毕业设计（论文）PPT答辩-基于Matlab的双闭环串级调速系统设计.ppt

目 录,第一章 概 述 第二章 串级调速原理及特性分析 第三章 系统设计与仿真 第四章 总结,第一章 概述,1、引言 在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。交流电动机结构简单、坚固耐用、经济可靠，且能在恶劣的甚至在有易燃易爆性气体的环境中安全运行，因而被广泛应用。很多国家一直致力于发展交流传动技术，而且交流调速系统的方案也早已有多种发明并得到实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。随着电力电子技术、计算机技术的发展和电力电子器件的更新换代，交流调速技术获得了飞速发展，交流调速系统已从直流调速的补充手段发展到与直流调速系统相竞争、相媲美、相抗衡，并逐渐取代的地位。,2、本文研究内容 本文将着重对异步电动机串级调速系统的工作原理、基本性能等进行分析研究；在已知静、动态性能要求条件下，进行了转速、电流双闭环串级调速系统的动态参数工程设计；讨论了具有双闭环控制的串级调速系统的工作过程，并用MATLAB软件对系统性能进行了仿真，证明了系统仿真模型的有效性和可行性。,3、研究的意义 串级调速是异步电动机经典的调速方法之一，它可以将异步电动机的功率回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上，因此效率高。串级调速系统能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬，是结构简单、发展较快、技术难度较小、 性能比较完善的一种控制系统。晶闸管串级调速技术除可用于新设备设计外，还可用于对旧设备进行技术改造，这样不仅能改善调速性能，又可以节约能源。因此，研究和应用串级调速技术具有极大的技术和经济意义。,第二章绕线式异步电动机串级调速原理及特性分析,一、串级调速系统原理分析,1、交流调速系统的分类 从交流电机转速表达式：,可归纳出三类调速方法： 变极对数p的调速、变转差率s调速及变电源频率f1调速。,从能量转换的角度，根据转差功率的流向可以把异步电动机的调速系统分成以下三种类型： （1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能而被消耗掉。 特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。 （2）转差功率回馈型调速系统转差功率的少部分被消耗掉，大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。 特点：效率高。串级调速属该类系统。 （3）转差功率不变型调速系统调速过程中，转差功率基本不变。 特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。,2、串级调速原理,在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。如在转子回路中引入一个频率与转子电势相同，而相位相反的附加电动势时，由 可见，改变Ef的大小，可使电动机在同步转速以下调速，即得到低于同步转速的速度，故称为次同步串级调速。,同理，如果在电动机转子回路中串入一个与sE20同相位的附加电动势时，转子电流为 改变Ef的大小，可使电动机在高于同步转速的方向调速，即得到高于同步转速的速度，故称为超同步串级调速。,3、串级调速系统的基本类型 工程上获取与转子感应电势sE20反相位同频率且频率随 转子频率变化的交流变频电源Ef比较困难，所以在次同步 串级调速系统中采用整流器将转子电势sE20整流为直流电 势，再与转子回路中串入的直流附加电动势E进行比较。 而可调直流附加电动势E在工程上比较容易实现。 按产生直流附加电势方式的不同，次同步串级调速系统 可分为电气串级调速系统和机械串级调速系统。,（2）机械串级调速系统 机械串级调速系统的构成如下图所示。直流附加电势E由直流电机产生，通过改变电机的励磁电流大小可改变电枢电势，相当于改变直流附加电势E的值，实现串级调速。 在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为： （1-s）P2+sP2=P2=常数。具有恒功率调速特性。,二、串级调速系统的机械特性与最大转矩 因转子整流器有第一和第二工作状态，所以串调系统机械特性也有第一和第二两个工作区。 串调系统的额定工作点位于机械特性第一工作区；串调系统在该区的过载能力比绕线式异步电机固有特性的过载能力降低了17左右。而最大转矩发生在第二工作区。,串调系统的机械特性比绕线异步电动机固有机械特性软，最大转矩比固有机械特性的小。,3、闭环串调系统动态结构图 双闭环串调系统的设计方法与双闭环直流调速系统基本相同，通常也采用工程设计方法。即先设计电流环，然后把设计好的电流环看作是速度环中的一个等效环节，再进行转速环的设计。应用工程设计方法进行动态设计时，电流环宜按典系统设计，转速环宜按典系统设计。,上图为双闭环串级调速系统的动态结构图,4、仿真结果 （1）给定输入为阶跃响应 从右图仿真结果可以 看出，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，且稳态无静差。,（2）给定输入为斜坡信号 从右图的仿真波形 可以看出，仿真系 统对斜坡信号的稳 态和动态跟踪性都 比较好。,第四章 总 结,通过对双闭环串级调速系统的仿真和分析可得出以下结论： (1)以系统的电气原理图为基础，直接用SIMULINK工具箱的元件模块就可以进行系统的建模和仿真，这种仿真方法简单、直观且建模时间短。 (2)用面向系统电气原理图的仿真方法对系统进行