双闭环交流调速系统课程设计

安徽科技学院

双闭环交流调速系统设计

课程: 交流调速系统

院系：机电与车辆学院

专业：电气工程及其自动化

年级： 2008 级

学生姓名：孙红禄邓锐牛淼张帅邱明贺邓大伟陈宇学号：

导师及职称：范智平（讲师）

2011年12月19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。

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)

1 绪论

1.1研究交流调速系统的意义

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：

160(1)/n n f s p =- (2-1)

式中 n p ——电动机定子绕阻的磁极对数；

1

f

——电动机定子电压供电频率；

s ——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

0160/n n f p =

(2-2)

可知，在供电电源频率1f 不变的条件下，通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数n p ，即可改变异步电动机的同步转速0n ，从而达到调速的目的。

2.变频调速

从式（2-1）中可以看出，当异步电动机的磁极对数n p 一定，转差率s —定时，改变定子绕组的供电频率1f 可以达到调速目的，电动机转速n 基本上与电源的频率1f 成正比，因此，平滑地调节供电电源的频率，就能平滑，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50Z f H =以下，属于恒转矩调速方式，在基频以上，属于恒功率调速方式，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2(1)M P S P =-是拖动负载的有效功率，另一部分是转差功率

S M P 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。

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

电压为1U 、'1U 、"1U ('"111U U U >>)时的机械特性。其特点是：

1) 变定子电压时，0n 不变，m s 也不变。

2) 最大转矩n T 及启动转矩q T 与定子电压的平方成正比。因此当定子

电压降低时，n T 和q T 减小很小。

3) 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，电动机只能在机械特性直线段(0n ~m n 段和0~m s )稳定运行。在不同电压下的稳定工作点分别为a 、b 、c 。对于通风机负载，电动机在机械特性的全段范围（即转速0n ~0段或转差率0~1段）都能稳定运行。在不同电压下的稳定工作点分别是a ’、b ’、c ’。由图可见，当定子电压降低时，稳定运行时的转速将降低（c b a n n n <<,'''c b a n n n <<）,从而实现了转速的调节。

图2-1 异步电动机不同电压下的机械特性

2.3 双闭环控制的交流调速系统

2.3.1 转速电流双闭环调速系统的组成

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调

T L

a ’

b’

c ’

U ”1

c a

b

n m

s

Sm

T emax

U 1>U 1’>U 1”

通风机负载特性