串级调速系统的仿真与设计
湖南科技大学
信息与电气工程学院
《课程设计报告》
题目：串级调速系统的仿真与设计
专业：电气工程及其自动化
班级：电气三班
姓名：
学号：
指导教师：吴新开
任务书
题目串级调速系统的仿真与设计
时间安排第十七、十八周
目的：应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。
要求：1、异步电机的最大负载功率为P=7.5KW。
2、生产工艺要求电机不可逆转，传动系统能实现无级平滑调速，调速范围D=20。
3、生产过程中要求传动系统有较高的调速精度，低速时静差率S≤0.01。
4、系统动态指标要求电流超调量小，转速抗干扰性及跟随性好。
总体方案实现：
利用Matlab/Simulink和Power System工具箱，建立系统的电气原理结构模型，系统的建模过程接近实际电路设计过程。
指导教师评语：
评分等级：（）
指导教师签名：
一、串级调速原理
绕线转子异步电动机用转子串接电阻、分段切换可进行调速，此法调速性能与节
能性能都很差。采用转子回路引入附加电动势，从而实现电动机调速的方法称为串级调速。晶闸管串级调速是异步电动机节能控制广泛采用的一项技术，目前国内外许多著名电气公司均生产串级调速系列产品。串级调速的工作原理是利用三相整流将电动机转子电动势变换为直流，经滤波通过有源逆变电路再变换为三相工频交流返送回电网。
串级调速主电路如图1-1所示，逆变电压U
β
为引入转子电路的反电动势，
改变逆变角β即可以改变反电动势大小，达到改变转速的目的。U
d
是转子整流后的直流电压，其值为。当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，
则整流电压U
d 与逆变电压U
β
大小相等方向相反。当逆变变压器T1二次线电压为
U
2l
时，则
所以
上式说明，改变逆变角β的大小即可以改变电动机的转差率，实现调速。
通常电动机转速越低返回电网的能量越大，节能越显著，但调速范围过大将使装置的功率因数变差，逆变变压器和交流装置的容量增大，一次投资增高，过串级调速比宜定在2:1以下。
图1-1 串级调速主电路
二、调速过程
1. 起动
接通KM1、KM2，利用频敏变电阻器起动电动机。当电动机起动后，断开KM2接通KM3，电动机转入串级调速。
2. 调速
电动机稳定运行在某转速此时U
d = U
β
，如β角增大则U
β
减少，使转子电流
瞬时增大，致使电动机转矩增大转速提高、使转差率s减少，当U
d 减少到U
β
相
等时，电动机稳定运行在较高的转速上；反之减少β的值则电动机的转速下降。
3. 停车
先断开KM1，延时断开KM3，电动机停车。
三、参数计算
1. 电机选择
本设计选取三相异步电动机，调速范围为D= 20。三相异步电动机主要技术数据如下：
额定输出功率7.5KW；定子绕组额定线电压380V；
定子绕组额定相电流12A; 定子绕组每相电阻0.5欧姆；
定子绕组接线形式Y；转子额定转速980rpm;
转子形式:鼠笼式；转子每相折算电阻:3欧姆；
转子折算后额定电流30A；额定功率因数：0.75；
电机机电时间常数2S; 电枢允许过载系数1.5；
电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%;
环境温度:-40~+40摄氏度;环境相对湿度:10~90%.
转差率：3%；调速范围：D＝20；
电流超调量小于等5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;
稳速精度：0.03.
