三相异步电动机的串级调速系统设计.docx

本科毕业设计题目三相异步电动机串级调速系统的设计姓名专业电气工程及其自动化学号指导教师郑州科技学院电气工程学院二0一六年五月目录摘要ABSTRACT前言II1串级调速系统总体设计O1.1串级调速系统的发展11.1.1改变电动机极对数调速41.1.2电动机调节电压调速错误!未定义书签。1.1.3电磁转差离合器调速错误!未定义书签。1.1.4改变频率调速错误!未定义书签。1.1.5转子回路串电阻调速错误!未定义书签。1.1.6串级调速错误!未定义书签IJ1.2本课题主要内容错误!未定义书签。1.3交直流电机的不同错误!未定义书签。2串级调速系统工作原理及主电路的设计72.1串级调速的工作原理72.2主电路的设计112.3逆变电路122.4整流电路123主电路参数错误!未定义书签.3.1电动机的基本参数及调速要求错误!未定义书签。3.2逆变变压器电路的选择错误!未定义书签.3,3晶闸管的选择错误:未定义书签。3.4平波下电抗器的选择错误!未定义书签。3.5保护电路143.5.1电流过载的保护错误!未定义书签。4控制电路的设计14&1主控制器的选择144.1.1STC89C51简介错误!未定义书签。4.1.2主要特性错误!未定义书签。4.2控制电路的设计错误!未定义书签。4.31602液晶显示错误!未定义书签。4.4控制系统的参数计算错误!未定义书签。4.4.1电流环的设计和参数计算及推导过程154.4.2速度环的设计及其参数的计算推导过程164.4.3双闭环系统的动态参数计算错误!未定义书签.5仿真曲线及工作特性的分析165.1MTLB仿真165.2编程软件Keil简介185.3串级调速系统的建模设计185.3直流电路的传递函数185.3.2电动机的传递函数195.4系统的调速特性分析20第6章实作的焊接及调试226,1实作的焊接226.2串级调速系统的调试256,3系统调试256.3,1系统调试步骤256.3,2电流环调试266.3.3速度环的调试266,4调试电路27结论27致谢29参考文献29附录一实物图31附录二程序O三相异步电动机的串级调速系统设计摘要串级调速是三相交流异步电动机调速的一种方法，串级调速的核心思想就是将异步电动机的转子侧的电压经过三相桥式整流器改变为直流电压，再将其直流侧由可控硅晶闸管组成的逆变电路产生的及其相反的直流电势然后及三相桥式产生的直流电压串联，再之后则通过来改变其逆变角的大小来达到改变电势的大小，从而达到最终调速的最终目的，同时还能够极大的提高电动机的运行效率以及及调速的经济性。本文将会依据三相交流电动机对于整个电力拖动系统的要求，决定将采用晶闸管串级调速的方案来控制其拖动的电动机实现最终的无级调速，最终满足电动机对于电力拖动系统的调速性能和节能的要求。在本文主要中研究了三相异步电动机晶闸管串级调速系统的主、辅电路的设计以及有关的技术问题的解决。其中包括系统的组成及工作原理，主电路的设计，控制电路的设计，系统的静、动态时的工作特性计算分析等。关键词：可控硅:串级调速；整流；逆变THECASCADESPEEDCONTROLSYSTEMDESIGNOFTHREE-PHASEASYNCHRONOUSMOTORABSTRACTThespeedofadjustingofeachistoexchangeakindofadjustingthespeedofasynchronousmotor,Eachtransferthethoughtsofspeedtoturnintodirectcurrentpigeonholethroughthree-phasebridgetyperectificationasynchronoustherotorvoltagesofmotors,Andtheninitsdirectcurrentitinclinestobeatsiliconcontrolledrectifieragainstbecomingcircuitproduceatoppositedirectcurrenttendencyandthree-phasebridgedirectcurrentwhotypeproducepigeonholesandcontacts,Change,Theonesthatstillcanimprovetheoperationalefficiencyofthemotorandadjustspeedatthesametimeareeconomic.Thistextbasismineliftingmachinepullsystematicrequesttoelectricity,adoptsiliconcontrolledrectifiereachisitisitcontrolitpullmotorrealizethesteplessspeedregulationtocomerapidlytoadjust,meetmineliftingmachinepulltoelectricitysystemtransferspeedperformanceandenergy-conservingrequest.Thistextmainresearchthreephasesexchangepersonwhowindthelineasynchronousmotorsiliconcontrolledrectifiereachtransferspeedsystematicmainfact,complementcircuitdesignrelevanttechnologicalquestions.Includingsystematiccompositionandoperationprinciple,maindesignofreturncircuit,controldesignofwayofanswering,quiet,dynamicperformancecharacteristicscomputationalanalysisofthesystem,etc.Thekeywords：Siliconcontrolledrectifier；eachadjustsspeed；rectification；Goagainstandchange前言直流电动机及交流电动机两者的本质区别在于使用的电源不同，由于交流电及直流电之间的区别造就了两种不同的电动机。