双闭环三相异步电动机调压调速系统设计毕业设计论文.doc
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1、交流调速课程设计题目:双闭环三相异步电动机调压调速系统设计学院:机械工程学院班级:机检0911姓名:武锦涛(21)、周元浩(22) 谢美兰(23)、张丽萍(24) 指导教师:孙宏昌目录摘要3引言4一、方案和系统结构框图4电动机的选型4二、主电路设计52.1晶闸管的选择52.2晶闸管的保护环节的设计62.3 主回路熔断器、接触器、热继电器选择72. 4主回路导线规格72. 5主回路欠电压、漏电流等保护环节设计8三、控制电路设计93.1 电流调节器的设计93.2转速调节器ACR的设计133.3调速系统静态参数分析163.4控制回路导线规格17四、系统电路控制图17五、触发电路设计18晶闸管的触发电
2、路18总结19参考文献20摘要:调压调速是异步电动机调速系统转差率s基本不变时,电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比,因此,改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性,从而达到调节电机转速的目的。异步电动机采用调压调速时,对普通异步电动机来说其调速范围很有限,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。关键词:双闭环调压调速系统 三相异步电动机 晶闸管
3、保护电路引言:异步电动机的转速恒小于旋转磁场的转速n1,只有这样,转子绕组才能产生电磁转矩,使电动机旋转。如果n=n1,转子绕组与定子磁场之间无相对运动,则转子绕组中无感应电动势和感应电流产生,可见nhT时 ,而电流调节器仍可用 PI 调节规律。但积分时间常数应选得小一些,即= hT。按最小峰值M选择电流环时,如选用工程最佳参数 h=5,则电流环开环放大系数 KI为: K=于是可得 K= W=显然,按工程最佳参数h=5确定的W和T的关系,也可以满足小惯性环节的近似的条件。PI型电流调节器结构图Ui*RdnCdnR5R4-+ConConUn*R0/2R0/2R0/2R0/2RnR3Cn3.2转速
4、调节器ASR的设计3.2.1电流环的等效传递函数电流环是转速环的内环,设计转速环时要对电流环做进一步的简化处理,使电流成为一个简单的环节,以便按典型系统设计转速环。 如果电流环是按工程最佳参数设计的典型 I 型系统,则由图(3.4)可得其闭环传递函数为: W(s)=由于: K=, 所以有W(s)=在双闭环调速系统设计中,转速外环的截止频率W总是低于电流环的截止频W,即W W.因此,设计转速环时可以把电流环看成是外环中的一个小时常数环节,并加以简化处理,即略去WBi(s)中分母的高次项,得简化后的传递函数为: W(s)近似条件为: W0.5T。电流环的这种近似处理产生的效果可以用对数幅频特性来表
5、示。电流环未作处理时阻尼比=0.707 ,自然振荡频率为的二阶振荡环节,当转速环截止频率较W低时,对于转速环的频率特性来说,原系统和近似系统只在高频段有些区别。由于电流环在转速环内,其输入信号Ui。因此,与电流环的近似的小环节应为=,式中时间常数2T的大小随调节器参数选择方法不同而异。3.2.2转速调节器结构的选择为了实现转速无静差,必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,从图 (3.5)可以看出,在负载扰动作用点以后,已经有一个积分环节,故从静态无差考虑需要 II 型系统。从动态性能上看,考虑转速调节器饱和非线性后,调速系统的跟随性能与抗扰性能是一致的,而典型 II 型系统具有较好的抗扰性能。
6、所以,转速环应该按典型 II 系统进行设计。由图(3.6)可以明显地看出,要把转速环校正成典型 II 型系统,转速调节器 ASR也应该采用 PI 调节器,其传递函数为 W=K式中K转速调节器的比例系数;转速调节器的超前时间常数这样,调速系统的开环传递函数为: W(S)=其中,转速开环增益为 K=不考虑负载扰动时,校正后的调速系统动态结构示于下图(3.6) 图3.4 图3.5 图3.6 3.2.3转速调节器的参数选择 按跟随性能和抗扰性能最好的原则,取h=5进行计算。 小惯性环节近似处理条件: W电流环设计时,KT=0.5, 所以,5%。3.3调速系统静态参数分析分析双闭环调速系统静特性的关键是
