电类相关专业适用
沈阳理工大学应用技术学院
二○○八年三月
《电机拖动控制系统课程设计》指导书
一、 课程设计目的:
《电机拖动控制系统》课程是自动化专业的主要专业与特色课程之一，在学完本课程之后，通过课程设计使学生巩固本课程所学的控制系统基本原理，培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决工程技术问题的能力，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。提高学生的综合计算及撰写科研报告的初步训练能力；理论联系实际和分析、解决问题的能力。
二、课程设计内容：
熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，主电路，控制电路的设计及参数计算。
（一）系统各环节选型
1、主回路方案确定。
2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。
（二）主要电气设备的计算和选择
1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。
2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。
3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。
4、平波电抗器选择计算。
（三）系统参数计算(调节器和动态性能指标计算)
（四）画出闭环调速系统电气原理图。
三、课程设计基本要求：
课程设计主要培养学生分析问题、解决问题的综合能力，通过课程设计，使学生对书本知识进一步深化为实践知识，以便今后在工作岗位能够担当起工业自动化控制系统的设计。
1. 明确课程设计题目的要求：
1）使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。
2）熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。
3）熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。
4）掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。
5）掌握电气系统线路图绘制方法。
6）掌握撰写课程设计报告的方法。
2. 实验设备的保证：
实验室要保证提供拖动系统实验设备供学生使用，具体的使用时间，应统一安排。对所采用的电路提前两周做好测验等准备工作。提前一周做好材料准备。
3．设计报告要求打印。
四、课程设计进度安排（参考）：
要求学生集中时间、争取在3周的时间内完成。三周进度按排如下
序号
项 目
时 间
1
查阅资料，理解系统
1天
2
单闭环直流调速系统主电路设计，参数计算
2天
3
控制电路设计，调试
2天
4
双闭环闭环直流调速系统主电路设计，参数计算
2天
5
双闭环闭环直流调速系统控制电路设计
3天
6
撰写实训报告
2天
7
答辩，验收
3天
五、考核办法与评定：
课程设计采取优、良、中、及格、不及格制，成绩包含三个部分：完成设计任务60％，报告质量及答辩情况30％，出勤10％。
缺席1次成绩不及格。迟到2次等同于1次缺席。
必须独立完成课程设计任务，不得抄袭或找人带做，否则成绩以不及格记，并视情节轻重给予相应纪律处分。
六、课设的组织
按设备情况、学生数分组。推荐3人一组。
七、课程设计说明书的编写规范
说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。
1、说明书（论文）基本格式
说明书（论文）A4纸打印。打印稿的版式设置参见系内模版。
2、说明书（论文）结构及要求
（1）封面
由系统一模式。
（2）任务书
（3）摘要（仅适合于论文）
摘要要求对论文内容进行简短的陈述，一般不超过300字。“摘要”字样（三号黑体），字间空一个字符，“摘要”二字下空一行打印摘要正文（小四号宋体）。
（4）关键词应为反映论文主题内容的通用技术词汇，一般为3—5个，一定要在摘要中出现。摘要正文后下空一行打印“关键词”三字（小四号黑体），其后为关键词（小四号宋体）
