实验四 双闭环三相异步电动机串级调速系统
双闭环调速实验报告
实验四双闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成与各主要单元部件的原理。
(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法与参数的整定。
(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。
二、实验原理启动时，加入给定电压U g，“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速(即U g =U fn)，并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。
系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压U g的大小即可方便地改变电动机的转速。
“速度调节器”、“电流调节器”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。
“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压U ct，利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制αmax的目的。
在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机与光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试与控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。
图5-10 双闭环直流调速系统原理框图三、实验器材DJK01 电源控制屏、DJK02 晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK04 电机、调速控制实验I DJK08可调电阻、电容箱DD03-3电机导轨、光码盘测速系统与数显转速表、DJ13-1直流发电机、DJ15直流并励电动机、D42三相可调电阻慢扫描示波器万用表四、实验步骤(2)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
双闭环串级调速
双闭环控制的串级调速系统由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。
为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制方式。
由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是指起动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。
1. 双闭环控制串级调速系统的组成图1 所示为双闭环控制的串级调速系统原理图。
图中，转速反馈信号取自异步电动机轴上连接的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。
为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为。
图1 所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。
所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。
2. 串级调速系统的动态数学模型在图1 所示的系统中，可控整流装置、调节器以及反馈环节的动态结构框图均与直流调速系统中相同。
在异步电动机转子直流回路中，不少物理量都与转差率有关，所以要单独处理。
(1) 转子直流回路的传递函数根据图2 的等效电路图可以列出串级调速系统转子直流回路的动态电压平衡方程式式中U d0 ——当 s=1 时转子整流器输出的空载电压，U i0——逆变器直流侧的空载电压，；L——转子直流回路总电感，L = 2L D + 2L T + L LL D——折算到转子侧的异步电动机每相漏感，；L T——折算到二次侧的逆变变压器每相漏感，；LL ——平波电抗器电感；R ——转差率为 s 时转子直流回路等效电阻，。
于是，式(1)可改写成将式(2)两边取拉氏变换，可求得转子直流回路的传递函数式中T Lr ——转子直流回路的时间常数，；K i ——转子直流回路的放大系数，。
转子直流回路的动态结构框图如图3所示。
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*********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 (I)ABSTRACT (II)第1章双闭环三相异步电动机调压调速系统 (1)1.1设计原理 (1)1.2工作原理 (2)1.2.1 控制电路 (2)1.2.2 移相触发电路 (2)第2章设计方案 (3)2.1 主电路设计 (3)2.1.1 调压电路 (3)2.1.2 开环调压调速 (3)2.1.3闭环调压调速 (4)2.2 控制回路设计 (5)2.2.1转速检测环节和电流检测环节的设计 (5)2.2.2调速系统的静态参数分析 (9)2.3 触发电路设计 (11)第3章仿真设计 (12)3.1 调压电路 (12)3.1.1 调压电器的仿真模型 (12)3.1.2 参数的设定 (13)3.1.3电阻负载的仿真图形 (14)3.2 异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 (15)3.2.1 参数设定 (15)3.2.2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。
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
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和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；为定子电源角速度；w1U为定子电源相电压；1’为折算到定子侧的每相转子电阻；R2R为每相定子电阻；1为每相定子漏感；L11L为折算到定子侧的每相转子漏感；12S为转差率。