2. 逆变变压器参数计算
逆变变压器二次线电压：
逆变变压器容量：
因为I T2N = I2N，所以：
3. 整流电路和逆变电路器件选择
直流回路的额定电流：
因为整流电路和逆变电路器件的电压和电流基本相同，所以：
选取I T = 100 A 的器件。
上式中，对于三相桥式电路，电感性负载K I = 0.368；I dm为直流回路的电流最大值，I dm = 1.8I dN = 121.8A 。
逆变变压器二次电压峰值：
因而:
选取U T = 900 V 的器件。
选取六只型号为ZP100－9的功率二极管为整流器件，六只型号为KP100－9的晶闸管为逆变器件。
4. 电动机参数计算
由电机学得：
额定转差率：
定子相电阻（星形联接）
电动机额定转矩
折算到定子侧的总电抗
则折算到转子侧的总电抗，而
对应的等效电感：
转子相电阻
所以折算到转子侧的电动机相电阻
5.平波电抗器电阻和电感计算
按电流连续要求的电感量：其中=0.693。
按限制电流脉冲要求的电感：
其中三相桥式。
综合上述两个方面，平波电抗器电感
6. 其他参数确定
当s = 1时主回路等效电阻：
回路总电感：
最高转速：
最低转速：
K
z
= 1.15
四、晶闸管的保护
1. 晶闸管关断过电压及其保护
过电压是指超过晶闸管在正常工作时应承受的最大峰值电压，即U
T ＞U
Tm
。其
主要有两种类型，一是器件及电路的开关过程引起的冲击过电压(也称为操作过电压)，二是雷击或其他外来冲击与干扰引起的浪涌过电压。过电压保护的主要任务就是采取有效措施将频繁发生的操作过电压和偶然发生的浪涌过电压抑制在安全范围之内，以确保晶闸管不受过电压损坏。
1)关断过电压的产生
晶闸管在承受反压而关断的过程中，管子内部的残存载流子在反向电压作用下形成瞬时反向电流。由于反向电流的消散速度极快，即很大，于是在线路电感中产生很大的感应电动势，该电动势与电源电压串联，并通过导通的晶闸管加在刚关断的晶闸管两端，使刚关断的晶闸管出现瞬时过电压，其过电压峰值可达正常工作电压峰值的5—6倍。
2)保护措施
关断过电压保护的最简单、最常用的方法是在晶闸管两端并联电容c，利用电容两端电压不能突变的特性来吸收尖峰过电压。实用时，为了阻尼LC振荡并限制晶闸管的开通损耗和电流上升率，还应在电容支路中串接电阻，如图4-1，称为阻容吸收电路。阻容吸收电路应尽量靠近晶闸管，且引线要尽量短。
图4-1 晶闸管保护电路
2. 交流侧过电压及其保护
1)交流侧过电压的产生
交流侧过电压通常发生在以下几种情况：
(1)由高压电源供电或变比很大的变压器供电，在一次侧合闸瞬间，由于一、
二次绕组间存在分布电容，一次侧高压通过分布电容稠合到二次侧，使二次侧出现瞬时过电压。
(2)与整流装置并联的其他负载切断时，由于电源提供的总电流突然减小，
会在变压器漏电感中产生感应电动势，使变压器二次侧出现瞬时过电压。(3)在整流变压器空载且电源电压过零时一次侧拉闸，由于变压器激磁电流
突变导致二次侧感应出很高的瞬时过电压。
(4)由于雷击或从电网侵入的高电压干扰而产生的浪捅过电压。
2)保护措施
(1)阻容吸收保护
抑制交流侧操作过电压的最常用、最有效的方法就是并联阻容吸收电路，接法如图4-2所示。阻容吸收保护应用广泛、性能可靠，但体积较大，且在正常运行时电阻要消耗能量，特别是不能完全抑制能量较大的浪涌过电
压。所以它只适用于峰值不高、过电压能量不大以及要求不高的场合。对于浪涌过电压通常采用阎型避雷器，此外对于交流侧过电压还可采用非线性吸收装置，常用的有压敏电阻保护和硒堆保护等。
图4-2 交流侧的阻容吸收保护
(2)压敏电阻保护
压敏电阻是以氧化锌为基体的金属氧化物非线性电阻，它有两个电极，具有正、反向对称的伏安特性。正常工作时，压敏电阻的漏电流仅为微安级，故损耗很小。当出现尖峰过电压时，压敏电阻被击穿，可泄放数干安培的放电电流，而其两端电压基本不变，类似于稳压管具有稳压特性，因此具有很强的抑制过电压能力。此外压敏电阻还有反应快、体积小、价格便宜等优点，是一种较理想的过电压保护元件，应用非常广泛。图2—25所示为压敏电阻保护的几种接法。
(3)硒堆保护
硒堆由成组串联的硒整流片构成。正常工作时，总有一组硒堆处于反向工作状态，漏电流很小。当出现尖峰过电压时，硒堆被反向击穿，反向电流迅速增大以吸收过电压能量，从而限制了过电压数值。由于硒片面积较大，故击穿时只是饶焦几个点，待过电压消失后，硒片还可恢复正常工作，继续起保护作用。但硒片体积大、反向伏安特性不陡，且长期不用时会产生“储存老化”现象导致失效，所以目前较少采用。
综上所述，查资料得C = 0.25μF，R = 20Ω。
五、电动机起动
1直接起动
= 30°、s = 1，逐渐增大β的值，使逆如图5-1a所示,起动时，β
min
变器输出电压减少，电动机平稳加速，直至所需转速。采用直接起动所配置的串级调速设备容量要大些，这是因为起动时冲击电流和其作用时间较大，这样必然造成了一定的设备容量的浪费。
2并联电阻起动
如图5-1b所示,这种起动方式虽然增加了一套附加起动设备，但转于回路主要设备的耐压和容量只需按调运范围的要求来选择，从设备的总投资上来看是经济合理的。这种方式还有一优点，即一旦串级调连装置发生意外故障，异步电动机可以脱离串调状态，而用附加起动设备正常起动到高速运行。
a b
串级调速的启动方式
六、控制电路
