双闭环三相异步电机调速系统的设计Word格式文档下载.docx
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3.通过测定系统的静态特性和动态特性,进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用
二、课题要求:
1.测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性
2.测定双闭环交流调压调速系统的静态特性
3.测定双闭环交流调压调速系统的动态特性
三、答辩基本问题:
1.测定双闭环交流调压调速系统的原理
2.要求按照原理图进行接线并测定和计算相关数据
摘
要
直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用稳定电流,后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差,从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时,转速外环饱和不起作用,电流内环起主要作用,调节起动电流保持最大值,使转速线性变化,迅速达到给定值;
稳态运行时,转速负反馈外环起主要作用,使转速随转速给定电压的变化而变化,电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真,分析双闭环直流调速系统的特性。
与单向异步电动机相比,三相异步电动机运行性能好,并可节省各种材料。
按转子结构的不同,三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜,得到了广泛的应用。
当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕阻,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
关键词:
双闭环,异步电动机,晶闸管,转速调节器,电流调节器,
目录
一、双闭环三相异步电机调速系统的设计
1.实验系统组成及工作原理...........................5
2..课题分析........................................6
3.设计方案........................................7
4.控制单元调试....................................8
5.系统特性参数测定及分析..........................10
二、课程设计心得体会.................................12
三、参考文献..........................................13
。
一、双闭环三相异步电机调速系统设计
1.实验系统组成及工作原理
双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流电源及三相绕线式异步电动机(转子回路串电阻)。
控制系统由电流调节器(ACR),速度调节器(ASR),电流变换器(FBC),速度变换器(FBS),触发器(GT)。
交流异步电动机机械特性的参数表达式如下:
整个调速系统采用了速度,电流两个反馈控制环。
这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同而电流环的作用则有所不同。
在稳定运行情况下,电流环对电网振动仍有较大的抗扰作用,但在起动过程中电流环仅起限制最大电流的作用,不会出现最佳起动的恒流特性,也不可能是恒转矩起动。
异步电机调压调速系统结构简单,采用双闭环系统时静差率较小,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,因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中,使转子过热。
2..课题分析
课程设计的第二个任务,双闭环三相异步电机调速系统设计。
目的就是为了要我们了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的原理及组成和了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节丁字电压调速时的机械特性。
同时,通过测定系统的静态特性和动态特性,进一步理解交流调压系统中电流环和转速坏的作用。
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,但在负载或电网电压波动情况下,其转速波动较大,因此采用双闭环调速系统。
双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路由三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。
控制部分由“速度调节器”,“电流调节器”,“转速变换”,“触发电路”,“正桥功放”等组成。
设计系统原理框图如下所示:
3.设计方案
对于开环调速系统,如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高,开环系统可以实现一定范围的无级调速,但是,许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。
例如龙门刨床,由于毛坯表面粗糙不平,加工时负载大小常有波动,所以为了保证工件的加工精度和加工后表面光洁度,加工过程的速度就必须保持基本稳定,也就是说静差率不能太大,这就需要采用闭环控制。
闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多;
闭环系统的静差率要比开环系统小得多;
如果所要求的静差率一定,则闭环系统可以大大提高调速范围。
对于单闭环控制系统,若要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环就不能满足需要,所以本设计采用转速电流双闭环调速系统。
电流环在里边,作为内环;
转速环在外边,作为外环。
转速环在外边,作为外环,系统控制原理图如下:
系统接线图如图2-2所示:
图2-3
四.控制单元调试
同课题一,双闭环不可逆直流调速系统的设计中的一样。
整个调速系统同样采用了速度、电流两个反馈控制环。
这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同,而电流环的作用则有所不同。
系统在稳定运行时,电流环对抗电网扰动仍有较大的作用,但在启动过程中电流环仅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,采用双闭环系统时静差率较小,且比较容易实现正反转,反转和能动制动。
但在恒转矩负载下不能长时间低速运行,因低速运行时转差功率Ps=SPm全部消耗在转子电阻中,使转子过热。
1.调节器的调零
将DJK04中调节器I所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻120K接到调节器I的4、5两端,用导线将5、6短接,使调节器I成为P(比例)调节器。
