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1、I2.2kw 交流电动机串级调速系统设计摘摘 要要串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。它属于变转差率来实现串级调速的。与转子串电阻的方式不同，串级调速可以将异步电动机的功率加以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高。所谓双馈调速，是指将电能分别馈入异步电动机的定子绕组和转子绕组。通常将定子绕组接入工频电源，将转子绕组接到频率，幅值，相位和相序，就可以调节异步电动机的转矩，转速和电动机定子侧的无功功率。这种双馈调速的异步电动机可以超同步和亚同步运行，不但可以工作在电动状态，而且可以工作在发电状态。双馈串级调速能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较
2、硬。特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用。关键词：异步电动机；串级调速；原理；基本类型II2.2kw alternating current motor concatenation control system designAbstractCascade speed through the Wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to slip to achieve the Cas
3、cade governor. And the rotor string resistance in different ways, cascade speed asynchronous motor can be applied in power. (Grid or feedback into mechanical energy sent back to motor shaft), high efficiency. The so-called double-fed governor, refers to power were fed into the induction motor stator
4、 windings and rotor winding. Usually stator windings access frequency power supply, will be received rotor winding frequency, amplitude, phase and phase sequence, we can adjust asynchronous motor torque, speed and motor stator side of the reactive power.This double-fed governor of the induction moto
5、r can be super-synchronous and sub-synchronous operation, not only can work in the electrical state, but can also work in the state of power generationIt can achieve a smooth-speed, low speed when the mechanical properties are relatively hard. SCR especially low speed synchronous cascade system, the
6、 technical difficulty of small, relatively sound performance and thus access to a wide range of IIIapplications.Keywords: Asynchronous motor; Cascade Speed; Principle; Basic types1目目 录录摘 要.IAbstract.II第一章 概 述.11.1交流电动机调速的发展概况 .11.2 串级调速的优缺点 .21.3 与变频调速方式的比较及应用 .3第二章 双闭环控制的串级调速系统设计.42.1双闭环控制串级调速系统的组成
7、 .42.2串级调速系统的动态数学模型 .52.3 调节器参数的设计 .82.4串级调速系统的起动方式 .92.5 异步电动机串级调速时的机械特性 .112.6 异步电动机串级调速时的转子整流电路 .13第三章 串级调速系统主回路主要参数计算与选择.173.1 异步电动机容量的选择 .173.2 转子整流器的参数计算与元件选择 .17第4章 电流环和转速环设计.294.1 电流环的设计 .294.2 转速环的设计 .31第五章 交流串级调速系统的仿真.3425.1 MATLAB 简要介绍.345.2晶闸管串级调速系统的建模与仿真 .355.2.1系统的建模和参数设置.355.2.2系统的仿真参
8、数设置.385.2.3 系统的仿真，仿真结果的输出及结果分析.38第六章 结束语.40参考文献.41谢 辞.42附 录.431第一章第一章 概概 述述1.11.1 交流电动机调速的发展概况交流电动机调速的发展概况纵观电力传动的发展过程，交直流两种传动方式共存于各个生产领域之中。在电力电子技术发展之前，直流电动机几乎占垄断地位。对于直流电动机只要改变电动机的电压或者励磁电流就可以实现电动机的无级调速，且电动机的转矩容易控制，具有良好的动态性能。随着工业技术的不断发展，它们相互竞争、相互促进。交流电动机，特别是鼠笼式异步电动机与直流电动机相比具有一些突出的优点：制造成本低；重量轻；惯性小；可靠性和
9、运行效率高；维修工作量小；能在恶劣的甚至在有易燃易爆性气体的环境中安全运行。这些与现代调速系统要求的可靠性、可用性、可维修性相一致。正是由于交流电动机的这种优势，使它在电力拖动系统中的应用范围比直流电动机广泛得多，约占整个电力拖动总容量的 80%以上；但同时交流电动机本身是一个非线性、强耦合的多变量系统，其可控性较差。而随着电力电子技术和自动控制技术的迅速发展以及各种高性能的电力电子器件产品的出现，为交流调速系统的发展创造了有利条件。特别是 70 年代初出现的矢量变换控制技术以及在矢量变换基础上相继出现的磁通反馈矢量控制、转差型矢量控制、直接转矩控制等实用系统，大大推进了交流传运控制技术的发展
10、。这些新型的交流传动控制技术与高性能的变频器相结合，就有可能使利用交流电动机构成的交流伺服系统在性能上与高精度的直流伺服系统相匹配。特别是在一些大容量、高转速或特殊环境下应用的场合，交流调速系统已显示出无比的优越性，电气传动交流化的时代随之而来。2根据异步电动机的转速公式：(1.1)psfn/ )1 (601式中:电机极对数 p:供电电源频率1f:电机转差率s因此，异步电动机有三种基本的调速方式，即改变极对数、改变转差率和改变供电电源频率。由于绕线式异步电动机串级调速具有结构简单，高效节能等优点，在工业中得到了较广泛的应用。串级调速的控制方法多采用电动机电流和转速的双闭环 PI控制。其结构与直
11、流电动机双闭环系统类似。但是，交流电动机中的电磁关系远比直流电动机中的电磁关系复杂。而且，串级调速系统中的绕线式大道理转子需接入整流器等非线性元件，使其内部的电磁关系更为复杂。因此，这种双闭环串级调速系统的参数计算，调试比较困难，在设计中往往采用近似法，式凑法，反复调试才能得到较好的结果。1.21.2 串级调速的串级调速的优缺点优缺点串级调速的优点主要是：(1)调速范围较大，但是过载能力随转速降低而减小，限制了调速范围的扩大；另外因转速越低，转差功率越大，所需整流器、逆变装置的容量也越大，这也成了限制调速范围扩大的一个因素。对于鼓风机类负载，负载转矩随转速降低而减小，能够用较小容量的整流器、逆
12、变装置获得较大的调速范围。(2)调速的平滑性好，晶闸管调速电路很容易通过对导通角的平滑调节改3变转速。(3)调节的稳定性好，因为串级调速时的机械特性的直线部分的硬度较大(如图2)，甚至较固有机械特性大。(4)调速的经济性好，由前面内容可知，串级调速回收了大部分转差功率，保证了电动机的效率，减小了电能的浪费。另外，由于整流逆变电路只需要对转差功率进行调节，因此其容量要求低，可以明显节省调速电路成本。串级调速的缺点：(1)逆变变压器本身体积较大，成本偏高；在向电网馈送有功功率的同时还要从电网吸取无功功率(建立内部磁场)，造成整个调速系统功率因数偏低，如高速满载运行时，其功率因数只有0.6，这是不能达到全国供用电规则相关规定的。(2)逆变装置将直流逆变成交流时，将附带产生较多谐波分量，会对电网造成污染。(3)串级调速只能用于绕线式异步电动机。1.31.3 与变频调速方式的比较及应用与变频调速方式的比较及应用变频调速是交流电机调速中最优越的调速方式，调速性能好，具有恒转矩调速特性，适合各种类型交流电动机。但由于其控制功率是被控电机的视在功率，受电力半导体器件耐压水平的限制，高压变频调速装置非常昂贵，性能价格比随电动机
