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1、.远程与继续教育学院本科毕业论文设计题目：交流电机串级调速系统建模与仿真学习中心：学习中心*：090F31141095姓 名：梅雨停专业：电气工程及其自动化指导教师：王旭东2016年3月1日中国地质大学远程与继续教育学院本科毕业论文设计指导教师指导意见表学生：梅雨停*： 090F31141095专业：电气工程及其自动化毕业设计论文题目：交流电机串级调速系统建模与仿真指导教师意见：请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规和逻辑性；文献引用的规性等。还须明确指出论文中存在的问题和缺乏之处。指导教师结论：合格、不合格指导教师所在单位指
2、导时间中国地质大学远程与继续教育学院本科毕业设计论文评阅教师评阅意见表学生：梅雨停 *：090F31141095专业：电气工程及其自动化毕业设计论文题目：交流电机串级调速系统建模与仿真评阅意见：请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规和逻辑性；文献引用的规性等。还须明确指出论文中存在的问题和缺乏之处。修改意见：针对上面提出的问题和缺乏之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加辩论的不必填此意见。毕业设计论文评阅成绩 百分制：评阅结论：同意辩论、不同意辩论、修改后辩论评阅人所在单位评阅时间论文原创性声明本人重声明：本
3、人所呈交的本科毕业论文“交流电机串级调速系统建模与仿真“，是本人在导师的指导下独立进展研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规，没有侵权行为，并愿意承当由此而产生的法律责任和法律后果。论文作者签字：梅雨停日期：2016年3月1日. .摘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转化为机
4、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拟硬。特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比拟完善，因而获得了广泛的应用。关键词：1、异步电动机 2、串级调速 3、原理 4、根本类型目 录一、概述. 1一交流电动机的开展概况.1二串级调速的优缺点. 2三与变频调速方式
5、的比拟与应用. 2二、双闭环控制的串级调速系统设计.3一双闭环控制串级调速系统的组成. 3二串级调速系统的动态数学模型. 4三调节器参数的设计. 6四串级调速系统的启动方式. 7五异步电动机串级调速时的机械特性. 8六异步电动机串级调速时的转子整流电路. 9三、串级调速系统主回路主要参数计算与选择12一串级调速系统主回路主要参数计算与选择.12二转子整流器的参数计算与元件选择. 12四、电流环和转速环设计21一电流环的设计. 21二转速环的设计.23五、交流串级调速系统的仿真. 25一MATLAB简要介绍. 25二晶闸管串级调速系统的建模与仿真.261、系统的建模和参数设置.262、系统的仿真
6、参数设置.283、系统的仿真，仿真结果的输出及结果分析.28六、完毕语. 30致31参考文献32. .一、概述一交流电动机调速的开展概况纵观电力传动的开展过程，交直流两种传动方式共存于各个生产领域之中。在电力电子技术开展之前，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开展，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：制造本钱低；重量轻；惯性小；可靠性和运行效率高；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平安运行。
7、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开展以及各种高性能的电力电子器件产品的出现，为交流调速系统的开展创造了有利条件。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根底上相继出现的磁通反应矢量控制、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开展。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
8、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。根据异步电动机的转速公式：n=6011-sPP: 电机极对数1 :供电电源频率s :电机转差率因此，异步电动机有三种根本的调速方式，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构造简单，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。其构造与直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
9、线式大道理转子需接入整流器等非线性元件，使其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，调试比拟困难，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。二、串级调速的优缺点串级调速的优点主要是：1调速围较大，但是过载能力随转速降低而减小，限制了调速围的扩大；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、逆变装置获得较大的调速围。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局部
10、的硬度较大，甚至较固有机械特性大。4调速的经济性好，由前面容可知，串级调速回收了大局部转差功率，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展调节，因此其容量要求低，可以明显节省调速电路本钱。串级调速的缺点：1逆变变压器本身体积较大，本钱偏高；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，这是不能到达“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。三与变频调速方式的比拟及应用变频调速是
11、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 电动机电压升高和容量增大而明显下降，甚至需要节电l0余年才可回收设备投资。因此只适合工艺上要求高性能调速的场合，如轧钢等，不适合以节电为主要目的调速运行。反应串级调速与变频调速同属高效调速方式，但其通过电动机转子绕组将高压问题转化成低压问题来处理，所以控制功率仅为被控电机容量的50，解决了目前电力半导体器件的耐压问题，是高压恒速电机改成调速电机的最正确方案。采用这种调速方案可以用比变频调速低得多的本
12、钱获得非常好的节电效果。二、 双闭环控制的串级调速系统设计由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，通常采用具有电流反应与转速反应的双闭环控制方式。由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是指起动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。（一） 双闭环控制串级调速系统的组成图2.1双闭环控制的串级调速系统图2.1所示为双闭环控制的串级调速系统原理图。图中，转速反应信号取自异步电动机轴上连接的测速发电机，电流反应信号取自逆变器交流侧的电流互感器，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为- min。图2.1所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。图2.2串级调速系统原理图a主电路b等效电路（二） 串级调速系统的动态数学模型在图2.1所示的系统中，可控整流装置、调节器以及反应环节的动态构造框图均与直流调速系统中一样。在异步电动机转子直流回路中，不少物理量都与转差率有关，所以要单独处理。1转子直流回路的传递函数根据图2.2的等效电路图可以列