晶闸管由关断状态变为导通状态的外部条件有二：第一就是在电路中阳极的电位高于阴极的电位：第二是在门极与阴极问加一适当的正向电压、电流触发信号。这个触发信号是由触发器提供的。晶闸管整流器直流输出电压，可用改变整流角α来调整，同样逆变器交流输出亦可通过改变逆变角β来实现，而α、β角的变化是靠触发电路中触发脉冲的移相方法来实现的。因此，触发器的可靠性直接关系列交流器工作的成败。每相触发器一般由各自独立的同步信号发生器、比较环节、脉冲整形、放大及输出环节等组成。对于晶闸管串调逆变器还要加设移相角限位和脉冲封锁等电路环节。
触发脉冲与主电路必须同步，晶闸管串调装置中的逆变电路，其晶闸管必须按一定的相位和顺序触发，因此，触发电路与逆变主电路之间有一定的相位对应关系。所谓同步，就是通过供给各触发单元电路不同相位的交流电压，使得各触发器分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲，从而保证各晶闸管可以按顺序获得触发。因此，正确选择触发电路的同步信号，是保证串调逆变工作成败与
否的关键所在。
七、系统的建模
1、主电路的建模
晶闸管异步电动机串级调速系统的主电路主要由 晶闸管三相全控桥式有源逆变器 UI 、三相桥式二极管 转子整流器 UR 、绕线式异步电动机 M 、逆变变压器 TI 、滤波电抗器 Ld 等组成。根据三相绕线式异步电动 机晶闸管串级调速系统的组成框图，利用 Simulink 和 Power System 工具箱，在同步电源与六脉冲触发器模 型封装后，将六脉冲触发器输出的脉冲放大，与其他 模块连接，即可建立主电路仿真模型。
与实际电路不同的是，这里的电流反馈信号直接 引用了晶闸管有源逆变器 UI 输出的电流，转速反馈直 接采用电 机输出信 号测量分 路器中的 电机转速 ωm(rad/s)。
2、控制系统的建模
由转速电流双闭环控制的晶闸管异步电动机串级 调速系统的电气原理框图可以看出，控制电路主要包 括如下环节：电流调节器 ACR 、转速调节器 ASR 、限 幅器、偏置器、反向器。其中电流调节器 ACR 和转速 调节器 ASR 都用 PI 调节器。利用 Simulink 和 Power System 工具箱可建立这些模块，然后按系统的电气结 构关系连接起来即可得到转速、电流双闭环控制的晶闸管串级调速系统的仿真模型如图所示。
m
Wm
逆变变压器 TI
逆变桥 UI
g
Tm A m
a 平波电抗器 L d
i +
A
a
A
B
+
+ - Vi
+
A c
A
B C
b
B +
b
B
-
-
A
c
C
c1
+
Yg
c
C
转子整流桥 UR 绕线式异步电动机 M
A c 2
-K -
+ V - Vab AB BC CA
TL
数据采集 0.5
K - 电流反馈
负载转矩
脉冲触发器
+ V - Vbc 200
-
+ +
-K -
+
- + V +
PID
ASR
- Vca -1
+ PID ACR
+
限幅器
t
转速给定
限幅器
-150
偏置
3、仿真调试的步骤
根据上述调速原理，对系统的调试步骤如下：
（1）平波电抗器 Ld 参数整定
逆变器的逆变角在90~150间变化时，三相不可控整流器UR整流输出直流电压 Ud 对应地在 0V~240V间变同时异步电机的转速输出在1500r/min~0r/min 间变化，据此整定 Ld =50mH。这一步是非常关键的，只有在正确地整定出 Ld 的大小后，系统的硬件设计才真正完成，接下来才能对该系统进行调试。
（2）双闭环调速系统参数整定这是一个双闭环调速系统。首先调节内环，即电流调节器 ACR，然后再调节外环，即转速调节器 ASR。按先调稳态精度，后调动态指标的调试原则进行系统
调试。经调试、优化后，电流调节器 ACR 的 Kp =2，
Ki =10，限幅值为 60；转速调节器 ASR 的 Kp =2，Ki =8，限幅值为 40；转速反馈系数为α=1，电流反馈系数为=0.5。通态电感 0H，管压降 0.8V，吸收电
阻 10?，吸收电容。其仿真结果如图所示
1200
1000
800
600
400
200
负载转矩
实际转速
-200
0 0.5 1 1.5 2
2.5 3
3.5
t/s
阶跃响应曲线 斜坡响应曲线 4、仿真结果分析：
从系统仿真结果可以看出：
（1）由图 4a 可见，对阶跃输入信号：稳态时仿 真系统的实际转速能够实现对给定转速的良好跟随， 且稳态无偏差；而在动态过渡过程中，仿真系统的实 际转速对阶跃给定信号的跟踪有一定的偏差。
（2）由图 4b 可见，对斜坡信号而言：系统的稳 态和动态跟踪性能都很好。 （3）负载转矩突降(图 4a 、b)，系统输出出现短 时速升，但系统经过自身调节，很快得到恢复。可见 系统具有较强的抗负载扰动和电网电压扰动的能力。 （4）调速范围宽：转速可从 50r/min~1500r/min 之间连续可调。
5、结论：通过转速电流双闭环晶闸管串级调速系统的仿真实验和分析可得出以下结论：面向系统电气原理图的仿真方法是正确、可行的。串级调速系统的仿真模型是正确的，可以作为后续串级调速系统设计研究的基础，加以开发和利用。用面向系统电气原理图的仿真方法对系统进行仿真分析，可以很方便地对各种工程设计方案进行验证，节约大量人力物力，从而实现高效、成功的系统设计和分析。
[参 考 文 献]
[1] 姜华 , 伍小杰 , 韩晓春 ，基于 MATLAB ／SIMULINK 的双三相异步电机
的仿真模型及性能 研究[J]，大电机技术, 2006, (6).
