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1、 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书题题 目目：绕绕线线式式异异步步电电动动机机的的串串级级调调速速系系统统 主主电电路路 与与 控控制制电电路路的的设设计计学学生生姓姓名名 ： x x x x学学 院院 ： x x x x系系 别别： x x x x专专 业业： x x x x班班 级级： x x x x指指导导教教师师 ： x x x x年年 月月II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，在利用工作的在逆变状态的三相可控整流电
2、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。本设计主要是绕线式异步电动机的串级调速系统主电路和控制个电路的设计。其中主电路的设计包括可控整流电路、不可控整流电路和逆变变压器；控制电路的设计主要是电流调节器和转速调节器的双闭环控制系统。考虑到系统运行时可能出现的问题，相应的设计了系统的保护电路。同时，为了所设计的系统具有更好的静、动态性能，对系统进行了 MATLAB 的仿真。关键词关键词：绕线式异步电动机；串级调速系统；双闭环控制系统；仿真。IIAbstractAsynchronous motor cascade speed control system belo
3、ngs the rotor to slip the power velocity modulation plan. In China AC development, it is a system of simple structure faster development broader application. Its basic principle are not controllable using distillation rotor circuit to exchange electromotive force electromotive force DC conversion, i
4、n the use of the states three-phase inverter controlled rectifier circuit to obtain an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to change the deteriorating power, to achieve the speed of adjustment. The design includes asynchronous motor speed control system Cascade main circuit and
5、a control circuit design. The design of main circuit includes controllable rectifier circuit, controlled rectifier and inverter circuit transformer; Control circuit design is mainly Electricity Regulator speed regulator and the double-loop control system. Considered the problem during the operation,
6、 accordingly design the protected circuit. Meanwhile, in order to designed a system with better static and dynamic properties, the system MATLAB simulation is proceeded.Keywords : asynchronous motors; Cascade Control System; Double-loop control system; Simulation. 目 录III引 言.1第一章 串级调速系统的基本原理31.1 串级调速
7、系统的工作原理31.2 异步电动机串级调速的机械特性41.3 设计的技术参数61.4 设计任务6第二章 主电路的设计.72.1 设计思路72.2 设计依据72.3 主电路参数的设计8第三章 保护电路的设计.163.1 过电压保护163.1.1 交流侧过电压保护 163.1.2 直流侧过电压保护措施 183.1.3 晶闸管两端的过电压保护措施： 183.2 过电流保护.203.2.1 晶闸管的过电流保护 203.2.2 电流变换和过流保护环节 213.3 过载保护.213.4 串频敏电阻的保护.213.5 缺相保护.23第四章 控制电路的设计原则.244.1 设计思路.244.2 基本原理.24
8、4.3 控制系统的动态结构.254.4 控制电路的参数计算25第五章 MATLAB 仿真 325.1 控制系统仿真模型的建立.325.2 仿真结果及其分析.33IV结 论36参考文献.37附录 1-绕线式异步电动机串级调速系统主电路 .38附录 2-串级调速系统控制电路原理图 .39谢 辞.40图表清单V图11 绕线式异步电动机串级调速系统原理图 3 图12 串级调速的机械特性图 5 图21 逆变变压器二次侧波形图 8 图31 阻容保护接 16表31 和的数值换算表 17RC图32 采用压敏电阻做的电压保护 18表32 关断过电压阻容保护的经验数据 19图33 晶闸管两端的阻容保护 19图34
