三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 題 目三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 1122 學(xué) 號(hào) 姓 名 成 績(jī) _年_ 月_日目錄課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)6摘要9題目4: 三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真91概述101.1電機(jī)發(fā)展概述101.2 交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：101.3交流調(diào)速系統(tǒng)的分類112、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性112.1、異步電機(jī)固有機(jī)械特性112.2、異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性123、調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)133.1調(diào)壓電路133.2速度閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)133.3 缺相保護(hù)154、Matlab仿真164

2、.1調(diào)壓電路仿真模型164.2參數(shù)設(shè)置164.3仿真總電路圖174.4 仿真結(jié)果174.5結(jié)果分析185、小結(jié)19參考文獻(xiàn)19武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院信息工程系課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課程名稱： 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 李文彥 班級(jí)名稱： 自動(dòng)化1122 開(kāi)課系、教研室： 自動(dòng)控制 一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)課所必需教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)得到鞏固，并使學(xué)生得到運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的初步訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法完成某種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和一般方法，學(xué)會(huì)電路的設(shè)

3、計(jì)，電器元件參數(shù)的計(jì)算、選型以及系統(tǒng)特性分析和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。掌握從收集資料、方案比較論證到電路設(shè)計(jì)、計(jì)算的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，獲得初步的實(shí)踐鍛煉，進(jìn)一步提高學(xué)生的分析、綜合能力。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及基本要求 指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)學(xué)生的分組與課題選題，下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，指導(dǎo)、督促、檢查學(xué)生課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行情況，并結(jié)合答辯情況負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)完成后學(xué)生的成績(jī)考核。1 完成交直流調(diào)速系統(tǒng)電路（主電路、控制電路、保護(hù)電路等）的設(shè)計(jì)2 完成電路主要元件參數(shù)的計(jì)算及電氣元件的選擇3 進(jìn)行系統(tǒng)特性分析和評(píng)價(jià)4 繪制電路圖，編制程序5 完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)三、課程設(shè)計(jì)選題課程設(shè)計(jì)題目一般由指導(dǎo)教師提供，也可以經(jīng)老師審查后自主選題；課程

4、設(shè)計(jì)分組進(jìn)行，每組完成的內(nèi)容不能雷同。設(shè)計(jì)參考題目如下：1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.直流雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 6. 配合控制直流雙閉環(huán)自然環(huán)流系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.雙閉環(huán)邏輯無(wú)環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.直流單極式PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、課程設(shè)計(jì)步驟與方法1.根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，完成方案的分析和比較。2.在確定方案后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及指標(biāo)，完成主電路，控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。（1）主電路：要確定電路形式，電力電子元件選擇，保證可靠合理。（2）控制電路：選擇驅(qū)動(dòng)單元（模塊），

5、滿足控制特性。（3）保護(hù)電路：選擇合理的保護(hù)單元，確定系統(tǒng)運(yùn)行安全。3.進(jìn)行主要元器件的參數(shù)計(jì)算，在計(jì)算基礎(chǔ)上完成元器件的選擇。4.根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)特性分析，并作客觀評(píng)價(jià)。5.繪制電路圖或編制仿真程序。6.編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。五、學(xué)時(shí)分配進(jìn)度要求序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容所用時(shí)間（天）1設(shè)計(jì)方案的分析、比較、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料22主電路、控制電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)43電路主要元器件的參數(shù)計(jì)算和電氣元器件的選擇24系統(tǒng)特性分析和評(píng)價(jià)15繪制電路圖或編制程序36編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2合 計(jì)14六、其它教學(xué)環(huán)節(jié)及考核方式1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)內(nèi)容充實(shí)，層次清楚，文理通順，字?jǐn)?shù)不少于6000字。撰寫總體方

6、案設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。對(duì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理；撰寫單元電路設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。畫出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出元件計(jì)算書(shū)，列出元件清單。2.圖紙要求 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。3.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng) 定 項(xiàng) 目評(píng)分成績(jī)1態(tài)度認(rèn)真，組織紀(jì)律性好（20分）2設(shè)計(jì)方案合理，論證充分,有創(chuàng)新（20分）3獨(dú)立完成任務(wù)，設(shè)計(jì)正確，無(wú)原理性錯(cuò)誤（20分）4設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)文理通順，工整（10分5設(shè)計(jì)資料齊全，格式規(guī)范（10分）6答辯（20分）總分備注：成績(jī)等級(jí)：優(yōu)（90分100分）、良（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、

