運動控制課程設計單閉環(huán)交流電動機調壓調速系統(tǒng)概要

1、運動控制課程設計單閉環(huán)溝通電動機調壓調速系統(tǒng)綱領運動控制課程設計單閉環(huán)溝通電動機調壓調速系統(tǒng)綱領32/32運動控制課程設計單閉環(huán)溝通電動機調壓調速系統(tǒng)綱領目錄第1章溝通調壓調速系統(tǒng)概括21.1溝通調速系統(tǒng)21.2溝通調速系統(tǒng)的應用領域21.3溝通調速系統(tǒng)的分類31.4調壓調速系統(tǒng)3第2章溝通電機轉速單閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)設計42.1溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速電路42.2溝通電機改變電壓時的機械特征62.3閉環(huán)控制的變壓調速系統(tǒng)及其靜特征92.4閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動向構造圖112.5溝通電機轉速單閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)啟動15第3章matlab仿真及仿真圖形分析15第4章課程設計總結錯誤！不決義書簽。

2、參照文件錯誤！不決義書簽。第1章溝通調壓調速系統(tǒng)概括1.1溝通調速系統(tǒng)直流電力拖動和溝通電力拖動在19世紀先后出生。在20世紀上半葉的年月里，基于直流拖動擁有優(yōu)勝的調速性能，高性能可調速拖動都采納直流電機，而約占電力拖動總容量80%以上的不變速拖動系統(tǒng)則采納溝通電機，這種分工在一段時期內已成為一種舉世公認的格局。溝通調速系統(tǒng)的多種方案固然早已問世，并已獲取實質應用，但其性能卻一直沒法與直流調速系統(tǒng)相匹敵。直到20世紀60-70年月，跟著電力電子技術的發(fā)展，使得采納電力電子變換器的溝通拖動系統(tǒng)得以實現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制的出現(xiàn)，高性能溝通調速系統(tǒng)便應運而生，向來被以為是理當如此的交

3、直流拖動按調速性能分工的格局終于被打破了。1.2溝通調速系統(tǒng)的應用領域溝通調速系統(tǒng)的應用領域主要有三個方面：（1）一般性能的節(jié)能調速；（2）高性能的溝通調速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)；（3）特大容量、極高轉速的溝通調速。（1）一般性能的節(jié)能調速在過去大批的所謂“不變速溝通拖動”中，風機、水泵等通用機械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動總容量的一半以上，此中有許多場歸其實不是不需要調速，不過因為過去的溝通拖動自己不可以調速，不得不依靠擋板和閥門來調理送風和供水的流量，因此把很多電能白白地浪費了。假如換成溝通調速系統(tǒng)，把耗費在擋板和閥門上的能量節(jié)儉下來，每臺風機、水泵均勻都能夠節(jié)儉20-30%以上的電能，成效是很可觀的

4、。但風機、水泵的調速范圍和對動向迅速性的要求都不高，只要要一般的調速性能。（2）高性能的溝通調速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)很多在工藝上需要調速的生產機械過去多用直流拖動，基于溝通電機比直流電機構造簡單、成本便宜、工作靠譜、保護方便、慣量小、效率高，假如改成溝通拖動，明顯能夠帶來許多的效益。但是，因為溝通電機原理上的原由，其電磁轉矩難以像直流電機那樣經過電樞電流實行靈巧的及時控制。20世紀70年月初發(fā)了然矢量控制技術，或稱磁場定向控制技術，經過坐標變換，把溝通電機的定子電流分解成轉矩重量和勵磁重量，用來分別控制電機的轉矩和磁通，就能夠獲取和直流電機相仿的高動向性能，從而使溝通電機的調速技術獲得了打破性的進展

5、。此后，又陸續(xù)提出了直接轉矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列能夠和直流調速系統(tǒng)媲美的高性能溝通調速系統(tǒng)和溝通伺服系統(tǒng)。2（3）特大容量、極高轉速的溝通調速直流電機的換向能力限制了它的容量轉速積不超出106kWr/min，超出這一數值時，其設計與制造就特別困難了。溝通電機沒有換向器，不受這種限制，所以，特大容量的電力拖動設施，如厚板軋機、礦井卷揚機等，以及極高轉速的拖動，如高速磨頭、離心計等，都以采納溝通調速為宜。1.3溝通調速系統(tǒng)的分類轉差功率耗費型這各樣類的所有轉差功率都變換成熱能耗費在轉子回路中。在三類溝通電機調速系統(tǒng)中，這種系統(tǒng)的效率最低，并且越到低速時效率越低，它是以增添轉差功率的耗

