双闭环三相异步电动机调压调速系统的仿真设计

吉林建筑大学城建学院课程设计报告题目名称双闭环三相异步电动机调压调速系统的仿真院（系）电气信息工程系课程名称电力拖动自动控制系统班级电气11-1学号110090121学生姓名李林指导教师柏逢明起止日期2015.3.2-2015.3.13目录摘要……………………………………………………………………IABSTRACT……………………………………………………………………………II第1章双闭环三相异步电动机调压调速系统……………………………………11.1设计原理…………………………………………………………11.2工作原理………………………………………………………………21.2.1控制电路…………………………………………………………21.2.2移相触发电路……………………………………………………2第2章设计方案………………………………………………………32.1主电路设计…………………………………………………………32.1.1调压电路…………………………………………………………32.1.2开环调压调速………………………………………………………32.1.3闭环调压调速…………………………………………42.2控制回路设计……………………………………………………52.2.1转速检测环节和电流检测环节的设计……………………………52.2.2调速系统的静态参数分析………………………………………92.3触发电路设计……………………………………………………………11第3章仿真设计……………………………………………………………123.1调压电路……………………………………………………………123.1.1调压电器的仿真模型………………………………………………123.1.2参数的设定………………………………………………………133.1.3电阻负载的仿真图形………………………………………………143.2异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块………………………153.2.1参数设定……………………………………………………………153.2.2闭环调压……………………………………………………………18结论………………………………………………………………………………21致谢…………………………………………………………………………………22参考文献……………………………………………………………………………23摘要调压调速是变转差率调速的一种。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。改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。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。晶闸管三相交流调压电路的连结方式很多，各有其特点。双闭环调压调速特性以前用饱和电抗器，现在广泛采用晶闸管调压电路。在前面所述的开环系统的调速中，其机械特性软，调速范围较窄。加转速负反馈系统环节后成了调压调速的闭环控制系统。调速范围变大了。三相异步电动机的结构主要由定子和转子两大部分组成。测速发电机TG测得电动机转速即测速发电机的u∝n,当n↑→u↑,将u与给定电压比较得到一个电压变化值，将这个变化值作为放大器的输入端，经放大后的输出为触发器的发出信号，使触发器发出发出一定相位的脉冲，晶闸管调压器就输出一定值的电压，调节给定电压的大小就可以得到不同输出电压，从而达到调速的目的。本文基于matlab软件进行设计仿真。关键词：调压调速；双闭环；三相异步电动机；matlabABSTRACTThepressureregulatingspeedisavariableslipspeed.Bytheprincipleknownasmotorslipsremainedbasicallyunchanged,theelectromagnetictorqueandstatorvoltageofthemotorisdirectlyproportionaltothePingFangcheng,therefore,statorvoltagecanbeartificiallydifferentmechanicalproperties,soastoachievethepurposeofregulatingtherotationspeedofthemotor.AlteringthevoltageinthestatorisrealizedthroughACvoltageregulator.NowwidelyusedinACvoltageregulatoriscomposedofathyristordevices.Itisthethreebidirectionalthyristorsarerespectivelyconnectedtothethree-phaseACpowerandthree-phasestatorwinding,theterminalvoltagebyadjustingthethyristorconductionangletoadjustthesizeoftheaddedtothestatorwinding.Thyristorthree-phaseACvoltageregulatingcircuitconnectedinmanyways,eachwithitsowncharacteristics.Doubleclosedloopvariablevoltageandspeedcharacteristicspreviouslyusedsaturatedreactor,isnowwidelyusedthyristorvoltageregulatingcircuit.Speedopen-loopsystemdescribedinthepreceding,themechanicalcharacteristicsofsoft,narrowspeedrange.Addspeednegativefeedbacksystemlinksintoaclosedloopvariablevoltagespeedcontrolsystem.Largerspeedrange.Thestructureofthethree-phaseasynchronousmotoriscomposedoftwopartsofstatorandrotor.TachometergeneratorTGmeasuredmotorspeedisnutachogenerator,relax,whennuuwiththegivenvoltagewilldecrease,comparedtogetachangeofvoltagevalue,thechangeofvalueastheinputsoftheamplifier,theamplifiedoutputsignalissuedforflipflops,makethehairofcertaintriggerpulsephasetheregulatoroutputvoltage,havecertainvalueofthyristorregulatingvoltage,giventhesizeoftheoutputvoltagecanbeobtained,soastoachievethepurposeofspeed.ThispaperdesignandsimulationbasedonMATLABsoftware.Keywords:variablevoltagespeedcontrol;doubleclosed-loop;three-phaseasynchronousmotor;MATLAB第1章双闭环三相异步电动机调压调速系统1.1设计原理对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。交流异步电动机机械特性的参数表达式如下：变压调速是异步电动机调速方法中的一种，由三相异步电动机机械特性参数表达式可知，当异步电动机等效电路的参数不变时，在相同点的转速下，电磁转矩eT与定子电压SU的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定负载转矩下的转速。本实验即采用定子调压调速系统，就是在恒定交流电源与交流电动机之间接入晶闸管作为交流电压控制器，即改变定子电压调速。如下图画出了定子电压为1U、'1U、1U('111UUU)时的机械特性。图1-1异步电动机在不同电压的机械特性TLa’b’c’U”1cabnmsSmTemaxU1U1’U1”通风机负载特性2'21'1'23lrlsrSrsLLSRRSRUT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，A3.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2章设计方案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。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：UbUcT3T5T4T6RRRN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。图2-3系统调速结构图图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，触发调节器晶闸管调压装置异步电动机转速反馈装置给定nUnU+-ctU1Un图5-9调压调速系统静态结构框图器，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