；d)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；

e)过电流保护。f)交流侧快速熔断器的选择,与元件全连的快速熔断器的选择,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

触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。 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、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态参数计算、调速系统的稳态参数计算。

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，可参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。

6. 对系统进行仿真校验并上交设设说明书。

４．交流调速系统建模及仿真 交-交变频调速系统的建模与仿真：

建立交-交变频调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。

三、进度安排

1、时间安排 2009年11月23日～2009年12月4日(共2周) 星期一 时间 上午 下午 12节 查指安资导。 排 料 星期二 星期三 星期四 星期五 星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 上下上下上下上下上下上下上下上下上下午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 午 指自指自指自指自导 行 导 行 导 行 导 行设设设设计 计 计 计 自指自指自指编行 导 行 导 行 导 写 设 设 设 报计 计 计 告 编答答写辩 辩 报告 地设计指导地点：K2一电力电子实验室，机房（自备计算机地点） 点 查阅资料、自行设计地点：K2一电力电子实验室、图书馆、上网地点或其它 答若在周五没有全部完成资料整理，则答辩时间可另行安排。 辩 2、执行要求

（1）直流调速设计的十三题中选做一题，在交流调速仿真四题中选一题。 （2）要求独立完成，并在答辩过程中检测。

（3）为了避免雷同，在设计中所采用的方案不能一样。

四、基本要求

本课程设计的任务包括两部分内容：直流调速系统的设计并校验和交流调速建模与仿真。

(一)直流调速系统设计部分提交:

1．题目及技术要求 2．系统方案和总体结构。 3．系统工作原理介绍。

4．具体设计说明：包括主电路和控制电路。 5．元件明细表。

6．系统原理图：绘制原理图纸一张。 7.指标校验与仿真实现。 8.仿真模型和仿真结果. 9.画PCB板图(选做)。 (二)交流部分提交

对给定的调系统进行建模与仿真,并提交仿真结果。 五、成绩评定

评定项目 设计过程 设计报告 答 辩 六、参考资料

1、陈伯时.电力拖动自动控制系统，第３版.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.北京：机械工业出版社，1998 3、王兆安.电力电子技术. 第4版．北京：机械工业出版社，200０ 4、王离九等. 电力拖动自动控制系统. 武汉：华中科技大学出版社，1991 5、胡寿松.自动控制原理：第4版.北京：国防工业出版社

6、洪乃刚等。 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真。机械工业出版社，2007。 7、李华德主编。交流调速控制系统。电子工业出版社，2003 8、胡崇岳等。现代交流调速系统。机械工业出版社，2001

9、黄忠霖等。控制系统MATLAB设计及仿真。机械工业出版社，2001 10、电工手册

指导教师：胡学芝 ，王赛玉

2009年10月

教研室主任签名：胡学芝

基本内涵 考勤、自行设计、按进度完成任务等情况 完成设计任务、报告规范性等情况 回答问题情况 分值 20分 50分 30分 90～100分：优；80～89分：良；70～79分：中；60～69分，及格；60分以下：不及格 2009年10月 10日