图1-1异步电动机在不同电压的机械特性由电机原理可知，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 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 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。
目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。
双闭环三相异步电动机调压调速心得体会
双闭环三相异步电动机调压调速心得体会
双闭环三相异步电动机调压调速是一种常见的控制技术，用于实现电动机的精确调节和控制。
通过对电动机的调压和调速，可以在不同的负载和工况下实现电动机的高效运行。
在实践中，我总结了一些关键的心得体会：
1. 理论基础：熟悉电动机的基本原理和工作特性是掌握调压调速技术的前提。
了解电动机的构造、转矩特性、绕组和定子的连接，可以更好地理解调压调速的原理和实现方式。
2. 控制策略：在双闭环控制中，内环控制是电流控制，外环控制是速度或转矩控制。
合理选择控制策略和参数调节方法，可以实现电动机的稳定运行和响应速度的提高。
3. 传感器选择：准确感知电动机的状态是实现调压调速的前提。
选择合适的传感器（如电流传感器、速度传感器）能够提供准确的反馈信号，为控制系统提供准确的输入。
4. 控制器设计：根据系统需求和控制策略选择合适的控制器。
PID控制器是常用的控制器类型，但根据实际情况可能需要采用其他控制算法。
5. 运行监测：定期对电动机进行运行监测，观察调压调速系统的性能和稳定性，及时发现和解决问题，确保电动机的正常运行。
需要注意的是，实施调压调速技术时，应遵守相关的安全操作规程，确保工作环境安全，避免事故发生。
双闭环三相异步电机串级调速系统毕业设计(可编辑修改word版)
摘要本毕业论文所研究的是双闭环三相异步电动机的串级调速的基本原理与实现方法。
对于绕线式异步电动机来说，由于改变其转子绕组控制变量以实现调速，转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。
通常转子电流随负载的大小决定，不能任意调节；而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速，缺点较多，所以转子侧的控制变量只能是电动势，这也是本文所要研究的重点之一。
利用串级调速系统，就是使绕线式异步电动机实现高性能调速的有效办法。
用转子串反电动势来代替电阻，吸收转差功率；用双闭环控制提高系统的静、动态性能。
把这种用附加电动势的方法将转差功率回收利用的调速称为双闭环串级调速。
这是本文所必须研究的，也是本文的核心所在。
并通过利用MATLAB 软件对双闭环串级调速系统进行仿真，仿真结果表明通过双闭环串级调速系统能及时地对给定速度进行反馈，提高调速的准确性。
关键词：双闭环；串级；调速；MATLAB.AbstractThe graduation thesis studies three-phase asynchronous motor is double loop bunch_rank speed-control of the basic principle and implement method. With wound rotor series, asynchronous motors can adjust speeds through control variables, which include electric current, electromotive force and resistance, etc. on the rotor side. Typically, the rotor current is determined by the load and cannot be adjusted freely. In contrast, adjusting rotor’s return circuit impedance tends to consume more power along with other disadvantages. Therefore, electromotive force should be the only control variable on the rotor side, which is also one of the major points research in this paper.In summary, concatenation control system is one effective means to realize high control ability in series-wound asynchronous motors. Specifically, it is used to replace resistance with rotor’s electromotive force and absorb slip power; and to enhance the static and dynamic capabilities of the system using double closed loop. We refer to this method of utilizing additional electromotive force to recycle slip power as concatenation control with double close loop, which is also the focus of this paper. And through the use of MATLAB software on the double closed loop bunch_rank speed- control system, and simulation draw simulation diagram,the results show that by double closed loop bunch_rank speed-control system can timely given speed feedback, to improve the accuracy of speedKeywords: double-loop；cascade；governor；MATLAB.