双闭环三相异步电动机调压调速的系统设计与仿真课程设计

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1、 第 1 页 共 23 页 第 1 章 绪论 1.1 双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成 调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。 理论依据来自异步电动机的机械特性方程式： 其中，p 为电机的极对数； w1为定子电源角速度； U1为定子电源相电压； R2为折算到定子侧的每相转子电阻； R1为每相定子电阻； L11为每相定子漏感； L12为折算到定子侧的每相转子漏感； S 为转差率。 图 1-1 异步电动机在不同电压的机械特性 第 2 页 共 23 页 由电机原理可知，当转差率 s 基本保持不变时，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

2、电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机 转速的目的 1.2 双闭环三相异步电动机调压调速系统的工作原理 系统主电路采用 3 个双向晶闸管，具有体积小。控制极接线简单等优点。A.B.C 为交流输入端，A 3.B3.C3 为输出端，接向异步电动机定子绕组。为了保护晶闸管，在 晶闸管两端接有阻容器吸收装置和压敏电阻。 1.2.1 控制电路 速度给定指令电位器 BP1 所给出的电压， 经运算放大器 N 组成的速度调节器送入移 相触发电路。同时，N 还可以得到来自测速发电机的速度负反馈信号或来自电动机端电 压的电压反馈信号，以构成闭环系统，提高调速系统的性能。 1.2.2 移相触发电路 双

3、向晶闸管有 4 种触发方式。本系统采用负脉冲触发，即不论电源电压在正半周期 还是负半周期，触发电路都输出负得触发脉冲。负脉冲触发所需要的门极电压和电流较 小，故容易保证足够大的触发功率，且触发电路简单。TS 是同步变压器，为保证触发 电路在电源正负半波时都能可靠触发，又有足够的移相范围，TS 采用 DY11 型接法。 移相触发电路采用锯齿波同步方式，可产生双脉冲并有强触发脉冲电源（+40V）经 X31 送到 脉冲变压器的一次侧 第 3 页 共 23 页 第 2 章 双闭环三相异步电动机调压调速系统的设计方案 2.1 主电路设计 2.1.1 调压电路 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。

4、 目前广泛采用的交流调压器由晶 闸管等器件组成。 它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间通 过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。 这里采用三相全波星型 联接的调压电路。 图 2-1 调压电路原理图 2.1.2 开环调压调速 开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如下： Ua Ub Uc T2 T3 T5 T4 T6 R R R N T1 第 4 页 共 23 页 图 2-2 开环调压系统原理图 AT 为触发装置，用于调节控制角的大小来控制晶闸管的导通角，控制晶闸管输出 电压来调节加在定子绕组上的电压大小。 2.1.3 闭环调压调速 速度负

5、反馈闭环调压调速系统的工作原理：将速度给定值与速度反馈值进行比较， 比较后经速度调节器得到控制电压，再将此控制电压输入到触发装置，由触发装置输出 来控制晶闸管的导通角，以控制晶闸管输出电压的高低，从而调节了加在定子绕组上的 电压的大小。因此，改变了速度给定值就改变了电动机的转速。由于采用了速度负反馈 从而实现了平稳、平滑的无级调速。同时当负载发生变化时，通过速度负反馈，能自动 调整加在电动机定子绕组上的电压大小。 由速度调节器输出的控制电压使晶闸管触发脉 冲前移，使调压器的输出电压提高，导致电动机的输出转矩增大，从而使速度回升，接 近给定值。 第 5 页 共 23 页 图 2-3 系统调速结构

6、图 图 2-4 闭环调速系统原理图 2.2 控制回路设计 2.2.1 转速检测环节和电流检测环节的设计 1）电流调节器的设计原理 电流环的控制对象又电枢回路组成的大惯性环节与晶闸管整流装置，触发器，电流 互感器以及反馈滤波等一些小惯性环节组成。电流环可以校正成典型 1 型系统，也可以 校正成典型 2 型系统，校正成哪种系统，取决于具体系统要求。 调 节 器 晶 闸 管 调 压 装 置 异 步 电 动 机 转 速 反 馈 装 置 给 定 n U n U +- ct U 1 U n 图 5-9 调 压 调 速 系 统 静 态 结 构 框 图 第 6 页 共 23 页 由于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。从这个观点来说，应该把电流环校正成典型 1 型系统。但是，典型 1 型系统在电磁惯性时间常数较大时，抗绕性能较差。恢复时间 长。考虑到电流环还对电网电压波动又及时的调节功能，因此，为了提高其抗扰性能， 又希望把电流环校正成典型 2 型系统。