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1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）交流调速控制系统 课程设计（论文）题目：异步电动机晶闸管调压调速系统院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目异步电动机晶闸管调压调速系统 课程设计（论文）任务一、技术参数三相异步电动机额定数据和定子三相绕组的联接方式：（1）额定电压：380V（2）额定电流：100A（3）额定功率：45KW（4）额定频率：50HZ（5）额定转数：1450r/mi
2、n（6）定子三相绕组Y型联接二、设计要求（1）方案论证：给出系统的原理图和原理说明。（2）主电路设计。（3）控制电路设计。指导教师评语及成绩平时考核： 指导教师签字： 设计质量： 课设答辩： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）目 录第 1 章 方案论证 .31.1 概述 .41.2 总体框图 .4第 2 章 主电路设计 .42.1 主电路的选择 .42.2 主电路的设计 .4第 3 章 控制电路的设计 .53.1 晶闸管模型及其工作原理 .53.2 电流调节器的设计 .53.3 电流控制电路的设计 .3.4 速度调节器的设计 .3.5 脉冲变压器的设计 .3
3、.6 闭环控制的变压调速系统及其静特性 .第 4 章 课程设计总结 .6参考文献 .7辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）第一章 方案论证1.1 概述异步电动机调压调速是一种典型的转差功率消耗型调速系统。由电力拖动原理可知，当异步电动机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩Te 与弟子电压 Us 的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定负载转矩下的转速。异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，无实用价值，而对力矩电机或绕线式异步电动机在转子中串入适当电阻后使
4、机械特性变软其调速范围有所扩大，当电机低速运行时，负载或电压稍有波动，就会引起转速很大的变化，运行不稳定。除此之外，在负载或电网电压波动情况下，其转速波动也比较严重，为了提高系统的稳定性，采用双闭环调速系统，以提高调压调速特性的硬度。速度环作用为：对负载波动起抗扰作用；速度 PI 调节器的输出决定最大电流；正常运行时，使速度跟随给定变化。而电流环的作用为：在稳定运行的情况下，对电网扰动有及时的抗扰作用，在启动过程中电流环起限制最大电流的作用，不会出现最佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。异步电动机调压调速系统结构简单，采用双闭环时静差率较小，且比较容易实现正、反转、反接和能耗制动。但在恒转
5、矩负载下不能长时间低速运行，因为低速运行是转差功率 Ps=sPm 全部消耗在转子电阻中，时间长了会事实转子过热。系统原理图见附录。1.2 总体框图辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）图 1.2 总体框图第 2 章 主电路设计2.1 主电路的选择 三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机 M（转子回路串电阻） 。如图 2.1 所示。图 2.1 TVC-双向晶闸管交流调压器2.2 主电路的设计电机绕组 Y 连接是的三相分支单向控制电路，每相只有一个晶闸管，反向由与它反并联的二级管构成通路。这种接法设备简单、成本低廉，用于简单的小容量装置。图 2.2 主电路辽 宁 工 业
6、大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）第三章 控制电路的设计3.1 晶闸管模型及其工作原理晶闸管的导通工作原理可以用双晶体管模型来解释，如图 3.1 所示。图 3.1 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理在器件上取一倾斜的截面，则晶闸管可以看作有 P1N1P2 和 N1P2N2 构成的两个晶体管 V1、V2 组合而成。如果外电路想门极注入驱动电流，则 IG 流入晶体管的 V2 的基极，即产生集电极电流 Ic2，它构成晶体管 V1 的基极电流，最后 V1 和 V2 进入完全饱和状态，晶闸管导通。此时如果撤掉外电路注入门极的电流 IG，晶闸管由于内部已形成了强烈的正反馈会仍然维持导通状态。而若要