7、掌握转速调节器PI的稳态特征,它一般存在两种状况。饱和 输出达到限幅值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使转速调节器退出饱和,这时转速环相当于开环。不饱和 输出未达到限幅值,转速调节器使输入偏差电压在稳态时总是零。 当转速PI调节器线性调节输出未达到限幅值,则 由于积累作用使,即n= 保持不变直到,如图段所示。当转速PR调节器饱和输出为极限值,转速外环的输入量极性不改变,转速的变化对系统不再产生影响,转速PI调节器相当于开环运行,这样双闭环变为单闭环电流负反馈系统,系统由恒转速调节变为恒电流调节从而获得极好的下垂特性,如图中A-B段所示。 由上面分析可见,转速环要求电流迅速响应转
8、速n的变化,而电流环则要求维持电流不变。这不利于电流对转速的变化的响应,有使静特性变软的趋势。但由于转速环是外环,电流环的作用相当转速环内部的一种扰动作用而已,不起主导作用。只要转速环的开环放大倍数足够大,最后仍然能靠转速调节器的作用消除转速的偏差。3.4控制回路导线规格20 时导线截面积2.5mm 管径16mm 40时导线截面积2.5mm 管径16mm 四、系统电路控制图为了保证工件的加工精度和加工后表面光洁度,加工过程的速度就必须保持基本稳定,也就是说静差率不能太大,这就需要采用闭环控制。闭环系统静双闭环调压调速系统控制原理图特性可以比开环系统机械特性硬得多;闭环系统的静差率要比开环系统小
9、得多;如果所要求的静差率一定,则闭环系统可以大大提高调速范围。对于单闭环控制系统,若要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环就不能满足需要,所以本设计采用转速电流双闭环调速系统。电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值,因而,在突加给定时不希望有超调,或者超调越小越好,电流环在里边,作为内环;转速环在外边,作为外环,系统控制原理图如下:五、触发电路设计晶闸管的触发电路 晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲,保证晶闸管在必要时由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的放大和输出环节。 对于调压电路,要求顺序输出的触发脉冲依次间隔
10、60。触发顺序依次为VT1VT2VT3VT4VT5VT6,晶闸管必须严格按编号轮流导通,6个触发脉冲相位依次相差60O。触发电路总结: 经过两周的课程设计,让我印象深刻,设计一个东西并不容易,而在这两周的课程设计里,我们都付出了努力。在整个设计过程中,我们一起参与了整个过程,从电动机的选择一直到设计结束。电动机的型号的选择,这都是从图书馆书上找到的,经过我们一点一滴的筛选,到最后的确定方案,系统结构图等这些都从书上查的。在设计过程中,我们翻阅了大量的书籍,逐步按照课程任务,一一往下设计。我们是一个大团队,每个人都有参与其中,导线规格是根据电动机的容量确定的,我们在书上查阅的,选择合适的导线是非
11、常重要的,一根导线坏了,就会影响整个电动机的启动,电动机不能好好运行,后续的工作的无法进行,犹如咱们人体里的血管。熔断器、继电器、接触器的选择都是根据电动机选型的表上查阅的,是按一定要求做的,符合标准,根据型号选择我们所需要的东西。参考文献1王兆安,刘进安.电力电子技术(第5版).机械工业出版社,20092陈伯时.电力拖动自动控制系统(第2版)M. 机械工业出版社. 20053宋书中.交流调速系统.机械工业出版社.20114颜世钢,张承惠.电力电子问答.机械工业出版社.20075唐介.电机与拖动.高等教育出版社.20086李发海,王岩.电机与拖动.清华大学出版社.20057曲素荣,索娜. 电机
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