1200
负载转矩
1000 800 600 400 200 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
[2] 洪乃刚，电力电子和电力拖动控制系统的
MATLAB仿真[M]，北京: 机械工业出版社, 2006.
[3] 陈伯时, 陈敏逊，交流调速系统[M]，北京: 机械工业出版社, 1998.
交流调速系统概述
交流调速系统概述 1.1、交流调速系统的特点 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,这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的。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。相比于直流电动机，交流电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。 随着电力电子技术，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，交流可调传动得到了广泛的发展，诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。 1.2交流调速系统的应用 由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：（1）、风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进行变频、串级调速，可以节能。 （2）、对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、档次提高。 （3）、纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采用交流无级变速，提高产品的质量和效率。 （4）、钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上使用交流变频传动。 （5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。 （6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。 （7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。 （8）、变频器在食品、饮料、包装生产线上被广泛使用，提高调速性能和产品质量。 （9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速。 （10）、机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制需要大量的交流调速系统。一台高档数控机床上就需要多台交流调速甚至精确定位传动系统，主轴一般采用变频器调速（只调节转速）或交流伺服主轴系统（既无级变速又使刀具准确定位停止），各伺服轴均使用交流伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。
基于单片机控制的交流调速系统设计 (1)
基于单片机转差频率控制的交流调速系统设计 摘要 单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。 关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机
目录 前言 (1) 第1章交流调速系统的概述 (4) 1.1交流调速的基本原理 (4) 1.2 交流调速的特点 (5) 第2章交流调速系统的硬件设计 (7) 2. 1 转差频率控制原理： (7) 2. 2 系统设计的参数 (7) 2.3 用单片机控制的电机交流调速系统设计 (7) 2.3.1调速系统总体方案设计 (7) 2.3.2 元器件的选用 (9) 2.3.3 系统主回路的设计以及参数计算 (12) 2.3.4 SPWM控制信号的产生 (15) 2.3.5 光电隔离及驱动电路设计 (17) 2.3.6 故障检测及保护电路设计 (18) 2.3.7 模拟量输入通道的设计 (18) 第3章系统软件的设计 (19) 3.1 主程序的设计 (19) 3.2 转速调节程序 (19) 3.3 增量式PI运算子程序 (20) 3.4故障处理程序 (21) 3.5 部分子程序 (22) 3.5.1 AD0809的编程 (22) 3.5.2 8255的编程 (23) 结论 (23) 参考文献 (23)
串级控制系统研究 仿真
本科学生毕业论文 2011年5月20日 论文题目： 串级控制系统研究学院： 电子工程学院年级： 2007级专业： 自动化姓名： 陈曦学号： 20075199指导教师： 赵建华
摘要 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。 本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真。 关键词 串级控制系统；液位；流量；仿真
Abstract Along with the modern industry production process to large-scale,continuously is developing with the strengthened direction,proposed to the control system control quality day by day grows request.In this kind of situation,the simple single return route control already with difficulty satisfied some complex control requests.The cascade control system is in the process control more than one kind of return routes control system,is for enhance one kind of control plan which the single return route control system the control effect proposes.The cascade control system two single return routes control system by the certain structural style connects in together,it not only has the single return route control system the complete function,moreover also has many single return routes control system no merit.The cascade control system has used two regulators,therefore it is more complex to set its regulator parameter. The present paper elaborated a fluid position—current capacity cascade control system design method and the step,introduced its parameter set method.In this process,introduced carries on the examination and the transformation commonly used part to the fluid position and the current capacity,has inferred the generalized object transfer function using the step leap response curve,simply elaborated the cascade control system merit,discussed it to control the effect the improvement function,and use simulation software has carried on the simulation to this system. Key words Cascade control system;fluid position;current capacity;simulation
交流异步电动机变频调速系统设计样本
中南大学 《工程训练》 ——设计报告 设计题目：异步电机变频调速 指引教师：黎群辉 设计人：冯露 学号： 专业班级：自动化0906班 设计日期：9月
交流异步电动机变频调速系统设计 摘要 近年来,交流电机变频调速及其有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。 V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒 f 化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。 此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。 V控制，SA4828波形发生器 核心字:变频调速，正弦脉宽调制， f
目录 摘要................................................ 错误!未定义书签。 1.1 研究目与意义 (1) 1.2本次设计方案简介 (2) 1.2.1 变频器主电路方案选定 (2) 1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3) 1.2.3 选用电动机原始参数 (4) 2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5) 2.1 异步电机变频调速原理 (5) 2.2 变频调速控制方式及选定 (6) V比恒定控制 (6) 2.2.1 f 2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。3变频器主电路设计. (13) 3.1 主电路工作原理 (13) 3.2 主电路各某些设计 (13) 3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15) 4控制回路设计 (16) 4.1 驱动电路设计 (16) 4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。 4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。 4.3 控制系统实现 (19) 5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。 5.1 流程图 (22)
实验四 双闭环三相异步电动机串级调速系统
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，
matlab控制系统仿真.
