双闭环三相异步电动机调压调速系统设计

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2目录摘要..................................................................................................................3引言..................................................................................................................3一、方案和系统结构框图.....................................................................................3电动机的选型...............................................................................................3二、主电路设计..................................................................................................42.1晶闸管的选择.........................................................................................42.2晶闸管的保护环节的设计.........................................................................52.3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....................................................7三、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.........................................................................123.3调速系统静态参数分析..........................................................................153.4控制回路导线规格.................................................................................16四、系统电路控制图.........................................................................................16五、触发电路设计.............................................................................................17晶闸管的触发电路......................................................................................17总结................................................................................................................19参考文献..........................................................................................................193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nn1是异步电动机工作的必要条件。由于电动机转速n与旋转磁场转速n1不同步，故称为异步电动机。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。一、方案和系统结构框图1、电动机的选型:假设电动机工作于普通机床主轴传动系统中，设定最大转速为1440r/min，可选出电动机型参数如下：型号：Y132S-4额定功率：5.5KW满载时定子电流：12A满载时转速：1440r/min满载时效率：85.5%满载时功率因数：0.844堵转电流/额定电流：7A堵转转矩/额定转矩：2.2N.m铁芯长度：115mm气隙长度0.4mm定子外径：210mm定子内径：136mm定子线规根数-d：1-0.9mm每槽线数：47绕组形式：单层交叉节距：1~9mm定转子槽数Z1/Z2:36/322、系统结构确定如图所示二、主电路设计：2.1晶闸管的选择晶闸管选择主要根据变流器的运行条件，计算晶闸管电压、电流值，选出晶闸管的型号规格。在设备使用中，一般选择KP型普通晶闸管，其主要参数为额定电压、额定电流。5（1）额定电压TnU的选择考虑系统操作（如开关合闸）以及某些意外原因所导致短路时电压的值，所以应留有足够的裕量。根据使用经验,通常可以选择考虑2~3倍的安全裕量，通常按以下公式计算，TnU=（23）mU，则TnU=7601140V式中mU指的是晶闸管可能承受的最大电压值。此处根据电动机的型号mU=220V。（2）额定电流的计算()TAVI根据电动机的型号，TI=7A得出()(1.5~2)1.57TTAVII8.917A根据()TAVI、TnU查的晶闸管的型号是KP102.2晶闸管的保护环节的设计2.2.1过电流保护过电流是晶闸管电路经常发生的故障，是造成器件损坏的主要原因之一，因此，过电流应当首先考虑。由于晶闸管承受过电流能力比一般电器差的多，故必须在极短的时间将电源断开或把电流值降下来。在设计中可采用快速熔断器保护、电子线路控制的过电流保护以及过电流继电器保护。采用快速熔断器保护是最简单有效的过流保护器件，具有快速熔断的特性，在通常的发生短路中后，能快速熔断能保证在晶闸管损坏之前熔断自身而断开故障点，避免过电流烧坏管子。如图所示的接法对交流、直流侧过电流时均起作用，62.2.2过电压保护产生过电压原因晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其正向断态重复峰值电压DRMU一定值时，就会误导通，引起电路故障；当反向电压超过其反向断态重复峰值电压DRMU一定值时，晶闸管将会立即损坏，因此，必须采取过电压保护。为了抑制晶闸管的过电压，采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，如图所示电阻功率RP（W）为2610RmPfCU式中，f为电源频率50Hz，C为电容值，根据晶闸管额定电流查表得，电容为0.1F，mU为晶闸管的工作电压峰值220V。因此RP=0.968W。72.3主回路熔断器、接触器、热继电器选择由Y系列三相异步电机控制电器选择参考表得：型号为Y132S-4的异步电机的熔断器的型号为RLI30，接触器的型号为CJ20-25，热继电器的型号为JR20-16。2.4主回路导线规格由电机的额定电流查表得：导线尺寸（直径）1.25mm额定电流12.2A熔断电流45A电阻/m，在200C时电阻值为0.014一米长度的电感是1.41H相近的标准线规格（SWG）18相近的美国线规格（AWG）162.5主回路欠电压、漏电流等保护环节设计电气控制线路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在电气控制电路中应采取一定的保护措施，为避免因误操作而发生事故。保护环节也是所有自动控制系统不可缺少的组成部分，常用的保护环节包括短路、过载、过流、过压、失压等保护环节，如下图为具有欠压、过流、过载、短路保护的控制电路。82.6主回路调节器设计ASR-速度调节器；TG-测速发电机；AT-触发装置图3速度负反馈闭环调压调速系统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。9三、控制电路设计3.1电流调节器的设计3.1.1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。在一般情况下，当控制系统的两个时间常数iTT/110比时，典型Ⅱ型系统的恢复时间还是可以接受的，因此，一般按典型Ι型系统设计电流环。此外，为了按典型系统设计电流环，需要对电流环进行必要的工程近似和等效处理。3.1.2.电流环的结构的简化电流环的结构如图（3.1）所示。把电流环单独拿出来设计时，首先遇到的问题是反电势产生的反馈作用。在实际系统中，由于电磁时间常数T1远小于机电时间常数Tm，电流调节过程往往比转速的变化过程快得多，因而也比电势E的变化快得多，反电势对电流环来说，只是一个变化缓慢的扰动，在电流调节器的快速调节过程中，可以认为E基本不变，即△E=0。这样，在设计电流环时，可以不考虑反电势变化的影响，而将电势反馈作用断开，使电流环结构得以简化。另外，在将给定滤波器和反馈滤波器两个环节等效的置于环内，使电流环结构变为单位反馈系统。最后，考虑到反馈时间常数Ti和晶闸管变流装置间常数Ts比T1小得多，可以当作小惯性环节处理，并-+R3R2R1C1R510取T∑