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1、本科毕业设计（论文）题 目双闭环控制的异步电动机串级调速系统的设计学生姓名学号教学院系电气信息学院专业年级 电气工程及其自动化09级指导教师职称单 位西南石油大学辅导教师职称单 位完成日期2013 年 6 月 9 日Southwest Petroleum UniversityGraduation ThesisThe Design of Double Closed Loop Control ofAsynchronous Motor Cascade Speed Regulation SystemGrade: 2009Name:Speciality: Electrical Engineering a
2、nd AutomationInstructor:School of Electrical Engineering and Information2013-6摘要绕线式异步电动机的串级调速系统，属于改变转差功率的调速系统，在我 国交流调速技术的发展中，它是结构简单、发展较快、应用较广的一种系统。其 基本原理是利用不可控的整流电路将转子交流电动势转成直流电动势，在利用T 作的在逆变状态的三和可控整流电路来获得一个可调的直流电压作为附加电动 势，以改变转差功率，以实现转速的调节。串级调速完全克服了转子串电阻调速 的缺点，它具有高效率、无级平滑调速、较破的低速机械特性等优点。木设计介绍了双闭环异步电动
3、机串级调速方式的设计，主要设计方面包括调 速方式的设计，主接线的设计，串级调速主电路的设计，保护电路的设计，触发 器的选择，肓接启动方式。首先根据设计耍求确定调速方案和主电路的结构型式, 主电路和闭环系统确定下來后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包 押i整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数 计算，从而达到设计要求，其中冇绘制完整的双闭环控制的界步电动机串级调速 系统图，主接线图，控制电路图，最后采用了 MATLAB建模与仿真证明了该系 统。关键字：串级调速；主电路；调速范囤；转差率AbstractThe wound rotor asynchronous
4、 motor cascade speed regulation systein is to use change slip power control speed regulation system In the development of ac speed regulation technology in China. It is a system of simple structure, rapid development, wider application Its basic principle is to pul the rotor AC electromotive force i
5、nto DC emfs by Uncontrolled rectifier circuit. Taking advantage of working in a state of thrcc-pliasc inverter controlled rectifier circuit for an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to cliange the slip power, in order to realize speed regulation. Cascade speed regulation comple
6、tely overcomes the drawback of rotor series rcsistancc speed control, it has high efficiency, stepless smooth speed reguhtion, a hard low medianical properties etc.the design of the double closed loop of asynclironous motor cascade speed control mode. It mainly includes the design of speed control m
7、ode, main wiring ,the main circuit, protective circuit, the choice of the trigger and direct startup iwde。First of all, according to the design requirements to determine the structure of control scheme and the main circuit. In the determination of the main circuit and the closed loop system. Focus i
8、s on the circuit element parameters calculation and device type selection. Including rectifier transformer, rectifier devices, flat wave reactor, protection circuit and the current and speed regulator parameter calculation, so as to achieve the design requirements Mapped the complete double closed l