（5）目录
要求层次清晰，给出标题及页次。其最后一项是“参考文献”。
（6）正文
正文应按照目录所定的顺序依次撰写，要求计算准确，论述清楚、简练、通顺，插图清晰，书写整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。正文字体为小四号宋体。
正文层次的编排和代号要求统一。
一级标题：1 第一层次(章)题序和标题，用三号宋体字。题序和标题之间空两个字符，不加标点，下同。段前、段后均为1行。
二级标题：1.1第二层次(节)题序和标题， 用四号宋体字。段前、段后均为12磅。
三级标题：1.1.1第三层次(条)题序和标题， 用小四号宋体字。段前、段后均为6磅。
层次用到哪一层次视需要而定。
八、课程设计说明书写作参考
（一）摘要举例
摘 要
MCS-51单片机为控制核心，进行了软硬件的设计。硬件电路主要设计了LED显示、步进电机按键控制和步进电机接口三部分。软件设计在伟福开发平台上用汇编语言编写，程序采用模块化设计方法，主要编写了速度显示、步进电机正反转、步进电机加速和按键接口程序四部分。经过软件和硬件的综合调试，最终实现了步进电机的正反转、四级调速和速度在LED上的显示。
本文主要由方案设计、硬件电路设计、软件设计和系统调试四部分组成。全文以步进电机转速调节器的设计过程为主线展开叙述，介绍了从步进电机转速调节器的方案论证到电路图的设计，从调速系统的要求到软件功能编写的设计过程。
关键词:步进电机；单片机；速度控制；显示
（二）写作提纲参考
1 单闭环直流调速系统主电路的设计1.1 整流变压器参数的计算1.2 整流器件晶闸管的参数计算及选择1.3 阻容保护电路参数的计算及选择2 单闭环直流调速系统控制电路的设计2.1 调速系统控制电路的检测环节2.2 LM331芯片简介及工作原理2.3 运算放大环节2.4 光电编码器2.5 单闭环调速系统控制电路图3 双闭环直流调速系统主电路的设计3.1 主电路元件的选择及参数的计算3.2 保护环节的选择与计算3.3 双闭环直流调速系统主电路图4 双闭环直流调速系统控制电路的设计4.1 调节器的选择及设计4.2 转速、电流环的设计总 结参考文献（不少于6个）
附录1：硬件原理图
附：沈阳理工大学应用技术学院信息工程系《课程设计说明书》模版
课程设计说明书
课程名称：
专业： 班级：
姓名： 学号：
指导教师： 成绩：
完成日期： 年 月 日
任 务 书
题目：直流调速系统的设计
设计内容及要求：
单闭环直流调速系统和双闭环直流调速系统的设计
（一）主回路方案确定
主要电气设备的计算和选择：
1、整流变压器的计算
2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算。
3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。
（二）控制回路选择
反馈元件的选择，调节器的设计
（三）画出闭环调速系统电气原理图
（四）撰写设计说明书（报告）
设计环境：
主要由主电路和控制电路组成，主电路由开关，交流接触器，晶闸管整流装置，保护器件，直流电动机和测速装置组成，控制电路主要由运算放大器构成的控制器组成。
实现目标：
1、使学生进一步熟悉和掌握闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。
2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。
3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其计算。
4、掌握电流、速度调节器的典型设计方法。
5、掌握电气系统线路图绘制方法。
6、掌握撰写课程设计报告的方法。
摘 要
关键词：
目 录
（以下为正文）
学生姓名
学生班级
学生学号
课设题目
指导教师评语：
课程设计工作安排
本次课设主要进行两大部分的工作。
第一部分主要是单闭环直流调速系统的设计
一、主电路的设计需要准备的资料：
1）单相整流模块：MZKD-ZL-50
了解其功能，技术参数，电路内部结构，外部接法，控制线管脚接法，安装说明
2）电机参数：直流电机，额定电压24V,额定电流6A,励磁电压24V,最大允许电流50A.