目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)2串级调速的原理 (3)2.1异步电动机转子附加电动势时的工作情况 (3)2.2串级调速的功率传递关系 (4)2.3串级调速系统及其附加电动势的获得 (5)3双闭环三相异步电机的静态特性和动态特性 (9)3.1三相异步电动机串级调速开环工作机械特性 (9)3.2三相异步电动机单闭环ASR 系统静特性 (11)3.3双闭环调速系统的静态和动态特性 (13)4总体设计方案 (17)4.1双闭环三相异步电机串级调速各个模块的功能 (17)4.2串级调速系统设计 (23)4.3双闭环系统设计 (24)4.4总电路图的设计 (25)5系统仿真 (27)5.1仿真软件的简介 (27)5.2具体的软件仿真设计 (27)5.3系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析 (36)总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1绪论电力传动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置。
双闭环三相异步电动机调压调速系统设计
双闭环三相异步电动机调压调速系统设计引言：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n<n1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。
一、三相异步工作原理三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场。
转速的大小由电动机极数和电源频率而定。
旋转磁场的转速n1称为同步转速。
它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：n1=60f1∕p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，在相同点的转速的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可下，电磁转矩与定子电压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、、 (时的机械特性。
1 / 17sab 通风机负载特c”Ua1Sm n m b' 'c '>U'U>U11”T ema T L x二、设计流程: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，可选出电动机型参数如下：1440r/min12A 满载时定子电流：Y132S-4 额定功率：5.5KW 型号：0.84 满载时功率因数：满载时效率：85.5% 满载时转速：1440r/min2.2N.m /额定转矩：/额定电流：7A 堵转转矩堵转电流210mm 定子外径：115mm 气隙长度0.4mm 铁芯长度：1-0.9mm -d：136mm定子内径：定子线规根数1~9mm 绕组形式：单层交叉节距：47每槽线数：Z1/Z2:36/32 定转子槽数系统结构确定如图所示2 / 172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。
基于Matlab的双闭环三相异步电动机的串级调速仿真
台南山学院烟台烟电机与拖动课程设计题目基于Matlab的双闭环三相异步电动机的串级调速仿真姓名：庞超所在学院：计算机与电气自动化学院所学专业：自动化班级：09自动化02班学号： 200902010210指导教师：刘丽丽完成时间： 2012-9-23任务书电机与拖动是自动化专业的一门重要专业基础课。
它主要是研究电机与电力拖动的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。
通过学习使学生掌握常用交、直流电机、变压器及控制电机的基本结构和工作原理；掌握电力拖动系统的运行性能、分析计算，电动机选择及实验方法等。
电机与拖动课程设计是理论教学之后的一个实践环节，通过完成一定的工程设计任务，学会运用本课程所学的基本理论解决工程技术问题，为学习后续有关课程打好必要的基础。
一、设计课题基于Matlab的异步电动机调压调速系统的仿真二、课程设计的基本要求1．使学生具有自主设计电路原理读图、查阅参考书籍和手册及资料文献的能力。
2．设计、计算、文件选取、画出设计电路图3．撰写严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的电机与拖动课程设计报告。
三、电机与拖动课程设计时间1．设计电路原理读图、查阅参考书籍和手册及资料文献（1.5天）。
2．设计、计算、文件选取、画出设计电路图（1.5天）。
3．验收及校验（0.5天）4．完成课程设计报告（1.5天）四、课程设计报告要求课程设计报告要求字迹工整、文字通顺；其撰写内容包括：1．目录2．课程设计所用的基本知识3．参数计算、电路设计等。
4．总结5.参考文献摘要本文所讨论的是双闭环三相异步电动机的串级调速的基本原理与实现方法。
对于一般交流电动机的调速，我们都是从电动机的定子侧引入控制变量（改变定子供电电压、频率）来实现的，这对于转子处于短路状态的交流鼠笼型转子异步电动机是唯一途径。
但是，对于绕线式异步电动机来说，由于改变其转子绕组控制变量以实现调速，转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。
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南昌大学实验报告
学生姓名：学号：专业班级：自动化121班
实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：实验四双闭环三相异步电动机串级调速系统一．实验目的
1．熟悉双闭环三相异步电动机串级调速系统的组成及工作原理。
2．掌握串级调速系统的调试步骤及方法。
3．了解串级调速系统的静态与动态特性。
二．实验内容
1．控制单元及系统调试
2．测定开环串级调速系统的静特性。
3．测定双闭环串级调速系统的静特性。
4．测定双闭环串级调速系统的动态特性。
三．实验系统组成及工作原理
绕线式异步电动机串级调速，即在转子回路中引入附加电动势进行调速。