7、60分以下為不及格。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)課程名稱：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)/ Motion Control System課程類別：專業(yè)課學(xué)時(shí)/學(xué)分：10/2開(kāi)課單位：信息工程系電子工程教研室開(kāi)課對(duì)象：測(cè)控專業(yè)選定教材：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版） 陳伯時(shí) 機(jī)械工業(yè)出版社 2007.3參 考 書(shū)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，爾桂花，清華大學(xué)出版社，2002.10一、目的和要求1 課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)課所必需教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)得到鞏固，并使學(xué)生得到運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的初步訓(xùn)練。2 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法完成某種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3

8、 通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和一般方法，學(xué)會(huì)電路的設(shè)計(jì)，電器元件參數(shù)的計(jì)算、選型以及系統(tǒng)特性分析和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。4 掌握從收集資料、方案比較論證到電路設(shè)計(jì)、計(jì)算的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，獲得初步的實(shí)踐鍛煉，進(jìn)一步提高學(xué)生的分析、綜合能力。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)學(xué)生的分組與課題選題，下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，指導(dǎo)、督促、檢查學(xué)生課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行情況，并結(jié)合答辯情況負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)完成后學(xué)生的成績(jī)考核。6 完成交直流調(diào)速系統(tǒng)電路（主電路、控制電路、保護(hù)電路等）的設(shè)計(jì)7 完成電路主要元件參數(shù)的計(jì)算及電氣元件的選擇8 進(jìn)行系統(tǒng)特性分析和評(píng)價(jià)9 繪制電路圖，編制程序10 完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度要求序

9、號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容所用時(shí)間（天）1設(shè)計(jì)方案的分析、比較、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料22主電路、控制電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)43電路主要元器件的參數(shù)計(jì)算和電氣元器件的選擇24系統(tǒng)特性分析和評(píng)價(jià)15繪制電路圖或編制程序36編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2合 計(jì)14四、課程設(shè)計(jì)步驟與方法1 根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，完成方案的分析和比較。2 在確定方案后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及指標(biāo)，完成主電路，控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。（1）主電路：要確定電路形式，電力電子元件選擇，保證可靠合理。（2）控制電路：選擇驅(qū)動(dòng)單元（模塊），滿足控制特性。（3）保護(hù)電路：選擇合理的保護(hù)單元，確定系統(tǒng)運(yùn)行安全。3 進(jìn)行主要元器件的參數(shù)計(jì)算，在計(jì)算基礎(chǔ)上

10、完成元器件的選擇。4 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)特性分析，并作客觀評(píng)價(jià)。5 繪制電路圖或編制仿真程序。6 編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。五、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)與圖紙要求1撰寫總體方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。對(duì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。2. 撰寫單元電路設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。畫出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出元件計(jì)算書(shū)，列出元件清單。3. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)內(nèi)容充實(shí)，層次清楚，文理通順，字?jǐn)?shù)不少于6000字。5.設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)齊全，應(yīng)按GB4728要求繪制，可采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。6.設(shè)計(jì)不得抄襲或與他人類同，不得在網(wǎng)上下載整段內(nèi)容作設(shè)計(jì)內(nèi)容。六、課程設(shè)

11、計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng) 定 項(xiàng) 目評(píng)分成績(jī)1態(tài)度認(rèn)真，組織紀(jì)律性好（20分）2設(shè)計(jì)方案合理，論證充分,有創(chuàng)新（20分）3獨(dú)立完成任務(wù)，設(shè)計(jì)正確，無(wú)原理性錯(cuò)誤（20分）4設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)文理通順，工整（10分5設(shè)計(jì)資料齊全，格式規(guī)范（10分）6答辯（20分）總分備注：成績(jī)等級(jí)：優(yōu)（90分100分）、良（80分89分）、中（70分79分）、及格（60分69分）、60分以下為不及格。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課設(shè)指導(dǎo)及答辯時(shí)間安排自動(dòng)化1122（指導(dǎo)老師：李文彥） 周次星期一星期二（星期三星期四星期五第10周時(shí)間第1-2節(jié)（3個(gè)班全體設(shè)計(jì)前指導(dǎo)）5-6節(jié)地點(diǎn)4-4124-412第11周時(shí)間第1-2節(jié)第5-6，7-8節(jié),地點(diǎn)4-4