了解电机不同的接线形式，重点掌握电机他激（并激）方式的接线
3）电机转速测量的检测器：光电编码器（E6B2-C）
了解输出方式，接线。
设计主电路，绘制主电路原理图，结合主电路做以下几个方面的工作：
1）变压器的选择与计算
2）晶闸管元件的计算和选择
3）主电路保护环节的选择和计算
二、控制电路的设计需要准备的资料：
控制电路采用以运算放大器为核心实现比例积分控制。
运算放大器：LM324
压频转换器: LM331
了解和掌握以上芯片管脚的接法和控制电路的设计，绘制控制电路原理图
第二部分主要是双闭环直流调速系统的设计
一、主电路的设计需要准备的资料：
1）三相整流电路
2）电机参数参照指导书
了解电机不同的接线形式，重点掌握电机他激（并激）方式的接线
3）电机转速测量采用测速发电机
了解其接线形式。
设计主电路，绘制主电路原理图，结合主电路做以下几个方面的工作：
1）变压器的选择与计算
2）晶闸管元件的计算和选择
3）主电路保护环节的选择和计算
二、控制电路采用带转速调节器和电流调节器的双闭环控制，其结构图如下
掌握电流、速度调节器的典型设计方法。
第五章 课程设计原始数据
单闭环调速系统设计参数：
1、直流电机，额定电压24V，额定电流6A，励磁电压24V，最大允许电流50A。
2、直流电机，额定电压40V，额定电流10A，励磁电压40V，最大允许电流80A。
3、直流电机，额定电压12V，额定电流4A，励磁电压12V，最大允许电流30A。
4、直流电机，额定电压20V，额定电流7A，励磁电压20V，最大允许电流40A。
5、直流电机，额定电压30V，额定电流8A，励磁电压30V，最大允许电流60A。
6、直流电机，额定电压50V，额定电流12A，励磁电压50V，最大允许电流12A。
7、直流电机，额定电压25V，额定电流7A，励磁电压25V，最大允许电流55A。
8、直流电机，额定电压35V，额定电流8A，励磁电压30V，最大允许电流60A。
9、直流电机，额定电压45V，额定电流12A，励磁电压45V，最大允许电流90A。
10、直流电机，额定电压42V，额定电流10A，励磁电压42V，最大允许电流80A。
11、直流电机，额定电压18V，额定电流5A，励磁电压18V，最大允许电流40A。
12、直流电机，额定电压32V，额定电流8A，励磁电压32V，最大允许电流60A。
13、直流电机，额定电压38V，额定电流10A，励磁电压38V，最大允许电流80A。
14、直流电机，额定电压15V，额定电流6A，励磁电压15V，最大允许电流40A。
15、直流电机，额定电压12V，额定电流3A，励磁电压12V，最大允许电流30A。
16、直流电机，额定电压28V，额定电流8A，励磁电压28V，最大允许电流60A。
准备的资料：
1）主电路器件的选择与分析
2）光电编码器型号选择及主要技术参数
3）晶闸管整流模块型号（单相整流模块）及主要技术参数
4）变压器的选择与计算
5）晶闸管元件的计算和选择
6）主电路保护环节的选择和计算
7）控制电路器件的选择与分析：运算放大器LM324，电压-频率变换器LM331
双闭环调速系统参数：
1组：
直流他励电动机：功率Pe＝1.1KW，额定电流Ie=6.7A，额定电压Ue=220V磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=2.34Ω,主电路总电阻R＝7Ω，L∑＝246.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=58.4，机电时间常数Tm=116.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00235s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
2组：
直流他励电动机：功率Pe＝22KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=116A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.112Ω,主电路总电阻R＝0.32Ω，L∑＝37.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.138 Vmin／r，Ks=22，电磁时间常数TL=0.116ms，机电时间常数Tm=0.157ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00235s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
3组：
直流他励电动机：功率Pe＝145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms，机电时间常数Tm=0.0926ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s，过载倍数λ＝1.2，电流给定最大值 ，速度给定最大值
4组：
直流他励电动机：功率Pe＝1.45KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=6.5A,磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=3.7Ω,主电路总电阻R＝7.4Ω，Ks=27，电磁时间常数TL=0.033ms，机电时间常数Tm=0.26ms，滤波时间常数Toi=0.0031s，Ton=0.01s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值 ，β＝0.77V/A，α＝0.007 Vmin／
5组：
直流他励电动机：功率Pe＝1.1KW，额定电流Ie=5A，额定电压Ue=220V，磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=2.8Ω,主电路总电阻R＝7Ω，L∑＝200.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=50，机电时间常数Tm=100.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00025s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
6组：
直流他励电动机：功率Pe＝1KW，额定电流Ie=4A，额定电压Ue=220V，磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=1.8Ω,主电路总电阻R＝5Ω，L∑＝180.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=55，机电时间常数Tm=100.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.0021s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
7组：