通常使用的方法是将转子三相电动势经二极管三相桥式不控整流得到一个直流电压，再由晶闸管有源逆变电路代替电动势，从而方便地实现调速，并将能量回馈至电网，这是一种比较经济的调速方法。
本系统为晶闸管亚同步闭环串级调速系统。
控制系统由速度调节器ASR，电流调节器ACR，触发装置GT，脉冲放大器MF，速度变换器FBS，电流变换器FBC等组成，其系统原理图如图7-2所示。
四．实验设备和仪器
1．MCL系列教学实验台主控制屏。
2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。
3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）。
4．电机导轨及测速发电机、直流发电机
5．MEL—03三相可调电阻器(或自配滑线变阻器450Ω，1A)
6．绕线式异步电动机
7．MEL—11组件
8．直流电动机M03
9．双踪示波器。
．
10．万用表
五．注意事项
1．本实验是利用串调装置直接起动电机，不再另外附加设备，所以在电动机起动时，必须使晶闸管逆变角β处于βmin位置。
然后才能加大β角，使逆变器的逆变电压缓慢减少，电机平稳加速。
2．本实验中，α角的移相范围为90°～150°，注意不可使α＜90°，否则易造成短路事故。
3．接线时，注意绕线电机的转子有4个引出端，其中1个为公共端，不需接线。
4．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。
5．测取静特性时，须注意电流不许超过电机的额定值（0.55A）。
6．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
逆变变压器采用MEL-03三相芯式变压器的高压绕组和中压绕组，注意不可接错。
7．电源开关闭合时，过流保护、过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。
8．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。
9．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。
10．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。
11．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。
12．绕线式异步电动机：P N=100W，U N=220V，I N=0.55A，n N=1350，M N=0.68，Y接。
六．实验方法
1．移相触发电路的调试（主电路未通电）
（a）用示波器观察MCL—33（或MCL—53）的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅值相同的双脉冲；将G输出直接接至U ct，调节Uct，脉冲相位应是可调的。
（b）将面板上的U blf端接地，调节偏移电压U b，使U ct=0时，α接近1500。
将正组触发脉冲的六个键开关“接通”，观察正桥晶闸管的触发脉冲是否正常（应有幅值为1V～2V 的双脉冲）。
（c）触发电路输出脉冲应在30°≤β≤90°范围内可调。
可通过对偏移电压调节电位器及ASR输出电压的调整实现。
例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现β=30°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使β=90°。
2．控制单元调试
按直流调速系统方法调试各单元
3．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。
a．断开ASR（MCL—18或MCL—31）的“3”至U ct（MCL—33或MCL—53）的连接线，G（给定）直接加至U ct，且Ug调至零。
直流电机励磁电源开关闭合。
电机转子回路接入每相为10Ω左右的三相电阻。
b．三相调压器逆时针调到底，合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，
使U uv 、Uvw 、Uwu=230V 。
c ．缓慢调节给定电压U g ，使电机空载转速达到最高，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至一定负载的范围内测取7～8点，读取测功机输出转矩M （或直流发电机输入电压U
d ，输出电流i d ）以及被测电动机转速n 。
注：若采用直流发电机，转矩可按下式计算
n P R I U I M O S G
G G /)(55.92
++= 式中 ：
M ——三相异步电动机电磁转矩； I G ——直流发电机电流； U G ——直流发电机电压； R S ——直流发电机电枢电阻；
P 0——机组空载损耗。
不同转速下取不同数值：n=1500r/min ，Po=13.5W ；n=1000r/min ，Po=10W ；n=500r/min ，Po=6W 。
3．闭环系统调试
MCL —18（或MCL —31）的G （给定）输出电压U g 接至ASR 的“2”端，ACR 的输出“7”端接至U ct 。
三相调压器逆时针调到底。
调节Uct ，使ACR 饱和输出，调节限幅电位器RP1，使β=30O 。
合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv 、Uvw 、Uwu=230V 。
调节给定电压U g ，使电机空载转速n 0=1300转/分，观察电机运行是否正常。
调节ASR,ACR 的外接电容及放大倍数调节电位器，用慢扫描示波器观察突加给定的动态波形，确定较佳的调节器参数。
4．双闭环串级调速系统静特性的测定
调节给定电压U g ，使电机空载转速n 0=1300转/分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取测功机输出转矩M （或直流
5．系统动态特性的测定
用慢扫描示波器观察并用示波器记录：
（1）突加给定起动电机时的转速n ，定子电流i 及输出U gi 的动态波形。
（2）电机稳定运行时，突加，突减负载时的n, I,U gi 的动态波形。
七．实验报告
1．根据实验数据，画出开环，闭环系统静特性n =f (M)，并进行比较。
2．根据动态波形，分析系统的动态过程。