6、費來換取轉速的降低的（恒轉矩負載時）。但是這種系統(tǒng)構造簡單，設施成本最低，所以還有必定的應用價值。轉差功率饋送型在這種系統(tǒng)中，除轉子銅損外，大多數轉差功率在轉子側經過變流裝置饋出或饋入，轉速越低，能饋送的功率越多。不論是饋出還是饋入的轉差功率，扣除變流裝置自己的消耗后，最后都轉變?yōu)閷嵱玫墓β?，所以這種系統(tǒng)的效率較高，但要增添一些設施。轉差功率不變型在這種系統(tǒng)中，轉差功率只有轉子銅損，并且不論轉速高低，轉差功率基本不變，所以效率更高。此中變極對數調速是有級的，應用處合有限。只有變壓變頻調速應用最廣，能夠構成高動向性能的溝通調速系統(tǒng)，代替直流調速；但在定子電路中須裝備與電動機容量相當的變壓變頻器，

7、對比之下，設施成本最高。1.4調壓調速系統(tǒng)變壓調速是溝通電機調速方法中比較簡單的一種。由電力拖動原理可知，當溝通電機等效電路的參數不變時，在相同的轉速下，電磁轉矩與定子電壓的平方成正比，所以，改變定子外加電壓就能夠改變機械特征的函數關系，從而改變電機在必定負載轉矩下的轉速。過去改變溝通電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術流行此后，這種比較粗笨的電磁裝置就被晶閘管溝通調壓器代替了。當前，溝通調壓器一般用三對晶閘管反并聯(lián)或三個雙向晶閘管分別串接在三相電路中，主電路接法有多種方案，用相位控制改變輸出電壓。3圖1.1Y形連結圖1.2形連結第2章溝通電機轉速單閉環(huán)調壓調

8、速系統(tǒng)建模2.1溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速電路溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速是一種典型的轉差功率耗費型調速系統(tǒng)。圖2.1為溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速的電路。4圖2.1溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速電路溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)硬件主電路圖以下。圖2.2溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速硬件主電路調壓電路以晶閘管為開關信號，采納晶閘管溝通調壓器（TVC）,圖2.3為TVC硬件電路，圖2.4為TVC的變壓控制方式。5圖2.3晶閘管溝通調壓器硬件電路（a）相位控制（b）周期控制電壓在零點時同步導通圖2.4TVC的變壓控制方式2.2溝通電機改變電壓時的機械特征依據電機學原理，在下述三個假設條件下：忽視空間和時間諧

9、波，忽視磁飽和，忽視鐵損。溝通電機的穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖2.5。6圖2.5溝通電機穩(wěn)態(tài)等效電路此中，RS、RS定子每相電阻和折合到定子側的轉子每相電阻；Lls、Llr定子每相漏感和折合到定子側的轉子每相漏感；Lm定子每相繞組產生氣隙主磁通的等效電感，即勵磁電感；US、1定子相電壓和供電角頻次；轉差率。由圖2.5能夠推導出IrUs（2-1）2Rr22RsC1s1LlsC1Llr式中，C1Rsj1LlsL11Lm1jLls（2-2）m在一般狀況下，LmLlr，則C11,這相當于將上述假設條件的第條改為忽視鐵損和勵磁電流。這樣，電流公式可簡化成IsIrUs(2-3)2RsRr12Lls2Llrs令電磁

10、功率3Ir2RrPms同步機械角轉速1m1np式中np極對數，則溝通電機的電磁轉矩為7Pm3np2Rr3npUs2Rr/s（2-4）TeIr2m11s2Rr12Lls1RsLlrs式（2-4）就是溝通電機的機械特征方程式。它表示，當轉速或轉差率一準時，電磁轉矩與定子電壓的平方成正比。這樣，不一樣電壓下的機械特征便如圖2.6所示，圖中，UsN表示額定定子電壓。圖2.6溝通電機不一樣電壓下的機械特征將式（2-4）對s求導，并令dTe/ds=0，可求出對應于最大轉矩時的靜差率和最大轉矩smRr（2-5）Rs212(LlsLlr)2Temax3npUs2Rs2（2-6）21Rs12(LlsLlr)2由