直流电动机在工作状态下其调速范围大且是无极调速，还能够通过对直流电进行精确操控达到精确调速的效果。例如高精度的数控机床、龙门车床等等大中型机械设备。不同于直流电机，交流电机也具备很多种类，涉及生活中的各个领域，由于交流电动机具备成本低、易维修，效率高等特点正在一步步的替代直流电动机成为主流产品。交流电动机总体被分成异步和同步这两种电机。同步电动机具有以下长处：转速恒定，电机的功率因数能够被改善、容量大.不足之处是不能实现无极调速。鼠笼式电机应用在调速性能要求不高的环境很适宜；对于一些需要经常启动制动的环境，由于其对于起、制动的要求较高，并且还伴随有调速的需求，绕线式电动机就比较适合这类环境。在本次毕业设计中采用的是绕线式电机，因为它起、制动的过渡过程中变化非常平稳、运行时转速稳定、电机的转矩大,在调速方面还要求一定的范围，启动制动时间短、能耗低，工作效率高。特别是在一些起、制动频繁的环境中更加实用。经过仔细筛选比较最终选择了绕线式电动机作为本次课程设计的设计对象，本次设计将针对绕线式电机的串级调速系统进行设计制作，以求达到电动机最终能实现良好的调速。三相绕线式异步电动机是在转子回路中串接一个转子的电动势E2,在同频率下的附加电动E"dd则通过改变Eadd的值的大小和它的相位可实现调速的功能。这样，电动机能在低速运行时，使得转子中的转差率仅仅只有小部分会被转子绕组本身的电阻所消耗，而其余大部分的则被附加电动势Eadd来吸收，再利用产生E的装置就可以把这部分转差功率回馈到了电网上，使得电动机在低速条件下运行时仍具有较高的工作效率。将这种在绕线式转子三相异步电动机的转子回路中串接附加电动势来进行改变电动机转速的方法叫做串级调速系统CI串级调速就是在三相绕线式的异步电动机上的转子回路中在引入了一个附加的电势从而产生的一种调速方法。串级调速的调速方法及在转子中串电阻的方法有所不同，串级调速系统能够将在工作状态下的电动机做的功进行吸收并利用（回馈电网也或是转化为机械能送回到了电动机轴上），通过这种方法该系统的工作效率很高。串级调速系统具备无级调速的特点而且在低速工作时的机械特性比较硬，同时还完全的克服了转子串电阻调速的一些缺点，总而言之串级调速系统具备效率高，无级调速以及低速状态下较硬的机械特性，其是一种经济高效的电动机调速方法。1绪论随着社会的逐步发展，人类生产技术水平的不断创新，电力拖动技术在各个行业当中所占的分量越来越重。人们的衣食住行越来越离不开电力拖动技术，工厂的车间流水线都实现了电力拖动，生产设备几乎都由电动机进行驱动，电力拖动设备在当今社会显得尤为重要，电力拖动技术的核心是电动机，是通过各种调速技术实现控制，要想使电机可以按照人们的想法实现运转，那么调速技术显得尤为的重要。将串级调速装置和一个逆变变压器组合，并串接在电动机的转子及电网相连部分中间，这种调速方法被称之为传统串级调速。为了能将适当的附加电动势串入转子回路中，我们会将转子的交流电转换成直流电。再将交流电整流成直流电之后在进行平波处理,然后通过逆变器产生直流反电动势及此同时把转子转差功率逆变成一个工频交流电势，再反馈到电网中进行吸收。调整逆变器的逆变角可以实现等效电势大小的调节。传统串级调速也是改变逆变器的逆变角实现反电势的调节。这种改变逆变角的方法被称之为移相触发叫而把逆变角固定在最小值的调速方法称之为现代串级调速,在固定的逆变角下经过调节最终会产生一个恒定的直流反电动势，并通过斩波器来调整等效电势的值。调节斩波器的导通时间以及斩波周期的比率这种方法来调整在电动机转子回路中的等效电动势，进而能够改变转子的电流以及转差率，最终实现调速的目的。使用逆变变压器将转差功率重新吸收后再回馈到电网上面，这种调速方法就是所说的外反馈式串级调速的概念。将一个反馈的绕组嵌放在电动机的定子绕组的嵌槽中，定子铁心中的逆变变压器被反馈绕组和定子绕组代替，其将转差功率通过反馈绕组和定子绕组进行吸收反馈到电网中，这种调速方式被称之为内反馈的串级调速方式。如果电机中有反馈绕组那这种电机称为内反馈电动机。使用这种内反馈的方式会使电路省去逆变变压器，也能去掉一部分相关的电气设备，使整个系统看起来更加简洁一目了然。现代串级调速技术具备相当多的长处，比较明显的优势在于：无极平滑范围宽且有良好的机械特性适应性强。通常串级调速都是在转子侧实施控制技术，这样就造成了控制电压低变流装置实际控制容量小，总控制容量仅为电机额定工作时的的容量的14.81机而在类似于一些风机泵类的负载应用上面有则是着广泛的应用，串级调速系统装置工作时自身的功耗很小，及变频调速装置相比较要低2到6个百分点，节能省时而且效率还很高""工作时的变流容量比较小,通常变流会发生在电动机转子那一侧,运行时的谐波分量通常比较小一些,在工作运行时的变流电压低,并且装置的安全系数高可靠性好。调速装置的结构简单，整体尺寸结构小，所以需要的设备安装范围小占用电路板面积小，使得系统更为简单。三项绕线式电动机对于控制电动机的启