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1、课 程 设 计 说 明 书（论 文）16第1章 课程设计方案的选择1.1概述现代工业控制一般采用平滑调速，不能满足控制要求。为了提高系统的静动态性能,首先采用转差反馈的闭环控制，要提高控制系统的先进性，就得使用转差频率闭环控制系统。变频器的作用主要是：节能和调速，并能实现自动控制程高精度控制。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置变频器实际上就是一个逆变器。它首先是将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电。一般功率较大的变频器用可控硅，并设一个可调频率的装置，使频率在一定范围内可调。用来控制电机的转数，使转数在一定的范围内可调。变频器广
2、泛用于交流电机的调速中，变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水空调等领域1.2转差频率控制的基本概念直流电动机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩。因此，转速调节器的输出信号当作电流给定信号，也就是转矩给定信号。在交流异步电动机中，影响转矩的因素较多，控制异步电动机转矩的问题也比较复杂。在恒控制时的电磁转矩
3、公式 (1-1)将代入上式得 (1-2)令，并定义为转差角频率，是点击的结构常数，则： (1-3)当电机稳态运行时，S值很小，因而也很小，只有的百分之几，可以认为，则转矩可近似表示为 (1-4)在S值很小的稳态运行范围内，如果能够保持气隙磁通不变，异步电动机的转矩就近似与转差角频率成正比。因此，在异步电动机中控制，就和直流电动机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的。控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。1.3转差频率控制的规律转差频率控制的规律是：（1）在的范围内，转矩基本上与成正比（如图1.1所示），条件是气隙磁通不变。图1.1 按恒值控制的特性（2）在不同的定子电
4、流值时，按的函数关系（如图1.2所示）来控制定子电压和频率就能保证气隙磁通恒定。 图1.2 不同定子电流时控制所需要的电压-频率特性曲线图1.1、图1.2分别为按恒值控制的特性曲线和不同定子电流时控制所需要的电压-频率特性曲线。第2章 课程设计内容主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆
5、变器”。在设计中采用的是电流型。2.1主电路设计1.整流电路的设计最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。设计中采用了三相桥式可控整流电路。在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感吸收脉动电流。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。图2.1为三相桥式可控整流电路图。在交-直-交变压变频器中，中间直流环节采用大电感滤波（如图2.1所示）后，直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源。
6、图2.1 三相桥式可控整流电路2.电流源型逆变电路同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。图2.1输出的交流电流是矩形波或阶梯波，叫做电流源型逆变器或称为电流型逆变器。电流源型逆变器可以满足快速起制动和可逆运行。图2.2为逆变电路图。 图2.4 逆变电路3.主电路图图2.3为主电路图。 图2.3 主电路图2.2电流调节器的设计图2.4为电流调节器的结构框图。图2.4 电流调节器结构框图1. 确定时间常数1） 整流装置滞后时间常数。查电表可知，三相桥式电路的平均失控时间。2） 电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头
7、的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有因此取。3） 电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取。2. 选择电流调节器机构根据设计要求允许波动为，即，并保证稳态电流无差，可按典型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的，因此可用电流型调节器。其传递函数为 (2-5)式中 : 为电流调节器的比例系数为电流调节器的超常时间常数选择则ACR的比例系数为 (2-6)近似条件1） 电力电子变换器纯滞后的近似处理 (2-7)2） 忽略反动电动势变化对电流环的动态影响 (2-8)3） 电流环小惯性群的近似处理 (2-9)3. 电流调节器的参数计算由查表可选，则 (2-10)利用式(2-9)和式(2
8、-10)可得 (2-11)4.电流调节器的实现用于计算电流调节器的具体电路参数 (2-12) (2-13) (2-14)2.3转速调节器的设计1.电流环的等效闭环传递函数 (2-15)2.转速调节器机构的选择按设计要求，选用PI调节器传递函数为 (2-16)式中： 为转速调节器的比例系数 为转速调节器的超常时间常数近似条件 (2-17) (2-18)3.转速调节器的参数计算（1）转速开环增益 (2-19)（2）ASR的比例系数 (2-20)4. 转速调节器的实现 (2-21) (2-22) (2-23)转速环的动态结构框图如图2.5所示。 图2.5 转速环的动态结构框图2.4程序流程图 程序流
9、程图如图2.6所示： 图2.6 程序流程图2.5 电源转差频率型闭环调速系统原理图 电源型转差频率型闭环调速系统原理图如图2.7所示：图2.7 电流源转差频率型闭环调速系统原理图 1.实现转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图如图2.7所示。可以看出，该系统有以下特点：（1）采用电流源型变频器，使控制对象具有较好的动态响应，而且便于回馈制动，实现四象限运行。这是提高系统动态性能的基础。（2）转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速，外环是转速环，内环是电流环。转速调节器ASR的输出是转差频率给定,代表转矩给定。（3）转差频率信号分两路分别作用在可控整流器UR和逆变器CSI上。前者通
10、过I=f()函数发生器GF，按的大小产生相应的信号，再通过电流调节器ACR控制定子电流，以保持为恒值。另一路按的规律产生对应于定子频率的控制电压,决定逆变器的输出频率。这样就形成了在转速外环内的电流频率协调控制。（4）转速给定信号反相时，、都反相。用极性鉴别器DPI判断的极性，以决定环形分配器DRC的输出相序，而信号本身则经过绝对值变换器GAB决定输出频率的高低。这样就很方便的实现了可逆运行。2.优点与不足：转差频率控制系统的突出优点在于频率控制环节的输入频率信号是由转差信号和实测转速信号相加后得到的，即=+。这样，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步上升或下降，如同水涨船高。与转速开环
11、系统中频率给定信号与电压成正比的情况相比，加、减速更平滑，且容易稳定。同时，由于在动态过程中转速调节器饱和，系统能用应对于的限幅转矩进行控制，保证了在允许条件下的快速性。由式（2-24）可知 (2-24)上述优点可以从图2.8中更清楚的看出来。当突加转速给定信号时，一开始实际转速还是零，因而ASR饱和，输出达限幅值，这时=，而转矩系统从图中S点起动。转速上升后，只要未达到给定值，ASR始终饱和，系统始终保持限幅转差和限幅转矩不变，工作点沿直线上升，直到接近稳态。制动时与此相似，只是，工作点沿线下降。 图2.8 转差频率控制系统的四象限运行特征起动后，当频率上升到额定值时，如负载为理想空载，则,系统在图2.8中的A点稳定运行。此后，若电机上带上了负载,而ASR是PI调节器，则稳定以保证电流调节器工作在，而频率为,这个提高了的频率把工作点抬到B点，使转速无静差。由此可见，转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速系统基本上具备了直流电机双闭环控制系统的优点，是一个比较优越的控制策略，结构也不算复杂有广泛的应用价值。
