双闭环交流调速系统课程设计

安徽科技学院2011年度本科生交流调速课程设计

安徽科技学院

双闭环交流调速系统设计

交流调速系统

课程:

系：机电与车辆学院院业：电气工程及其自动化专

2008 级年级：

陈宇邓大伟张帅牛淼邱明贺学生姓名：孙红禄邓锐

学号：

范智平（讲师）导师及职称：19月年2011121

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号

摘要

本设计介绍了交流调速系统的基本概况及其研究意义，同时提出了本设计所要研究解决的问题，接着对系统各部分所需元器件进行比较选择并进行总体设计，最后采用工程设计方法对双闭环交流调速系统进行辅助设计，进行参数计算和近似校验。

在调节器选择方面，本设计选择的PI调节器，使得线路大为简化，且性能优良、调试方便、运行可靠、成本降低。触发电路则采用一种新型高性能集成移相触发器（MC787）设计的触发电路，它克服了分立元件缺点，抗干扰性优良，具有输入阻抗高、移相范围宽、装调简便、使用可靠、只需一片MC787就可以完成三相相移功能，使用效果较好。

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目录

1 绪论 (4)

1.1研究交流调速系统的意义 (4)

1.2本设计所做的主要工作 (4)

2 交流调速系统 (4)

2.1交流电机常用的调速方案及其性能比较 (4)

2.2三相交流调压调速的工作原理 (5)

2.3双闭环控制的交流调速系统 (6)

2.3.1转速电流双闭环调速系统的组成 (7)

2.3.2 稳态结构图和静特性 (7)

3 电路参数计算 (10)

3.1系统主电路的参数计算 (10)

3.2根据系统方块图进行动态计算 (10)

3.3调节器的设计参数计算 (12)

3.3.1 电流调节器的参数计算 (13)

3.3.2 转速调节器的参数计算 (14)

4 控制系统硬件电路设计 (17)

4.1调节器的选择和调整 (17)

4.2触发电路的设计 (18)

4.3系统给定积分器 (20)

5设计体会 (22)

6参考文献 (22)

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1 绪论

研究交流调速系统的意义1.1随着电力电子器件，大规模集成电路

和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。交流调速系统具有下面几个主要优点：

1、交流电动机特别是鼠笼异步电动机的价格远低于直流电动机。

2、交流电动机不易出现故障，维修非常简单。

3、交流电动机的使用场合没有限制。

4、交流电动机的单机容量可远大于直流电动机。

1.2 本设计中我们所做的主要工作

本设计通过对双闭环交流调压调速系统发展趋势的分析，比较了多种常用的交流调速方案，并做出了方案选择。确定了控制系统方案后。对系统各个环节的设计参数进行了详细计算。在系统硬件设计方面进行了交流调压器的选择、和触发电路的选择。最后构建了双闭环交流调压调速系统，得到了较为满意的结果。

2 交流调速系统

2.1 交流电机常用的调速方案及其性能比较

由电机学知，交流异步电动机的转速公式如下：

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(2-1)

p/s)fn?60(1?n1式中——电动机定子绕阻的磁极对数；p n——电动机定子电压供电频率；f1s ——电动机的转差率。

从式（2-1）中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。

1.改变电动机的磁极对数

由异步电动机的同步转速

(2-2)pf/n?60n01可知，在供电电源频率不变的条件下，通过改接定子绕组的连接f1方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数，即可改变异步电动机的p n n，从而达到调速的目的。同步转速02.变频调速

从式（2-1）中可以看出，当异步电动机的磁极对数一定，转差率p n n基可以达到调速目的，改变定子绕组的供电频率电动机转速s—定时，f1本上与电源的频率成正比，因此，平滑地调节供电电源的频率，就能f1平滑，无级地调节异步电动机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较硬，基频以下，属于恒转矩调速方式，在基频以上，属于恒功H?50f Z率调速方式，与直流电动机的降压和弱磁调速十分相似。且采用变频起动更能显著改善交流电动机的起动性能，大幅度降低电机的起动电流，增加起动转矩。

3.变转差率调速

在交流异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率PM可以分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率，另一部分是转差功率P)??(1SP M2P?sP，与转差率s成正比，它的去向是调速系统效率高低的标志。MS

2.2 三相交流调压调速的工作原理

异步电动机的调压调速是指改变定子电压调速。如图2.1画出了定子5

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'')(电压为、时的机械特性。其特点是：、UUUUU?U?111111ns也不变。不变，1)变定子电压时，m0T及启动转矩与定子电压的平方成正比。最大转矩因此当定子2) T nq T和减小很小。电压降低时，T nq3)定子电压越低，机械特性直线段的斜率越大，即特性越软。

图2-1画出了恒转矩负载特性和通风机特性。对于恒转矩特性，电动nns稳定运行。在不同电压下的(段和~0~机只能在机械特性直线段)m0m稳定工作点分别为a、b、c。对于通风机负载，电动机在机械特性的全段n~0段或转差率范围（即转速0~1段）都能稳定运行。在不同电压下的0稳定工作点分别是a'、b'、c'。由图可见，当定子电压降低时，稳定运行n?n?nn?n?n）,从而实现了转速的调节。,时的转速将降低（'c'aabc'b