9、oop control of asynchronous motor cascade speed regulation system, the main wiring diagram, control circuit diagram, the modeling and Simulation of MATLAB proved that the system meets the dcsign requirements and complete and has good disturbance rejection properties and tracking performance, small o
10、vershoot.Keywords: the main circuit； cascade control； Speed range ； slip ra(io.目录摘要IAbstractII1绪论11申级调速系统的发展状况11.2本次设计的目的12本系统串级调速方案的比较和选择32串级调速原理32.2串级调速方案论证42.2.1电气串级调速42.2.2机械串级调速4223串级调速方案选择53木系统主电路的设计63本系统主电路的组成及工作原理63.2本系统主电路元器件参数计算及型号选择63.2.1异步电动机的选择63.2.2逆变变压器的参数计算与选择9323硅整流元件及晶闸管的选择103.2.4平
11、波电抗器电感疑的计算与选择113.3晶闸管保护装置的参数计算123.3.1过电压保护123.3.2过电流保护163.3.3电流上升率的限制173.3.4电压上升率的限制183.4逆变触发器的设计183.4.1 KJ004 和 KJ041 的引脚图183.4.2同步变压器的设计19343控制及偏移电源203.4.4三相桥式逆变电路的触发电路203.5电动机的保护21351短路保护213.5.2过载保护213.5.3瞬时停电保护224本系统控制回路的设计234双闭环串级调速系统的纽.成和工作原理234.2双闭坏系统i挣态参数计算2443双闭环系统动态参数计算254.3.1电流调节器的参数计算254
12、.3.2速度调节器的参数计算265本系统起动方式的设计285.1串级调速系统起动方式的确定285.2本系统起动方式的选择296系统仿真316仿真软件的简介316.2具体的软件仿真设计316.2.1主电路的仿真设计316.2.2控制电路的建模和参数设置336.2.3系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析337结论34谢辞35参考文献36附录137附录238附录339IV双闭坏控制的界步电动机串级调速系统的设计1绪论1.1串级调速系统的发展状况串级调速理论早在20世纪30年代就己提出,到了 6070年代，当可控电 力电子器件岀现以后，才得到更好的应用。20世纪60年代以来，由于高压大电 流晶闸管的出
13、现，串级调速系统获得了空前的发展。60年代中期，W.Shepherd 和J.Stanw就提lli r-种将绕线转子电动机的转差功率进行整流，然后经过晶闸 管逆变器将整流后的转羌功率逆变为电网频率的交流功率，并将其反馈到电动机 的定子辅助绕组中的晶闸管串级方案，称为“定子反馈方案，而把通过变压器（逆 变变压器）将转差功率反馈到电网（常规的晶闸管串级）称为“电网反馈方案。 在“定子反馈方案中，辅助绕组与定子绕组电气上绝缘，通过磁耦合，即电磁感 应，将转差功率经过定子绕组反馈到电网，这就是我们所说的内馈串调。20世纪60年代末期，我国的一些单位开始进行晶闸管串级调速的试验，70 年代后期，西安整流器
14、厂首先推出了系列产品，以后其他厂家也相继推出。国内 最先是由屈维谦在80年代后期提出内馈串级调速方案的。90年代中期以后，冇 一家公司乂推出斩波式内馈串调。随着电力电子技术和控制策略的发展，新的拓 扑结构和控制策略被不断提出。到目前为止全国已冇四到五家知名的内馈串级调 速装置的生产厂家。如今节约能源、更加合理地、有效地利用能源是十项艰巨、利国利民造福子 孙的长期工作，也是我国的项基木国策。随着我国改革开放不断深入和国民经 济、科学技术的飞速发展，国家大量拨款加速建设，现在已经取得了很大的进步， 冇部分项目已经达到了实用化阶段，相信在不久的将來我国在双闭坏串级调速系 统方而一定会赶上或进一步缩小
15、与发达国家Z间的普距。1.2本次设计的目的木设计选题的目的：采用双闭环控制的界步电动机串级调速系统不仅具冇明 显的节能效果，还具有良好的静态和动态性能。本设计的目的在于让学生通过对 双闭坏控制的异步电动机串级调速系统的设计，学习和学握异步电动机串级调速 的设计内容、设计步骤和方法，具有初步的工程设计能力。本次设计的任务及要求工作任务：(1) 完成系统结构图和系统结构框图的设计；(2) 完成系统的启动、检测与保护电路的设计；完成调速系统的态、动态参数的计算；(4) 完成系统主回路设计，元、器件和设备的选择(参数计算，型号选择等);(5) 绘制完整的电气系统原理图；对系统进行MATLAB仿真。木次设计指标：(1) 生产机械为恒转矩负载，最人负载功率PL=72KW；(2) 调速范围D=3:l；(3) 低速时静差率S=0.01；(4) 要求电流超调量小，转速抗扰性能及跟随性能好。52木系统串级调速方案的比较和选择2.1串级调速原理图2.1是串级调速方式原理图，图中异步电动机M以转差率s运行，其转子 电动势经三相不可控整流装置UR整流，输出直流电压匕/。工作在
