异步电动机晶闸管调压调速系统.doc

交流调速控制系统 课程设计（论文）题目：异步电动机晶闸管调压调速系统院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目异步电动机晶闸管调压调速系统 课程设计（论文）任务 一、技术参数三相异步电动机额定数据和定子三相绕组的联接方式：（1）额定电压：380V（2）额定电流：100A（3）额定功率：45KW（4）额定频率：50HZ（5）额定转数：1450r/min（6）定子三相绕组Y型联接 二、设计要求（1）方案论证：给出系统的原理图和原理说明。（2）主电路设计。 （3）控制电路设计。指导教师评语及成绩平时考核： 指导教师签字： 设计质量： 课设答辩： 年 月 日目 录第1章 方案论证31.1 概述4 1.2 总体框图4第2章 主电路设计42.1 主电路的选择42.2 主电路的设计4第3章 控制电路的设计53.1晶闸管模型及其工作原理53.2 电流调节器的设计5 3.3 电流控制电路的设计 3.4 速度调节器的设计 3.5 脉冲变压器的设计 3.6 闭环控制的变压调速系统及其静特性第4章 课程设计总结6参考文献7第一章 方案论证1.1 概述异步电动机调压调速是一种典型的转差功率消耗型调速系统。由电力拖动原理可知，当异步电动机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩Te与弟子电压Us的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变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。异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，无实用价值，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。 速度环作用为：对负载波动起抗扰作用；速度PI调节器的输出决定最大电流；正常运行时，使速度跟随给定变化。而电流环的作用为：在稳定运行的情况下，对电网扰动有及时的抗扰作用，在启动过程中电流环起限制最大电流的作用，不会出现最佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。异步电动机调压调速系统结构简单，采用双闭环时静差率较小，且比较容易实现正、反转、反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因为低速运行是转差功率Ps=sPm全部消耗在转子电阻中，时间长了会事实转子过热。系统原理图见附录。1.2 总体框图图1.2 总体框图第2章 主电路设计2.1 主电路的选择 三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机M（转子回路串电阻）。如图2.1所示。图2.1 TVC-双向晶闸管交流调压器2.2 主电路的设计电机绕组Y连接是的三相分支单向控制电路，每相只有一个晶闸管，反向由与它反并联的二级管构成通路。这种接法设备简单、成本低廉，用于简单的小容量装置。图2.2 主电路第三章 控制电路的设计3.1 晶闸管模型及其工作原理晶闸管的导通工作原理可以用双晶体管模型来解释，如图3.1所示。图3.1 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理在器件上取一倾斜的截面，则晶闸管可以看作有P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2组合而成。如果外电路想门极注入驱动电流，则IG流入晶体管的V2 的基极，即产生集电极电流Ic2，它构成晶体管V1的基极电流，最后V1和V2进入完全饱和状态，晶闸管导通。此时如果撤掉外电路注入门极的电流IG，晶闸管由于内部已形成了强烈的正反馈会仍然维持导通状态。而若要使晶闸管关断，必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值一下，晶闸管才能关断。图3.2 晶闸管的伏安特性3.2 电流调节器的设计电流环作用是，在突加负载或负载电流超过限流值时，限制调压器的输出电流在额定电流范围内，确保输出和调压器正常工作。其调节过程如下：U0恒定，负载电流增加：If （UO-If） IO Uy 调压器输出电压UIf；同时电压环也参与调节，使调压器的输出电流被限制在额定电流范围内，在有充分调节余量的前提下维持输出电压的恒定。3.3 电流控制电路的设计控制电路中共有三个比较器，上面的两个比较器用以形成滞环带，后面跟随逻辑电路，以保证开关管V有正确的驱动信号。最下面一个比较器，用以在王频整流电压的半波正弦开始和结束时，使开关管V处于关断状态。图3.3 电流调节器3.4 速度调节器的设计 速度调节器ASR，其线路原理如图3.4所示，其中Zin（S）表示输入网络的复数阻抗，Zf（S）表示反馈网络的复数阻抗。这样：图3.4 线路原理图 即调节器的传递函数等于反馈网络与输入网络复数阻抗之比。所以，改变Zf（S）和Zin（S），就可以获得所需要的传递函数，以满足系统动态校正的需要。图3.5所示的PI调节器，其动态结构如图3.6所示。 图3.5 PI调节器图3.6 PI调节器动态结构图其中： 在模拟调速系统的调速过程中，因电机的参数或负载的机械特性与理论值有较大差异，往往需要频繁更换R,C等原件来改变电路参数，以获得预期的动态性能指标，这样做起来非常麻烦，如果采用可编程模拟器件构成调节器电路，系统参数如增益、带宽甚至电路结构都可以通过软件进行修改，调速起来就非常方便了。