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。
（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5
大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员
天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：
交流调速系统论文
摘要 对于可调速的电力拖动系统来说，工程上通常分为直流调速系统和交流调速系统两大类。根据电动机在电能和机械能的转换时电流制型式的不同来分类，关于交流调速系统，它利用交流电动机来进行电能—机械能的转换，并且通过控制产生我们所需要的转速。在电力拖动的发展过程中，交流调速系统和直流调速系统一直并存于各个工业领域中，但是，在科学技术发展的不同时期，他们所处的地位也有所不同。相对于直流调速系统，交流调速系统具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，等优点并且在向高速，高压和大功率的发展前景也较好。近年来，很多国家偏向于对交流调速系统的研究。 关键词：矢量控制，交流调速，变频器，变频调速 第一章交流调速系统的发展 1.1交流调速系统的发展历程 在工业发展的初级阶段，交流电动机仅仅作为动力使用而无需调速。随着工业的进一步发展，尤其是电子方面和起重运输机械的发展，才对电动机的调速提出了要求，才有了直流电动机的出现。直流电机提高了生产的连续性和产品的产量以及质量，并且以其快速的正反转，准确的定位逐渐取代了简单可靠的交流电机，并且到了了广泛的运用于各行业。 80年代以来，由于直流调速系统造价高，维护投入大等缺点，在工业较为发达的国家开始使用直流调速系统，并且逐渐取代直流调速系统。这主要是由于电力电子器件，脉宽调制技术，矢量控制技术的发展，特别是以微处理机为核心的全数字化控制的应用，这才使得简单廉价的交流电机又得以取代直流电机调速系统占据主导地位。 现代控制理论的发展和应用，才促成矢量控制的出现，更是奠定了现代交流电机调速技术的理论基础，这才使得交流电机调速系统的性能能够与直流调速系统相媲美。国家的重视使得各种各样的的交流调速系统不断被开发，应用，普及，节约了社会上的大量资源，更是将社会上的传统产业发生了巨大的变革。 1.2交流调速系统的发展趋势 1.2.1交流调速系统的高性能化 交流电动机是一个多变量，强耦合，非线性的被控对象，单单用电压/频率恒定控制是不能满足我们对调速系统的要求的。接下来，交流调速系统将采用矢量控制技术，它将使调速性能达到并且超过直流调速系统。 矢量变换控制是新时期控制技术的发展随之产生的控制理论和技术，它是根据直流电动机的控制特点模拟它的控制方式来进行交流电动机的控制。直流调速的调速性能好的根本原因是交流电动机的转矩比较容易控制，而交流电动机的调速性能差就由于它的转矩难以控制，所以，要想交流电机得到的控制性能和直流电机的一样，就要通过电机统一理论和坐标变换理论，通过将交流电机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流分量以及跟它相垂直的坐标的转矩电流分量，将固定的坐标系转化为旋转坐标系解耦后，就是把交流量的控制转化为
什么叫串级控制系统
1．什么叫串级控制系统?画出一般串级控制系统的典型方块图。 答：串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。 主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。 2．串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合? 答串级控制系统的主要特点为： (1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； (2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量} (3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； (4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 3．串级控制系统中主、剧变量应如何选择? 答主变量的选择原则与简单控制系统中被控变量的选择原则是一样的。 副变量的选择原则是：． (1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化； (2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰； (3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近； (4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生 4．为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统? 答串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。 5．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?