12、124-412（答辯）執(zhí)筆：李向明 審核： 審定： 日期：2015.11摘要本課程設(shè)計(jì)介紹了異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的幾大組成部分，并著重講述了三相異步電動(dòng)機(jī)（M）、測(cè)速發(fā)電機(jī)（TG）、晶閘管交流調(diào)壓器（TVC）的簡(jiǎn)單的工作原理。在了解異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了異步電動(dòng)機(jī)單閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。還將調(diào)壓調(diào)速與其他的調(diào)速方法相比，所具有的優(yōu)點(diǎn)以及不足之處。以轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)為例，基于Matlab語(yǔ)言開(kāi)發(fā)仿真軟件，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。關(guān)鍵詞:調(diào)壓調(diào)速；MATLAB；三相異步電動(dòng)機(jī)題目4: 三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真初始條件：1.三相異步電機(jī)參數(shù)： PN5.5KW，f5

13、0Hz，UAB380V ，nN1470r/min，定子電流IS18A，電流過(guò)載倍數(shù)1.52.交流電源：三相380V，頻率50Hz3.性能指標(biāo)：調(diào)速范圍5：1，轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度在10以內(nèi)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)10時(shí)，輸出電壓波動(dòng)不大于5。要求完成的主要任務(wù): 1. 主電路設(shè)計(jì)（可使用雙向晶閘管調(diào)壓電路）2. 控制電路設(shè)計(jì)（電壓或轉(zhuǎn)速閉環(huán)，觸發(fā)電路）3. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)（如缺相保護(hù)）4. 其它電路設(shè)計(jì)（如電源、變壓器等）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。滿足如下要求：1對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。2. 畫出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出系統(tǒng)參

14、數(shù)計(jì)算過(guò)程。3. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1概述1.1電機(jī)發(fā)展概述直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)上半葉的年代里，鑒于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電機(jī)，而約占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電機(jī)，這種分工在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問(wèn)世，并已獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到20世紀(jì)60-70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)

15、運(yùn)而生，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。1.2 交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：1.2.1 一般性能的節(jié)能調(diào)速在過(guò)去大量的所謂“不變速交流拖動(dòng)”中，風(fēng)機(jī)、水泵等通用機(jī)械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康囊话胍陨?，其中有不少?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^(guò)去的交流拖動(dòng)本身不能調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，因而把許多電能白白地浪費(fèi)了。如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在擋板和閥門上的能量節(jié)省下來(lái)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均都可以節(jié)約20-30%以上的電能，效果是很可觀的。1.2.2 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械過(guò)去多用直流

16、拖動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、慣量小、效率高，如果改成交流拖動(dòng)，顯然能夠帶來(lái)不少的效益。但是，由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣通過(guò)電樞電流施行靈活的實(shí)時(shí)控制。1.2.3 特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速直流電機(jī)的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過(guò)106kwr/min，超過(guò)這一數(shù)值時(shí)，其設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。交流電機(jī)沒(méi)有換向器，不受這種限制，因此，特大容量的電力拖動(dòng)設(shè)備，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。1.3交流調(diào)速系統(tǒng)的分類1.3.1 轉(zhuǎn)差功率消耗型這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中。在三

17、類異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。1.3.2 轉(zhuǎn)差功率饋送型在這類系統(tǒng)中，一部分轉(zhuǎn)差功率被消耗掉，大部分則通過(guò)變流裝置回饋給電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化成機(jī)械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低，能回收的功率越多，這類系統(tǒng)的效率是比較高的，但要增加一些設(shè)備。1.3.3 轉(zhuǎn)差功率不變型在轉(zhuǎn)差功率中，轉(zhuǎn)子銅損是不可避免的，在這類系統(tǒng)中，無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的轉(zhuǎn)子銅損部分基本不變，因此效率也較高。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能

