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1、沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）摘 要本文所讨论的是双闭环三相异步电动机的串级调速的基本原理与实现方法。对于一般交流电动机的调速，我们都是从电动机的定子侧引入控制变量（改变定子供电电压、频率）来实现的，这对于转子处于短路状态的交流鼠笼型转子异步电动机是唯一途径。但是，对于绕线式异步电动机来说，由于改变其转子绕组控制变量以实现调速，转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。通常转子电流随负载的大小决定，不能任意调节；而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速，缺点较多，所以转子侧的控制变量只能是电动势，这也是本文所要讨论的重点之一。在发挥绕线式异步电动机转子的可控性优势的基础上，提高调速性能需
2、要从两方面着手：1从节能角度考虑，应将损耗在转子附加电阻上的能量吸收，转化成别的有用的能量或反馈到电网，以提高传动系统的效率。2从高性能调速要求考虑，应用控制理论，将其组成闭环调速控制系统，满足调速精度、动态响应等指标的要求。综合所述，利用串级调速系统，就是使绕线式异步电动机实现高性能调速的有效办法。用转子串反电动势来代替电阻，吸收转差功率；用双闭环控制提高系统的静、动态性能。把这种用附加电动势的方法将转差功率回收利用的调速称为双闭环串级调速。这是本文所必须讨论的，也是本文的核心所在。关键字：双闭环 、串级 、调速AbstractThis paper discusses the mechani
3、sms and implementation details of concatenation control in a three - phase asynchronous motor with double closed loop. To control speeds for a typical alternating current motor, we usually take control variables (to change voltage and frequency of the stator power supply) from the stator side in an
4、electric motor, which is also the only way for squirrel-cage asynchronous motor with rotor in a short-circuit state. However, with wound rotor series, asynchronous motors can adjust speeds through control variables, which include electric current, electromotive force and resistance, etc. on the roto
5、r side. Typically, the rotor current is determined by the load and cannot be adjusted freely. In contrast, adjusting rotors return circuit impedance tends to consume more power along with other disadvantages. Therefore, electromotive force should be the only control variable on the rotor side, which
6、 is also one of the major points discussed in this paper. In order to increase speed control, we need to take the following two measures while fully utilizing the adjustable nature of rotors in series-wound asynchronous motor: 1. In order to save energy, power wasted on rotors additional resistance
7、should be absorbed and converted into other forms of usable energy or sent back to electric grid to increase the efficiency of transmission systems. 2. Considering high control ability and the applied control theory, it should be formed into a closed-loop control system in order to meet the requirem
8、ents of such criteria as control accuracy and dynamic response .In summary, concatenation control system is one effective means to realize high control ability in series-wound asynchronous motors. Specifically, it is used to replace resistance with rotors electromotive force and absorb slip power; a