用单片机控制的电机交流调速系统设计
用单片机控制的电机交流调速系统设计 文摘单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，HEF4752大规模集成电路，保护电路，Intel系列单片机，Intel8253定时/记数器，Intel8255可编程接口芯片，Intel8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片，CD4527比例分频器和测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。 关键词MCS-51单片机；HEF4752；8253定时器；晶闸管；整流器；三相异步电动机
Exchange the speed of adjusting to design systematically with the electrical machinery that the one-chip computer controls Zhoumingqiang information and Electrical Engineering School, panzhihua university, Panzhihua 617000 Abstract Frequency conversion that one-chip computer control transfer speed systematic design philosophy with transfer to difference frequency control. Achieve the goal of controlling rotational speed through changing the procedure . Because the motor is not big in power in the design, the rectifier can not adopt controlledly the circuit, the condenser strains waves; Going against the becoming device adopts three phases of the electric transistor to go against the becoming device. The systematic ensemble architecture is by the main return circuit mainly, drive the circuit, the photo electricity isolates the circuit, HEF4752 large scale integrated circuit, protects the circuit, the Intel series one-chip computer, Intel8253 timing /count device of,Intel8255 programmable interface chip,Intel8279 keyboard not in common use / display, I/O interface chip, CD4527 proportion frequency division device and tests the speed such composition as the generator ,etc.. Have the dependability that can make the whole system operate of measuring and protecting the circuit to have guarantee in the return circuit [keywords] MCS-51；HEF4752；time/counter of l8253；selenium；rectifier；three phase eletromotor of asynchronism
串级调速系统的仿真与设计(可编辑修改word版)
湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：串级调速系统的仿真与设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气三班 姓名： 学号： 指导教师：吴新开
一、串级调速原理 绕线转子异步电动机用转子串接电阻、分段切换可进行调速，此法调速性能与节能性能都很差。采用转子回路引入附加电动势，从而实现电动机调速的方法称为串级调速。晶闸管串级调速是异步电动机节能控制广泛采用的一项技术，目前国内外许多著名电气公司均生产串级调速系列产品。串级调速的工作原理是利用三相整流将电动机转子电动势变换为直流，经滤波通过有源逆变电路再变换为三相工频交流返送回电网。 为引入转子电路的反电动势，串级调速主电路如图 1-1 所示，逆变电压 U β 是转子整流后改变逆变角β即可以改变反电动势大小，达到改变转速的目的。U d 的直流电压，其值为。当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，与逆变电压 Uβ大小相等方向相反。当逆变变压器 T1 二次线电压则整流电压 U d 时，则 为U 2l 所以 上式说明，改变逆变角β的大小即可以改变电动机的转差率，实现调速。 通常电动机转速越低返回电网的能量越大，节能越显著，但调速范围过大将使装置的功率因数变差，逆变变压器和交流装置的容量增大，一次投资增高，过串级调速比宜定在 2:1 以下。 图1-1 串级调速主电路
二、调速过程 1. 起动 接通 KM1、KM2，利用频敏变电阻器起动电动机。当电动机起动后，断开 KM2 接通 KM3，电动机转入串级调速。 2. 调速 电动机稳定运行在某转速此时 U d = U β ，如β角增大则 U β 减少，使转子电流 瞬时增大，致使电动机转矩增大转速提高、使转差率 s 减少，当 U d 减少到 U β 相等 时，电动机稳定运行在较高的转速上；反之减少β的值则电动机的转速下降。3. 停车 先断开 KM1，延时断开 KM3，电动机停车。 三、参数计算 1. 电机选择 本设计选取三相异步电动机，调速范围为D= 20。三相异步电动机主要技术数据如下： 额定输出功率7.5KW；定子绕组额定线电压380V； 定子绕组额定相电流12A; 定子绕组每相电阻0.5 欧姆； 定子绕组接线形式Y；转子额定转速980rpm; 转子形式:鼠笼式；转子每相折算电阻:3 欧姆； 转子折算后额定电流30A；额定功率因数：0.75； 电机机电时间常数2S; 电枢允许过载系数1.5； 电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%; 环境温度:-40~+40 摄氏度;环境相对湿度:10~90%. 转差率：3%；调速范围：D＝20； 电流超调量小于等 5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于 30%; 稳速精度：0.03.