直流他励电动机：功率Pe＝1.5KW，额定电流Ie=7.7A，额定电压Ue=220V，磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=2.5Ω,主电路总电阻R＝8Ω，L∑＝260.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=68.4，机电时间常数Tm=126.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.0026s，过载倍数λ＝1.3，电流给定最大值 ，速度给定最大值
8组：
直流他励电动机：功率Pe＝28KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=150A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.212Ω,主电路总电阻R＝0.52Ω，L∑＝47.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.238 Vmin／r，Ks=32，电磁时间常数TL=0.216ms，机电时间常数Tm=0.257ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00335s，过载倍数λ＝1.6，电流给定最大值 ，速度给定最大值
9组：
直流他励电动机：功率Pe＝24KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=140A,磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.192Ω,主电路总电阻R＝0.42Ω，L∑＝39.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.208 Vmin／r，Ks=30，电磁时间常数TL=0.196ms，机电时间常数Tm=0.207ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00205s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
10组：
直流他励电动机：功率Pe＝20KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=106A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.102Ω,主电路总电阻R＝0.22Ω，L∑＝30.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.108 Vmin／r，Ks=20，电磁时间常数TL=0.106ms，机电时间常数Tm=0.127ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00205s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
11组：
直流他励电动机：功率Pe＝18KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=80A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.092Ω,主电路总电阻R＝0.12Ω，L∑＝17.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.098 Vmin／r，Ks=17，电磁时间常数TL=0.106ms，机电时间常数Tm=0.107ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00185s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
12组：
直流他励电动机：功率Pe＝145KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.015Ω,主电路总电阻R＝0.36Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms，机电时间常数Tm=0.0926ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s，过载倍数λ＝1.2，电流给定最大值 ，速度给定最大值
13组：
直流他励电动机：功率Pe＝3.1KW，额定电流Ie=16.7A，磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=4.34Ω,主电路总电阻R＝10Ω，L∑＝346.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=68.4，机电时间常数Tm=216.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00335s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值
14组：
直流他励电动机：功率Pe＝2.1KW，额定电流Ie=11.7A，磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=23.34Ω,主电路总电阻R＝10Ω，L∑＝346.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，Ks=68.4，机电时间常数Tm=216.2ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.00435s，过载倍数λ＝1.4，电流给定最大值 ，速度给定最大值
15组：
直流他励电动机：功率Pe＝1.8KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=9.5A,磁极对数P=2，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=6.7Ω,主电路总电阻R＝10.4Ω，Ks=32，电磁时间常数TL=0.053ms，机电时间常数Tm=0.46ms，滤波时间常数Toi=0.0051s，Ton=0.01s，过载倍数λ＝1.3，电流给定最大值 ，速度给定最大值 ，β＝0.77V/A，α＝0.007 Vmin／
16组：
直流他励电动机：功率Pe＝1.65KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=7.5A,磁极对数P=1，ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=4.7Ω,主电路总电阻R＝8.4Ω，Ks=29，电磁时间常数TL=0.043ms，机电时间常数Tm=0.36ms，滤波时间常数Toi=0.0041s，Ton=0.02s，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 ，速度给定最大值 ，β＝0.77V/A，α＝0.007 Vmin／
要求：
1)
整流变压器计算与选择: 变压器二次电压; 二次相电流 和一次相电流 ： （三相全控桥电感负载 ）; 变压器的容量
2) 晶闸管元件的计算和选择
3）主电路保护环节的选择和计算：保护电路RC计算公式；电阻功率 的计算
4）控制电路的设计与分析
电流调节器（ACR）
转速调节器（ASR
）