9、nd to enhance the static and dynamic capabilities of the system using double closed loop. We refer to this method of utilizing additional electromotive force to recycle slip power as concatenation control with double close loop, which is also the focus of this paper.Keywords: double-loop, cascade, g
10、overnor目 录引 言11.串级调速的原理31.1异步电动机转子附加电动势时的工作情况31.2串级调速的功率传递关系41.3串级调速系统及其附加电动势的获得52.双闭环串级调速系统硬件设计82.1串级调速系统设计82.2双闭环系统设计92.3实验调试103.实验数据分析123.1三相异步电动机串级调速开环工作机械特123.2三相异步电动机单闭环ASR系统静特性133.2.1有静差133.2.2无静差153.3双闭环串级调速系统的静态和动态特性163.3.1双闭环调速系统的静态特性分析163.3.2双闭环调速系统的动态特性分析173.4测量直流测速发电机的工作特性204.双闭环串级调速系统电
11、路图23毕设总结24参考文献25附录一 双闭环串级调速系统的各个模块的工作原理及功能介绍26附录二 双闭环串级调速系统的系统整定35附录三 元器件的使用清单37III引 言电力传动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置。它广泛应用在精密设备和精密机构、加工和再加工机器以及运输工具中，也广泛应用在原材料工业以及其他工业部门的传送、预选、一般生产装置和辅助装置等凡是需要动力的场合中。目前，单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦，转速从每小时几转到每分钟几十万转，调速范围在无变速机构情况下可达1：10000。在生产的总电能中，大约有2/3用在电力传动上。电力自动控制系统的特征是，他可以完成能量变换和控制
12、所需要的信息处理。因此，采用自动传动方法，一方面可以把人们从繁重的体力劳动中解放出来，另一方面也可以把人们从信息处理的工作中解脱出来。这样，总的来看，其结果就是改善人们在生产过程中的工作条件，并且大幅度提高全社会生产和再生产的效率，电力传动自动控制系统是提高劳动生产率的合理手段和促使国民经济不断增长的重要因素。因而，正确采用电力传动控制系统并使之进一步向前发展，对我国的国民经济的发展具有十分重要和特别现实的意义。电力传动技术主要有直流和交流两种，由于直流电机存在机械换向问题，其最大供电电压受到限制，机械强度也限制了转速的进一步提高，结构的影响使其不适用于腐蚀性、易暴性和含尘气体的特殊场合。交流
13、电动机一直受到人们的重视。它体积小、重量轻、转动惯量小、制造简单、结构牢固、工作可靠、便于维修。只是长期以来由于它的控制比较复杂和调速性能差、装置价格高、效率低，使交流调速未能推广。自从微处理器出现后，国外在绕线异步电动机串级调速、无换向电机调速、鼠笼型异步电动机的矢量控制以及PWM技术方面，都已经获得重大突破与发展，进入工业应用阶段。可以说，交流传动逐步取代直流传动已经成为明显的发展趋势。特别是“节能型”交流传动技术，已经得到很快发展。在过去大量的应用的所谓不变速拖动系统中，有相当一部分是风机、水泵等拖动系统，这类负载约占工业电力拖动的一半。其中有些并不是真的不需要变速，只是由于过去的交流电
14、机都不能调速，因而不得不依赖挡板和阀门来调节流量，同时也消耗了大量的电能。如果能够转换成交流调速系统，则消耗在挡板阀门上的功率就可以节省下来，每台约可节能20%以上。总起来的节能效果是很可观的。我国在这方面也有了长足的发展。例如淮北矿业集团临涣煤矿是一所现代化矿井，由于生产相对集中，所需排风量一直不高，实际在70M3/s左右，采用风闸门调节方式。由于风闸门开启程度减小，通风网路阻力增大，克服附加阻力消耗了许多电能，调节方式极不经济，为解决这一问题，该矿也应用串级调速技术对抽风机进行了技术改造，从而大幅度提升了生产效率，也产生了一定的经济效益和社会效应。还有在水厂当中，为了节约能源，降低成本，解
15、决现有水泵扬程过高，加上供水管道口径扩大调整，原水水质恶化，原有的净水设备达不到要求和城市用水大大超过水厂设备的能力，造成出厂水压力大幅度降低，使水泵长期处于低效率的运行状态下，在这种情况下应该对原有的设备进行改进，从而获得更出色的性能以满足需求。调速方法有很多种，惟独串级调速系统机构复杂程度中等，长期低速运行时电效率高，成本中等，对维修技术要求不高，特别是对于需要调节转速的风机、水泵上的应用。节电率可以达到20%到40%，便于对旧设备进行改造，因此，就我国现在的经济实力，管理水平和工业状况来看可控硅有源逆变串级调速是一种非常合适的方案。如果再加入双闭环技术的话那么性能将会进一步获得提升。因此
16、研究串级调速系统是一个很有意义的课题。如今节约能源、更加合理地、有效地利用能源是一项艰巨、利国利民造福子孙的长期工作，也是我国的一项基本国策。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，有部分项目已经达到了实用化阶段，相信在不久的将来我国在这方面一定会赶上或进一步缩小与发达国家之间的差距。1.串级调速的原理1.1异步电动机转子附加电动势时的工作情况首先作这样一个设想：若在绕线式异步电动机转子回路中串入与转子电动势同频率的附加电动势，通过改变附加电动势的幅值大小和相位，从而实现调速。这样，电动机在低速运行时，转子中的转差率只是小部分在转子绕组上消耗掉，而转差功率的大部分被串入的附加电动势所吸收。再利用产生附加电动势的装置，设法把所吸收的这部分转差功率回馈入电网，