9、 晶闸管的过电流保护 20图35 过电流检测环节 21图36 附加频敏变阻器启动 22图37 缺相保护 23图41 控制系统的动态结构图 25图42 结构框图（A）、（B） 28图43 电流调节器的硬件电路 29图44 转速调节器的硬件电路 31图51 控制系统的动态结构图 32图52 SIMULINK仿真模型 33图53 给定电压波形 34图54 双环的速度波形 341引 言直流电气传动和交流电气传动在 19 世纪先后诞生。在 20 世纪的大部分年代里，鉴于直流传动所具有的优越调速性能，一般高性能的可调速传动都采用直流电动机。到本世纪 70 年代初期，席卷世界先进工业国家的石油危机迫使他们投
10、入大量人力和财力去研究高性能的交流调速系统，经过多年努力，到了 70 年代末，初见成效。此后，交流调速系统得到了广泛的应用。 根据所采用电流制式的不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机拥有量最多。交流电动机分为同步电动机和异步电动机。电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系，即同步电动机；反之，若不保持这种关系即是异步电动机。以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称为交流调速系统，在本设计中采用的就是三相异步电动机的调速系统。交流电动机特别是鼠笼型异步电动机，具有结构简单，制造容易，价格便宜，坚固耐用，转动惯量小，运行可靠，使用环境及结构发展不受限制等优
11、点。但是长期以来由于受科技发展的限制，把交流电动机作为调速电机的问题未能得到较好的解决，只有一些调速性能差，低效耗能的调速方法。如：鼠笼式异步电动机的定子调压调速方法及后来的电磁（滑差离合器）调速方法。除了鼠笼异步电动机之外，绕线转子异步电动机在工矿企业也被广泛的应用。由于这类异步电动机在结构上的特点，它的转子绕组能通过继电器与外部设备相连接；所以除了可在其定子侧控制电压，频率等物理量以实现对电机的转速调节外，还可在其转子侧引入控制变量进行调速。以往使用最多的方法是在绕线转子异步电动机的转子回路串入不同数值的可调电阻，从而获得电机不同的机械特性，以实现电气传动的转速调节。这种调速方式的本质是利
12、用改变消耗于转子外串电阻中的转差功率来该改变转差率，从而达到体调速的目的。这种调速方式虽然结构简单，维护方便，但调速是有级的，而且能耗多，效率低，调速性能和经济性能都很差。从调速的技术性能和经济性能来看，这种方式还存在着许多的不足之处，这种方式不能应用于高性能的调速场合。目前，这种体调速方式正在逐渐被淘汰。目前，交流调速的方案很多，根据不同观点对这些方案有不同的分类方法，通常可以分为采用无整流电动机，变频调速电动机和转子转差功率调速电动机这三种2方案。随着电力电子技术和控制技术的发展，现代绕线式异步电动机一般都采用串级调速方式。其特点是在调速时可将转差功率回收利用，或者变为机械回馈到电机轴上，
13、或者回馈到电网中，使得调速系统的效率很高。本设计所讨论的绕线式异步电动机的串级调速系统，属于转子转差功率调速方案，在我国交流调速技术的发展过程中，它是机构简单，发展较快，应用较广的一种系统。对于调速精度要求较高的场合，还可以采用闭环系统，这一方案在本设计中也有所体现。第一章 串级调速系统的基本原理1.1 串级调速系统的工作原理在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频，可变幅的电压。怎样才能获得这样的电压呢？对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便的方法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动
14、机的转速。这3样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为与频率无关的直流变压问题，使问题得分析与工程实现都方便多了。当然对这一直流附加电动势要有一定的技术要求。首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求；其次从节能的角度看，希望产生附加值流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。例如，把转差功率回馈交流电网，或把它转换成机械功率传送到电气传动装置的轴上等，关键是不要让它在转子回路中无谓的损耗掉，这样才能提高调速系统的效率。根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。按照上述原理组成的绕线式异步电
15、动机调速系统原理图如图 11 所示：1 11 1 绕线式异步电动机调速系统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20sEUR 整流，输出直流电压。工作在逆变状态的三相可控装置 UR 除提供一可调的直dU流输出电压作为调速所需的附加电动势外，还可将经 UR 整流后输出的电动机转差iU功率逆变回馈到交流电网中。两个整流装置的电压与的极性以及电流的方向dUiUdI如图所示。为此可在整流转子的直流回路中写出以下的电动势平衡方程式：（1-1）RIUUdid（1-2）RIUKsEKdTcos22201式中： -与两个整流装置的电压整流系数1K2K-逆变器输出电压iU-逆变变压器的次级相电压TU2-晶闸管逆变角-转子直流回路的电阻R当电动机拖动恒转矩负载稳定运行时，可以近似认为为恒值。控制使它增dI大，则逆变电压立即减小；但电动机转速因存在着机械惯性尚未变化，所以仍iUdU4维持原值，根据式（1-1）就使转子直流回路电流增大，相应转子电流也增大，电dI机就加速；在加速过程中转子整流电压随之减小，又使电流减小，直至与依dIdUiU式（1-1）取得新的平衡，电机进入新的稳定状态以较高
