串级调速系统的仿真与设计.doc

 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。原理 串级调速主电路如图1-1所示，逆变电压Uβ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。Ud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Ud与逆变电压Uβ大小相等方向相反。当逆变变压器T1二次线电压为U2l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 调速过程 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。 调速 电动机稳定运行在某转速此时Ud = Uβ，如β角增大则Uβ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Ud减少到Uβ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。 停车 先断开KM1，延时断开KM3，电动机停车。 参数计算 电机选择 本设计选取三相异步电动机三相异步电动机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. 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 IT2N = I2N，所以： 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 IT = 100 A 的器件。 上式中，对于三相桥式电路，电感性负载KI = 0.368；Idm为直流回路的电流最大值，Idm = 1.8IdN = 121.8A 。 逆变变压器二次电压峰值： 因而: 选取 UT = 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。 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 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 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： Kz = 1.15 晶闸管的保护 晶闸管