18、的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速。2、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.1、異步電機(jī)固有機(jī)械特性根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個(gè)假定條件下：忽略空間和時(shí)間諧波，忽略磁飽和，忽略鐵損。交流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖2.5。圖2.1 異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式：其中，p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；w1為定子電源角速度； U1為定子電源相電壓； R2為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子電阻； R1為每相定子電阻； L11為每相定子漏感； L12為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子漏感； S為轉(zhuǎn)差率。當(dāng)s很小時(shí)，忽略分母中含s各項(xiàng)，則當(dāng)s較大時(shí)，忽略分母中s的一次項(xiàng)和零次項(xiàng)，則所以，當(dāng)s很小時(shí)，機(jī)械特性近似為一條直線；當(dāng)s較大時(shí)，機(jī)械特性

19、時(shí)一段雙曲線，如圖2.2所示。圖2.2異步電機(jī)固有機(jī)械特性2.2、異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。因此，改變定子電壓就可以得到不同的人為機(jī)械特性，如圖2.3所示，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖2.3異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL時(shí)，降壓調(diào)速的穩(wěn)定工作范圍為0s，調(diào)速范圍有限，如圖2.3中得A,B,C點(diǎn)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在不同電壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。如果帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載運(yùn)行，調(diào)速范圍可稍大一些，如圖2.3中的D,E,F點(diǎn)為風(fēng)機(jī)類負(fù)載在不同電壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。3、調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)3.1調(diào)壓電路要改變交流電流一般使用晶閘管交流調(diào)壓器。晶閘管交流調(diào)壓器用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)

20、或三個(gè)雙向晶閘管分別串聯(lián)接在三相電路中，用相位控制改變輸出電壓。我選擇使用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)，電路如圖3.1所示。圖3.1晶閘管交流調(diào)壓器3.2速度閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)如果要求帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)壓系統(tǒng)具有較大的調(diào)速范圍，往往需采用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3.2所示。圖3.2速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)圖3.3 ASR（PI調(diào)節(jié)器）速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：將速度給定值與速度反饋值進(jìn)行比較，比較后經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到控制電壓，再將此控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置輸出來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調(diào)節(jié)了加在定子繞組上的電壓的大小。因此，改變了速度給定值就改變了電

21、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采用了速度負(fù)反饋從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。同時(shí)當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)速度負(fù)反饋，能自動(dòng)調(diào)整加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓大小。由速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移，使調(diào)壓器的輸出電壓提高，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使速度回升，接近給定值。當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載在A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載增大引起轉(zhuǎn)速下降，反饋控制作用會(huì)自動(dòng)提高定子電壓，使閉環(huán)系統(tǒng)工作在新的A工作點(diǎn)。同理，當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，反饋控制作用會(huì)降低定子電壓，使系統(tǒng)工作在A，如圖3.3所示。圖3.3轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流一調(diào)壓調(diào)速形同靜特性3.3 缺相保護(hù)三相電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果電路中任一相出現(xiàn)斷電，都將造成其它兩相電流急劇

22、增大，如果三相電動(dòng)機(jī)沒(méi)有及時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在缺相的情況下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，三相電動(dòng)機(jī)繞組溫度會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)急劇升高，直至相間擊穿，燒壞電動(dòng)機(jī)。三相電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)就是使接觸器C在三相電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)斷相時(shí)能及時(shí)斷電釋放，迅速切斷三相電動(dòng)機(jī)電源，避免燒壞三相電動(dòng)機(jī)。三相電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)原理如下圖2：在交流接觸器觸點(diǎn)C1，下側(cè)A相和B相之間、B相和C相之間分別串接中間繼電器1C和2C，把中間繼電器1C和2C的常開(kāi)觸點(diǎn)1C1和2C1串接到控制回路交流接觸器C的自?；芈分校鐖D3.4所示。圖3.4三相電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)三相電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)過(guò)程如下：閉合隔離開(kāi)關(guān)GK，控制變壓器B工作，按下啟動(dòng)按鈕QA，交流接觸器的線圈C得電吸合

