三相异步电动机的串级调速系统设计.docx

本科毕业设计题 S 三相异步电动机串级调速系统的设计姓名专 业电气工程及其自动化学号指导教师郑州科技学院电气工程学院二。一六年五月摘要ABSTRACT 前言II1串级调速系统总体设计O1.1串级调速系统的发展11. 1. 1改变电动机极对数调速 41. 1. 2电动机调节电压调速错误!未定义书签。1. 1. 3电磁转差离合器调速错误!未定义书签。I . 1. 4改变频率调速错误!未定义书签。II 5转子回路串电阻调速错误!未定义书签。1. 1. 6串级调速错误!未定义书签。1. 2本课题主要内容错误!未定义书签。1. 3交直流电机的不同错误!未定义书签。2串级调速系统工作原理及主电路的设计72. 1串级调速的工作原理72.2 主电路的设计112.3 逆变电路122.4 整流电路123主电路参数错误!未定义书签。3. 1电动机的基本参数及调速要求错误!未定义书签。3. 2逆变变压器电路的选择错误!未定义书签。3. 3晶闸管的选择错误!未定义书签。4. 4平波下电抗器的选择错误!未定义书签。5. 5保护电路143. 5. 1电流过载的保护错误!未定义书签。4控制电路的设计144.1主控制器的选择 144. 1. 1 STC89C51简介错误!未定义书签。4. 1. 2主要特性错误!未定义书签。4. 2控制电路的设计错误!未定义书签。4 . 31602液晶显示错误!未定义书签。5 .4控制系统的参数计算错误!未定义书签。4. 4.1电流环的设计和参数计算及推导过程154. 4. 2速度环的设计及其参数的计算推导过程164. 4.3双闭环系统的动态参数计算错误!未定义书签。5仿真曲线及工作特性的分析164.1 MATLAB 仿真164.2 编程软件Keil简介 184.3 串级调速系统的建模设计184.3.1 直流电路的传递函数184.3.2 电动机的传递函数195. 4系统的调速特性分析20第6章实作的焊接及调试226. 1实作的焊接226. 2串级调速系统的调试 256. 3系统调试256. 3. 1系统调试步骤256. 3. 2电流环调试266. 3.3速度环的调试266.4调试电路27结论27致谢29参考文献29附录一实物图31附录二程序O三相异步电动机的串级调速系统设计摘要串级调速是三相交流异步电动机调速的一种方法，串级调速的核 心思想就是将异步电动机的转子侧的电压经过三相桥式整流器改变 为直流电压，再将其直流侧由可控硅晶闸管组成的逆变电路产生的 及其相反的直流电势然后及三相桥式产生的直流电压串联，再之后 则通过来改变其逆变角的大小来达到改变电势的大小，从而达到最 终调速的最终目的，同时还能够极大的提高电动机的运行效率以及 及调速的经济性。本文将会依据三相交流电动机对于整个电力拖动系统的要求,决 定将采用晶闸管串级调速的方案来控制其拖动的电动机实现最终的 无级调速，最终满足电动机对于电力拖动系统的调速性能和节能的 要求。在本文主要中研究了三相异步电动机晶闸管串级调速系统的 主、辅电路的设计以及有关的技术问题的解决。其中包括系统的组 成及工作原理，主电路的设计，控制电路的设计，系统的静、动态 时的工作特性计算分析等。关键词：可控硅；串级调速；整流；逆变THE CASCADE SPEED CONTROL SYSTEM DESIGN OF THREE-PHASEASYNCHRONOUS MOTORABSTRACTThe speed of adjusting of each is to exchange a kind of adjusting the speed of asynchronous motor, Each transfer the thoughts of speed to turn into direct current pigeonhole through three-phase bridge type rectification asynchronous the rotor voltages of motors, And then in its direct current it inclines to be at silicon controlled rectifier against becoming circuit produce at opposite direct current tendency and three-phase bridge direct current who type produce pigeonholes and contacts, Change, The ones that still can improve the operational efficiency of the motor and adjust speed at the same time are economic.This text basis mine lifting machine pull systematic request to electricity, adopt silicon controlled rectifier each is it is it control it pull motor realize the stepless speed regulation to come rapidly to adjust, meet mine lifting machine pull to electricity system transfer speed performance and energy-conserving