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量调节器7端的输出,使之输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中调节器II所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻13K接到调节器I的8、9两端,用导线将9、10短接,使调节器I成为P(比例)调节器。
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量调节器11端的输出,使之输出电压尽可能接近于零。
2.调节器正、负限幅值的调整
直接将DJK04的给定电压Ug接入DJK02移相控制电压Uct的输入端,三相交流调压输出的任意两路接一电阻负载(D42三相可调电阻),放在阻值最大位置,用示波器观察输出的电压波形。
当给定电压Ug由零调大时,输出电压U随给定电压的增大而增大,当Ug超过某一数值Ug`,U的波形接近正弦波时,一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=Ug`,即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
把调节器I的5、6短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47uF接入5、6两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,将调节器I所有输入端的接地线去掉,将DJK04的给定输出端接到调节器I的3端,当加+5的正给定电压时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为-6V,当调节器输入端加-5V的负给定电压时,调整正限幅电位器RP1,使之输出电压尽可能接近于零。
把调节器I的9、10短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47uF接入9、10两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,将调节器I所有输入端的接地线去掉,将DJK04的给定输出端接到调节器I的4端,当加+5的正给定电压时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为尽可能接近于零,当调节器输入端加-5V的负给定电压时,调整正限幅电位器RP1,使调节器I的输出正限幅为Umax。
3.系统调试
(1)确定“电流调节器”和“速度调节器”的限幅值和电流、转速反馈的极性。
(2)将系统接成双闭环调压调速系统,电机转子回路仍每相串3欧姆左右的电阻,逐渐增大给定Ug,观察电机运行是否正常。
(3)调节“电流调节器”和“速度调节器”的外接电容和电位器,用双踪扫描示波器观察突加给定时的系统动态波形,确定较佳的调节器参数。
五.系统特性参数测定及分析
1.机械特性n=f(T)测定
1.将DJK04的给的那个电压输出直接接至DJK02-1上的移相控制电压Uct,电机转子回路接DJ17-3转子电阻专用箱,直流发电机接负载电阻R(D42三相可调电阻,将两个900欧姆接成串联形式),并将给定的输出调到零。
2.直流发电机先轻载,调节转速给定电压Ug使电动机的端电压=Uct。
采用直流发电机,转矩可按下式计算:
=18Ω
式中,M为三相绕线式异步电机电磁转矩,IG为直流发电机电流,UG为直流发电机电压,Rs为直流发电机电枢电阻,P0为机组空载损耗。
③.调节Ug,降低电动机端电压,在2\3Ue时重复上述实验,以取得一组机械特性。
在输出电压为Ue时:
n(r/min)
1400
1200
1000
800
600
400
820
UG(V)
196
156
133
123
82
52
40
IG(A)
0.11
0.50
0.61
0.65
0.16
0.12
0.10
M(N.m)
0.42
1.52
1.60
1.32
1.11
1.08
0.95
在输出电压为2\3Ue时:
188
161
138
112
92
60
0.08
0.18
0.20
0.25
0.30
0.34
0.98
0.82
0.72
0.69
0.67
2.系统闭环特性的测定
①.调节Ug,使转速至n=1200r/min,从轻载按一定间隔做到额定负载,测出闭环静特性n=f(T)。
1199
1198
166
165
163
162
160
159
0.09
0.21
0.38
1.18
1.34
1.46
1.53
1.66
1.96
2.03
②.测出n=800r/min时的系统闭环静态特性n=f(T)
才否
899
798
796
110
108
106
105
104
102
0.06
0.40
T(N.m)
1.2
1.23
1.25
1.29
3.系统动态特性:
图2-4
通过实验数据及开环人为机械特性可知:
当Ug=Ue时负载在空载与额定值之间变化时,电动机的转速变化不大,此电动机表现的机械特性为硬特性。
当Ug=2/3Ue时,负载在空载与额定值之间变化时,电动机的转速变化较之前变大,此时电动机表现的机械特性逐渐由硬特性变为软特性。
当Ug=1/3Ue时,电动机无法转动,此时电动机表现的机械特性为软特性。
由实验数据以及绘制的曲线可以看出采用转速电流双闭环调压调速系统可以做到转速无静差调速,附图一的曲线上出现一个误差点,可能由于实验操作人员的粗大误差造成的,此点可以作为误差点去除,得到三相异步电动机在不同电压下的机械特性曲线;
附图二的系统闭环静特性曲线n=f(T)略有下斜,是由于实验室仪器存在一定的微小误差造成的,不影响实验的整体效果。
二.课程设计心得体会
这次课程设计是本学期的第三个却也是最后一个课程设计,与前两次的课程设计想比,此次的课程设计是完全不同的一次体验。
在本次设计开始的第一天,我们就在老师的指导下,开始了实验,这是前两个课程设计所没有的经历,这也给我了我们跟过实践的机会,而非过多的拘泥于理论阶段中。
我们小组的六名组员在每一次的实验中,都共同的在实验室认真努力的熟悉知识点,克服苦难点,找出创新点。
并且,我们在业余的时间里,在网上,图书馆中参考了许多先关的资料,这也对我们能顺利完成这项任务有重大的作用!
本课程设计综合运用了自动控制原理、机电传动控制、电子技术与控制技术等的知识,为了更好的完成设计,我们又重新复习了一遍原来所学的知识,加深了对知识的理解,提高了对知识的应用能力,同时使我认识到了各个课程之间是紧密联系的两周的时间里,我们对双闭环不可逆调速系统与双闭环三相异步电机调速系统有了进一步的理解和运用,加深了对电机调速的应用。
总之,在设计过程中,我们不仅学到了以前从未接触过的新知识,接触到了课本中未曾涉及的领域,而且学会了独立的去发现,面对,分析,解决新问题的能力,不仅学到了知识,又锻炼了自己的能力,使我受益非浅,同时感谢在设计中提供帮助的老师和同学们。
三.参考文献
[1]冯清秀邓星钟机电传动控制第5版华中科技大学出版社
[2]李友善.自动控制原理.北京:
机械工业出版社
[3]黄坚自动控制原理及其应用第二版高等教育出版社
[4]王兆安刘进军电力电子技术第5版机械工业出版社
[5]黄俊王兆安电力电子变流技术第三版机械工业出版社
[6]莫正康电力电子应用技术第三版机械工业出版社
[7]张东力陈丽兰仲伟峰直流拖动控制系统机械工业出版社
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- 闭环 三相 异步电机 调速 系统 设计