单片机控制的交流调速系统设计
目录 摘要 (2) 1引言 (3) 1.1交流调速系统的现状 (3) 1.2交流调速系统的特点 (4) 1.3交流调速系统原理 (5) 2交流调速系统的硬件设计 (6) 2.1交流调速系统控制回路设计 (6) 2.2交流调速系统参数设计 (7) 2.3元器件的选用 (11) 3交流调速系统软件设计 (23) 3.1主程序设计及说明 (23) 3.2子程序设计 (26) 4结论 (28) 5参考文献 (28) 6致谢 (29)
单片机控制的交流调速系统设计 摘要 交流变频调速具有调速范围宽，稳速精度高，动态响应快，运行可靠等技术性能，已逐步取代直流电动机调速系统。然而目前的变频器大部分都是线路复杂，价格昂贵，常用于大、中功率的电动机。本课题单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。可以满足各种不同场合的应用，以达到调速节能的效果。 关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机
1引言 1.1交流调速系统的现状 电气传动从总体上分为调速和不调速两大类。按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和化大生产的不断发展，生产技术越来越复杂，对生产工艺的要求也越来越高，这就要求生产交流两大类，直流电动机在19世纪先后诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统，随着社会机械能够在工作速度，快速启动和制动，正反转等方面具有较好的运行性能。从而推动了电动机的调速不断向前发展，自从1834年直流电动机出现以后，直流电动机作为调速电动机的代表，在工业中得到了广泛的应用。它的优点主要在于调速范围广，静差小，稳定性能好以及具有良好的动态性能，晶闸管变流装置的应用使直流拖动发展到了一个很高的水平，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中相当长时间内几乎都采用直流拖动系统。尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，同时，制造大容量，高转速以及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流传动系统的进一步发展。 交流电动机在1885年出现后，由于一直没有理想的调速方案，只被应用于恒速拖动系统，从本世纪30年代起，不少国家才开始提出各种交流调速的原始方案，晶闸管的出现使交流电动调速的发展出现了一个质的飞跃，使得半导体变流技术的交流调速得以实现，国际上在60 年代后期解决了交流电动机调速方案中的关键问题，70年代开始就实现了产品的高压，大容量，小型化，且已经逐渐取代了大部分传统的直流电动机的应用领域。交流调速系统发展迅速的很大一部分原因在于交流电动机本身的优点：没有电刷和换向器，结构简单，寿命长。近年以来大功率半导体器件，大规模集成电路，电子计算机技术的发展，加上交流电动机本身的优越特性，为交流调速提供了广泛的应用前景。目前交流电力拖
夹套式反应器温度串级控制课程设计
课程设计任务书
中北大学 课程设计说明书 学院：机械与动力工程学院 专业：过程装备与控制工程 题目：夹套式反应器温度串级控制系统设计指导教师：吕海峰职称: 副教授
中北大学课程设计说明书 目录 1、概述 (1) 1.1化学反应器基本介绍 (1) 1.2夹套式反应器控制要求 (2) 2、被控对象特性研究 (3) 2.1建立动态数学模型 (3) 2.2被控变量与控制变量的选择 (6) 2.3夹套式反应器扰动变量 (6) 3、控制系统方案确定 (7) 3.1主回路的设计 (8) 3.2副回路的设计 (8) 4、过程检测仪表的选型 (9) 4.1测温检测元件及变送器 (9) 4.2主、副控制器正、反作用的选择 (12) 4.3控制系统方框图 (13) 5、系统仿真，分析系统性能 (13) 5.1各个环节传函及参数确定 (13) 5.2控制系统的仿真及参数整定 (14) 5.3 系统性能分析 (17) 6、课程设计总结 (18) 7、参考文献 (19)
1 概述 1.1化学反应器的基本介绍 反应器（或称反应釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。化学反应器在结构、物料流程、反应机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易程度相差很大，自控方案差别也比较大。 化学反应器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四 个方面分类： 一、按反应器进出物料状况可分为间歇式和连续式反应器 通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程。间歇式反应器是将反应物 料分次获一次加入反应器中，经过一定反应时间后取出反应中所有的物料，然后重新加料在进行反应。间歇式反应器通常适用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反应时间长活对反应过程的反应温度有严格程序要求。 连续反应器则是物料连续加入，化学反应连续不断地进行，产品不断的取出，是工业生产最常用的一种。一些大型的、基本化工产品的反应器都采用连续的形式。 二、从物料流程的进行方式可分为单程与循环两类 物料在通过反应器后不再进行循环的流程称为单程，当反应的转化率和产率都较高时，可采用单程的排列。如果反应速度较慢，祸首化学平衡的限制，物料一次通过反应器转化不完全，则必须在产品进行分离后，把没有反应的物料与新鲜物料混合后，再送送入反应器进行反应。这种流程称为循环流程。 三、从反应器结构形式可分为釜式、管式、塔式、固定床、流化床、移动床反应器等。 四、从传热情况可分为绝热式反应器和非绝热式反应器[1]。 绝热式反应器与外界不进行热量交换，非绝热式反应器与外界进行热量交换。一般当反应过程的热效应大时，必须对反应器进行换热，其换热方式有夹套式、蛇管式、列管式等。如今用的最广泛的是夹套传热方式，且采用最普通的夹套结构居多。随着化学工业的发展，单套生产装置的产量越来越大，促使了反应设备的大型化。也大大促进了夹套反应器的反展。 夹套式反应器是一类重要的化工生产设备，由于化学反应过程伴有许多化学和物理现象以及能量、物料平衡和物料、动量、热量和物质传递等过程，因此夹套反应器操作一般都比
绕线式异步电动机的串级调速