request. This text main research three phases exchange person who wind the line asynchronous motor silicon controlled rectifier each transfer speed systematic main fact, complement circuit design relevant technological questions. Including systematic composition and operation principle , main design of return circuit, control design of way of answering, quiet, dynamic performance characteristics computational analysis of the system, etc.The keywords ： Silicon controlled rectifier ； each adjusts speed； rectification； Go against and change、广 4 一刖S直流电动机及交流电动机两者的本质区别在于使用的电源不同， 由于交流电及直流电之间的区别造就了两种不同的电动机。直流电 动机在工作状态下其调速范围大且是无极调速，还能够通过对直流 电进行精确操控达到精确调速的效果。例如高精度的数控机床、龙 门车床等等大中型机械设备。不同于直流电机，交流电机也具备很 多种类，涉及生活中的各个领域，由于交流电动机具备成本低、易 维修，效率高等特点正在一步步的替代直流电动机成为主流产品。 交流电动机总体被分成异步和同步这两种电机。同步电动机具有以 下长处：转速恒定，电机的功率因数能够被改善、容量大。不足之 处是不能实现无极调速。鼠笼式电机应用在调速性能要求不高的环 境很适宜；对于一些需要经常启动制动的环境，由于其对于起、制 动的要求较高，并且还伴随有调速的需求，绕线式电动机就比较适 合这类环境。在本次毕业设计中采用的是绕线式电机，因为它起、 制动的过渡过程中变化非常平稳、运行时转速稳定、电机的转矩大, 在调速方面还要求一定的范围，启动制动时间短、能耗低，工作效 率高。特别是在一些起、制动频繁的环境中更加实用。经过仔细筛 选比较最终选择了绕线式电动机作为本次课程设计的设计对象，本 次设计将针对绕线式电机的串级调速系统进行设计制作，以求达到 电动机最终能实现良好的调速。三相绕线式异步电动机是在转子回路中串接一个转子的电动势 E2s在同频率下的附加电动Eadd则通过改变Eadd的值的大小和它的相位 可实现调速的功能。这样，电动机能在低速运行时，使得转子中的 转差率仅仅只有小部分会被转子绕组本身的电阻所消耗，而其余大 部分的则被附加电动势Eadd来吸收，再利用产生E的装置就可以把这 部分转差功率回馈到了电网上，使得电动机在低速条件下运行时仍 具有较高的工作效率。将这种在绕线式转子三相异步电动机的转子 回路中串接附加电动势来进行改变电动机转速的方法叫做串级调速 系统。串级调速就是在三相绕线式的异步电动机上的转子回路中在引 入了一个附加的电势从而产生的一种调速方法。串级调速的调速方 法及在转子中串电阻的方法有所不同，串级调速系统能够将在工作 状态下的电动机做的功进行吸收并利用（回馈电网也或是转化为机 械能送回到了电动机轴上），通过这种方法该系统的工作效率很高。 串级调速系统具备无级调速的特点而且在低速工作时的机械特性比 较硬，同时还完全的克服了转子串电阻调速的一些缺点，总而言之 串级调速系统具备效率高，无级调速以及低速状态下较硬的机械特 性，其是一种经济高效的电动机调速方法。1绪论随着社会的逐步发展，人类生产技术水平的不断创新，电力拖动 技术在各个行业当中所占的分量越来越重。人们的衣食住行越来越 离不开电力拖动技术，工厂的车间流水线都实现了电力拖动，生产 设备几乎都由电动机进行驱动，电力拖动设备在当今社会显得尤为 重要，电力拖动技术的核心是电动机，是通过各种调速技术实现控 制，要想使电机可以按照人们的想法实现运转，那么调速技术显得 尤为的重要。将串级调速装置和一个逆变变压器组合，并串接在电 动机的转子及电网相连部分中间，这种调速方法被称之为传统串级 调速。为了能将适当的附加电动势串入转子回路中，我们会将转子的 交流电转换成直流电。再将交流电整流成直流电之后在进行平波处 理,然后通过逆变器产生直流反电动势及此同时把转子转差功率逆 变成一个工频交流电势,再反馈到电网中进行吸收。调整逆变器的逆 变角可以实现等效电势大小的调节。传统串级调速也是改变逆变器 的逆变角实现反电势的调节。这种改变逆变角的方法被称之为移相 触发。而把逆变角固定在最小值的调速方法称之为现代串级调速,在固 定的逆变角下经过调节最终会产生一个恒定的直流反电动势，并通 过斩波器来调整等效电势的值。调节斩波器的导通时间以及斩波周 期的比率这种方法来调整在电动机转子回路中的等效电动势，进而 能够改变转子的电流以及转差率，最终实现调速的目的。使用逆变 变压器将转差功率重新吸收后再回馈到电网上面，这种调速方法就 是所说的外反馈式串级调速的概念。将一个反馈的绕组嵌放在电动 机的定子绕组的嵌槽中，定子铁心中的逆变变压器被反馈绕组和定 子绕组代替，其将转差功率通过反馈绕组和定子绕组进行吸收反馈 到电网中，这种调速方式被称之为内反馈的串级调速方式。如果电 机中有反馈绕组那这种电机称为内反馈电动机。使用这种内反馈的 方式会使电路省去逆变变压器，也能去掉一部分相关的电气设备， 使整个