23、，接觸器觸點(diǎn)C1，接通主回路，電動(dòng)機(jī)有電運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)接觸器觸點(diǎn)C2接通，中間繼電器1C和2C得電吸合，觸點(diǎn)1C1和2C1接通，交流接觸器C自保，維持三相電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。三相電動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，按下停止按鈕TA交流接觸器C失電釋放，交流接觸器觸點(diǎn)C1斷開(kāi)，三相電動(dòng)機(jī)斷電，停止工作。交流接觸器觸點(diǎn)C1斷開(kāi)，中間繼電器1C和2C失電釋放，觸點(diǎn)1C1和2C1斷開(kāi)。三相電動(dòng)機(jī)工作中，如出現(xiàn)A或C相斷相，則中間繼電器1C或2C失電釋放，如B相斷相則中間繼電器1C和2C同時(shí)失電釋放，觸點(diǎn)1C1，2C1斷開(kāi)交流接觸器C的自保回路，交流接觸器C斷電釋放，三相電動(dòng)機(jī)斷電停止工作。因此，無(wú)論三相電源中任何一相斷電，三相

24、電動(dòng)機(jī)都能立即斷開(kāi)電源停止工作，從而達(dá)到三相電動(dòng)機(jī)的斷相保護(hù)作用。4、Matlab仿真4.1調(diào)壓電路仿真模型4.1.1三對(duì)晶閘管反并聯(lián)交流調(diào)壓器圖4.1晶閘管反并聯(lián)交流調(diào)壓器及其封裝4.1.2調(diào)壓電路圖4.2三相調(diào)壓電路4.2參數(shù)設(shè)置4.2.1 異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN5.5KW，f50Hz，UAB380V ，nN1470r/min，定子電流IS18A，電流過(guò)載倍數(shù)1.54.2.2 交流電源三相380V，頻率50Hz4.2.3性能指標(biāo)調(diào)速范圍5：1，轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度在10以內(nèi)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)10時(shí)，輸出電壓波動(dòng)不大于5。4.3仿真總電路圖圖4.5 仿真總圖4.4 仿真結(jié)果4.4.1電壓給定為12負(fù)載20時(shí)

25、，經(jīng)過(guò)0.6s達(dá)到最大轉(zhuǎn)速1280轉(zhuǎn)/分鐘，經(jīng)過(guò)4.7s轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速波動(dòng)為仿真如圖4.6所示。圖4.6電壓給定為12，負(fù)載20，電機(jī)變化過(guò)程4.4.2 電壓給定為16負(fù)載20時(shí)，經(jīng)過(guò)0.5s，速度在1470轉(zhuǎn)/分鐘，附近波動(dòng)，仿真如圖4.7所示。圖4.7電壓給定為16，負(fù)載20，電機(jī)變化過(guò)程4.4.3電壓給定為12，負(fù)載30時(shí)，經(jīng)過(guò)0.5s，速度在1470轉(zhuǎn)/分鐘，附近波動(dòng)，仿真如圖4.8所示。圖4.8壓給定為12，負(fù)載30，電機(jī)變化過(guò)程4.5結(jié)果分析通過(guò)對(duì)比圖4.6和圖4.7時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在給定為12時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)為2/1200=0.16%；在給定為16時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍

26、為40/1480=2.7%，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍未能達(dá)到5：1。在負(fù)載不變的情況下，當(dāng)在一定范圍內(nèi)增大給定時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)隨之上升；但當(dāng)給定大過(guò)一定值后，給定繼續(xù)增加，轉(zhuǎn)速也不會(huì)再隨之增加，保持在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。通過(guò)對(duì)比圖4.6和圖4.8時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在電壓給定不變負(fù)載改變的情況下，隨負(fù)載增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)間增大，最終速度都穩(wěn)定在1200轉(zhuǎn)/分鐘。在給定不變負(fù)負(fù)載改變且載轉(zhuǎn)矩不超過(guò)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)速動(dòng)能達(dá)到穩(wěn)定。5、小結(jié)經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我鞏固了課上所學(xué)的內(nèi)容，也加深了合作的意識(shí)，在一個(gè)人難完成時(shí)，合作是個(gè)很好的選擇，將任務(wù)細(xì)化，在分配后任務(wù)就不再多了，問(wèn)題也能在各種嘗試中得到一定的解決，比如在電機(jī)參數(shù)的選擇上，我們查找了一個(gè)程序，可以通過(guò)輸入定轉(zhuǎn)子阻值和電抗，頻率一定，就可以畫出機(jī)械特性，通過(guò)不斷的調(diào)整參數(shù)，最后選出符合要求的參