绕线式异步电动机的串级调速 一课程设计目的 专业课程设计是学生基本完成全部理论课学习之后，综合运用所学知识、结合工程实际的实践教学。通过设计使学生加深对所学专业课程内容的理解和掌握，了解工程设计的一般方法和步骤，培养理论联系实际、综合考虑问题和解决问题的能力。 二课程设计的内容 从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有：绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有：改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速及无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种:高效调速指转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中;电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中;液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 转子电路串电阻调速，能量消耗大，不经济。转子电路的损耗为sPem称为转差功率。为使调速时这转差功率大部分能回收利用，可采用串级调速方法。所谓串级调速，串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入一个与E2频率相同而相位相同或相反的附加电动势Ef，通过改变Ef的大小来实现调速。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。 串级调速的效率高，平滑性好，设备比变频调速简单，特别时调速范围较小时更为经济，缺点是功率因数较低。 根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为: 1)可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高。 2)装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%一90%的生产机械上。 3)调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产; 4)晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大; 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。 三、串级调速原理及基本类型 3.1、原理 假定异步电动机的外加电源电压U1及负载转矩M L都不变．则电动机在调速前后转子电流近似保持不变。若在转子回路中引入一个频率与转子电势相同，而相位相同或相反的附电势E f 则转子电流为
基于单片机控制的交流调速系统设计-(1)
基于单片机控制的交流调速系统设计 摘要 单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。 关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机
目录 前言 (1) 第1章交流调速系统的概述 (4) 1.1交流调速的基本原理 (4) 1.2 交流调速的特点 (5) 第2章交流调速系统的硬件设计 (7) 2. 1 转差频率控制原理： (7) 2. 2 系统设计的参数 (7) 2.3 用单片机控制的电机交流调速系统设计 (7) 2.3.1调速系统总体方案设计 (7) 2.3.2 元器件的选用 (9) 2.3.3 系统主回路的设计以及参数计算 (12) 2.3.4 SPWM控制信号的产生 (15) 2.3.5 光电隔离及驱动电路设计 (17) 2.3.6 故障检测及保护电路设计 (18) 2.3.7 模拟量输入通道的设计 (18) 第3章系统软件的设计 (19) 3.1 主程序的设计 (19) 3.2 转速调节程序 (19) 3.3 增量式PI运算子程序 (20) 3.4故障处理程序 (21) 3.5 部分子程序 (22) 3.5.1 AD0809的编程 (22) 3.5.2 8255的编程 (23) 结论 (23) 参考文献 (23)
串级控制系统的原理及设计
串级控制系统的原理及设计中应注意的问题 摘要：介绍了串级控制系统的基本原理，性能和设计中应注意的几个问题。 关键词：内环；外环；增益；时间常数；对象；共振现象；积分饱和现象。 1、概述 1.1串级控制系统介绍 单回路控制系统只用一个调节器,调节器只有一个输入信号,即只有一个闭环,在大多数情况下，这种简单系统能够满足工艺生产的要求。但是也有一些另外的情况,譬如调节对象的动态特性决定了它很难控制,而工艺对调节质量的要求又很高;或者对调节对象的控制任务要求特殊,则单回路控制系统就无能为力了。另外,随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,为此,需要在单回路的基础上,采取其他措施,组成复杂控制系统。串级控制是改善调节过程的一种极为有效的方法,并且在实际中得到了广泛的应用。我厂的生产过程自动控制系统中，串级控制系统是应用最为广泛的复杂控制系统。 1.2 （简单控制系统） 图1.1是精馏塔底部示意图,在再沸器中,用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽,然后在塔釜中与下降物料流进行传质传热。为了保证生产过程顺利进行,需要把提馏段温度t保持恒定。为此，在蒸汽管路上装一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀动作到温度t发生变化，需要相继通过很多热容积。实践证明，加热蒸汽压力的波动对温度t的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种扰动，包括他的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质传热过程，以及再沸器中的传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度t。当加热蒸汽压力较大时，如果采用图1.1所示的简单控制系统，调节质量一般都不能满足生产要求。如果采用一个附加的蒸汽压力控制系统，把蒸汽压力的干扰克服在入塔前，这样也提高了温度调节的品质，但这样就需要增加一只调节阀并增加了蒸汽管路的压力损失，在经济上很不合理。 比较好的方法是采用串级控制，如图1.2所示。