3.5 触发板各种特性“斜率”调节特性：调压器可外接“斜率”调节电位器，使输入、输出特性曲线的斜率可以自由调节，相同的控制信号可得到较低的输出。 图3.7 “斜率”调节特性“下点”调节特性：触发板可外接“下点”调节电位器,使输入、输出特性曲线的下点(起始点)任意调节。当控制信号为零时,可使输出电压得到任意值。图3.8 “下点”调节特性恒电压特性：当电网电压发生波动或负载阻抗发生变化时，在调压器输出电压有充分调节余量的前提下，通过引入负载电压反馈进行调节，保持输出电压恒定，恒压精度优于1%。图3.9 恒电压特性恒电流特性：当电网电压发生波动或负载阻抗发生变化时，在调压器输出电压有充分余量的前提下，通过引入负载电流反馈进行调节，保持输出电流恒定，恒流精度优于1%。图3.10 恒电流特性恒功率特性：当电网电压发生波动或负载阻抗发生变化时，在调压器输出电压有充分的调节余量的前提下，通过检测负载电流和电压，使输出功率保持恒定，恒功率精度优于1%。图3.11 恒功率特性 限流特性：在恒压和恒功率调节控制时，当输出电流大于额定值时，限流环节动作，使输出电流限制在额定值左右。图3.12 限流特性过流保护特性：当输出电流大于额定值的180%时，过电流环节在检测到过流信号后，半个周波时间(10ms)内自动截止输出并报警。图3.13 过流保护特性软起动、软关断特性：当LOC对M断开时，输出电压（电流或功率）不是跃变增加，而是经过110s时间缓慢增加（软起动）；当LOC对M短接时，输出电压（电流或功率）不是突变为零，而是缓慢线性地减少为零(软关断)。这个功能对于变压器一次侧控制、感性负载的控制，及大容量负载的通断控制很重要，以防止过大冲击电流，对主电路晶闸管和设备的保护十分有利。图3.14 恒给定下LOC功能作用输出1:LOC对M短接；2:LOC对M断开图3.15 阶跃给定下输出的变化 触发板还可以通过辅助控制功能实现软起动、软关断，外部信号转换等功能。3.6 闭环控制的变压调速系统及其静特性 采用带转速反馈的闭环控制系统，及其静特性如图3.16所示。图3.16 闭环系统及其静特性第4章 课程设计总结本学期单片机原理与接口技术课程设计是由老师命题，学生自由选题，独立完成（包括设计总体方案、硬件电路、软件设计、调试等工作）。在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 之所以使用89C51单片机作为我们的执行核心，是因为89C51现在是社会上应用比较多的单片机，也因为想通过使用89C51锻炼自己的编程能力，养成良好的编程风格。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。很少有人会一步登天吧。永不言弃才是最重要的。当我查阅了大量的文献和参考资料后我发觉学到许多在课堂上和书本上所学不到的东西，是这些课外的知识使我更进一步地熟悉了一些芯片的结构以及掌握了各芯片的工作原理及其具体的使用方法，同时也使我也开拓了眼界对电子器件有了更进一步的了解和认识，对电子产品产生了浓厚的兴趣。通过实践我增强了动手能力和操作能力，这对我以后进入社会参加工作是很有帮助的。 以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 独立是一件辛苦却快乐的事情，只有付出努力才能将作品做的更加完美。而和老师的沟通也是当今社会最提倡的。 课程设计虽然结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和许多课业的繁忙，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！快乐至上，享受过程，而不是结果！认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在单片机与接口技术课程设计上学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！ 对本学期实验的评价趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。老师提出的革新非常的好，认为本学期的实验模式非常实用。但是提议可以申请将课程浓缩，在一定时间内只做这个，只有高度的集中才能作出好的东西。时间的紧缺成为一个很大的问题。也希望老师可以为我们知道一下以后的发展方向。如果可以让每个人都有动手焊接以及参与其他的各个流程，有专门的知道就更好了。 在这里感谢学校，老师能给我们创造这样好的学习机会，我希望还能多给我们提供动手实践的机会。参考文献1 李华德.交流调速控制系统.电子工业出版社，2003.3，61-642 顾绳谷.电机及拖动基础上册.北京：机械工业出版社，2000：45563 陈伯时，陈敏逊著. 交流调速系统.机械工业出版社，19984 刘纯厚主编.近代交流调速，北京：冶金工业出版社，19955 陈伯石.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社,2003：19-48 6 陈治明.电力电子器件.北京：机械工业出版社,1992：19-487 陈伯石,陈敏逊.交流调速系统.北京：机械工业出版社,19988 王 鹏,佟 科.电机软起动在电厂中的应用.东北电力学院学报.2001，4：19-48附录 系统原理图袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