7、使晶闸管关断，必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值一下，晶闸管才能关断。图 3.2 晶闸管的伏安特性3.2 电流调节器的设计辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）电流环作用是，在突加负载或负载电流超过限流值时，限制调压器的输出电流在额定电流范围内，确保输出和调压器正常工作。其调节过程如下：U0恒定，负载电流增加：If （UO-If） IO Uy 调压器输出电压 U If；同时电压环也参与调节，使调压器的输出电流被限制在额定电流范围内，在有充分调节余量的前提下维持输出电压的恒定。3.3 电流控制电路的设计控制电路
8、中共有三个比较器，上面的两个比较器用以形成滞环带，后面跟随逻辑电路，以保证开关管 V 有正确的驱动信号。最下面一个比较器，用以在王频整流电压的半波正弦开始和结束时，使开关管 V 处于关断状态。图 3.3 电流调节器3.4 速度调节器的设计速度调节器 ASR，其线路原理如图 3.4 所示，其中 Zin（S）表示输入网络的复数阻抗，Z f（S）表示反馈网络的复数阻抗。这样：辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）图3.4 线路原理图即调节器的传递函数等于反馈网络与输入网络复数阻抗之比。所以，改变Zf（S）和 Zin（S） ，就可以获得所需要的传递函数，以满足系统动态校正的需要。
9、图3.5所示的 PI 调节器，其动态结构如图3.6所示。图3.5 PI 调节器图3.6 PI 调节器动态结构图其中：在模拟调速系统的调速过程中，因电机的参数或负载的机械特性与理论值有较大差异，往往需要频繁更换 R,C 等原件来改变电路参数，以获得预期的动态性能指标，这样做起来非常麻烦，如果采用可编程模拟器件构成调节器电路，系统参数如增益、带宽甚至电路结构都可以通过软件进行修改，调速起来就非辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）常方便了。3.5 触发板各种特性“斜率”调节特性：调压器可外接“斜率”调节电位器，使输入、输出特性曲线的斜率可以自由调节，相同的控制信号可得到较低的
10、输出。 图3.7 “斜率”调节特性“下点”调节特性：触发板可外接“下点”调节电位器,使输入、输出特性曲线的下点(起始点)任意调节。当控制信号为零时,可使输出电压得到任意值。图3.8 “下点”调节特性恒电压特性：当电网电压发生波动或负载阻抗发生变化时，在调压器输出电压有充分调节余量的前提下，通过引入负载电压反馈进行调节，保持输出电压恒定，恒压精度优于1%。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）图3.9 恒电压特性恒电流特性：当电网电压发生波动或负载阻抗发生变化时，在调压器输出电压有充分余量的前提下，通过引入负载电流反馈进行调节，保持输出电流恒定，恒流精度优于1%。图3.10
11、 恒电流特性恒功率特性：当电网电压发生波动或负载阻抗发生变化时，在调压器输出电压有充分的调节余量的前提下，通过检测负载电流和电压，使输出功率保持恒定，恒功率精度优于1%。图3.11 恒功率特性限流特性：在恒压和恒功率调节控制时，当输出电流大于额定值时，限流辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）环节动作，使输出电流限制在额定值左右。图3.12 限流特性过流保护特性：当输出电流大于额定值的180%时，过电流环节在检测到过流信号后，半个周波时间(10ms)内自动截止输出并报警。图3.13 过流保护特性软起动、软关断特性：当 LOC 对 M 断开时，输出电压（电流或功率）不是跃变
12、增加，而是经过110s 时间缓慢增加（软起动） ；当 LOC 对 M 短接时，输出电压（电流或功率）不是突变为零，而是缓慢线性地减少为零(软关断)。这个功能对于变压器一次侧控制、感性负载的控制，及大容量负载的通断控制很重要，以防止过大冲击电流，对主电路晶闸管和设备的保护十分有利。图3.14 恒给定下 LOC 功能作用输出辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）1:LOC 对 M 短接；2:LOC 对 M 断开图3.15 阶跃给定下输出的变化触发板还可以通过辅助控制功能实现软起动、软关断，外部信号转换等功能。3.6 闭环控制的变压调速系统及其静特性采用带转速反馈的闭环控制系统，及其静特性如图 3.16 所示。图 3.16 闭环系统及其静特性辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）第 4 章 课程设计总结本学期单片机原