11、圖2.6可見，帶恒轉矩負載工作時，一般籠型溝通電機變電壓時的穩(wěn)固工作點為A、B、C，轉差率s的變化范圍不超出0-sm，調速范圍有限。假如帶風機類負載運轉，則工作點為D、E、F，調速范圍能夠大一些。為了能在恒轉矩負載下擴大調速范圍，并使電機能在較低轉速下運轉而不致過熱，就要求電機轉子有較高的電阻值，這樣的電機在變電壓時的機械特征繪于圖2.7。8明顯，帶恒轉矩負載時的變壓調速范圍增大了，堵轉工作也不致燒壞電機，這種電機又稱作溝通力矩電機。圖2.7溝通力矩電機的機械特征2.3閉環(huán)控制的變壓調速系統(tǒng)及其靜特征采納一般溝通電機的變電壓調速時，調速范圍很窄，采納高轉子電阻的力矩電機能夠增大調速范圍，但機械

12、特征又變軟，因此當負載變化時靜差率很大，開環(huán)控制很難解決這個矛盾。為此，關于恒轉矩性質的負載，要求調速范圍大于D=2時，常常采納帶轉速反應的閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖2.8所示的是轉速單閉環(huán)控制變壓調速系統(tǒng)的靜特征。當系統(tǒng)帶負載在A點運轉時，假如負載增大惹起轉速降落，反應控制作用能提升定子電壓，從而在右側一條機械特征上找到新的工作點A。同理，當負載降低時，會在左側一條特征上獲取定子電壓低一些的工作點A。9圖2.8系統(tǒng)的靜特征依據反應控制規(guī)律，將A、A、A連結起來即是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特征。盡管溝通力矩電機的機械特征很軟，但由系統(tǒng)放大系數決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特征卻能夠很硬。假如采納PI調理器，仍舊能夠做到無靜差。改

13、變給定信號，則靜特征平行地上下挪動，達到調速的目的。溝通電機轉速單閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)不一樣于直流電機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的地方是：靜特征左右兩邊都有極限，不可以無窮延伸，它們是額定電壓UsN下的機械特征和最小輸出電壓Usmin下的機械特征。當負載變化時，假如電壓調理到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失掉控制能力，系統(tǒng)的工作點只好沿著極限開環(huán)特征變化。依據圖2.1所示的原理圖，能夠畫出靜態(tài)構造圖，如圖2.9所示。圖中，Ks=Us/Uc為晶閘管溝通調壓器和觸發(fā)裝置的放大系數；=Un/n為轉速反應系數；ASR采納PI調理器；n=f(Us,Te)是式（2-4）所表達的溝通電機機械特征方程式，它是一個非線性函數。10圖2.

14、9系統(tǒng)靜態(tài)構造原理圖穩(wěn)態(tài)時，Un*=Un=n(2-7)Te=TL(2-8)依據負載需要的n和TL可由式（2-4）計算出或用機械特征圖解法求出所需的Us以及相應的Uc。2.4閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動向構造圖對系統(tǒng)進行動向分析和設計時，須先繪出動向構造圖。由圖2.8的靜態(tài)構造圖能夠獲取動向構造圖，如圖2.10所示。此中有些環(huán)節(jié)的傳達函數能夠直接寫出來，只有溝通電機傳達函數的推導須費一番周折。圖2.10系統(tǒng)動向構造原理圖此中，MA溝通電機FBS測速反應環(huán)節(jié)11轉速調理器ASR常用PI調理器，用以除去靜差并改良動向性能，其傳達函數為WASR(s)Knns1(2-9)ns晶閘管溝通調壓器的觸發(fā)裝置的輸入

15、-輸出關系原則上是非線性的，在必定范圍內可假設為線性函數，在動向中能夠近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如直流調速系統(tǒng)中的晶閘管觸發(fā)和整流裝置那樣。傳達函數可寫成Ks(2-10)WGTV(s)Tss1其近似條件是1c(2-11)3Ts考慮到反應濾波作用，測速反應環(huán)節(jié)FBS的傳達函數可寫成WFBS(s)(2-12)Tons1溝通電機的動向過程是由一組非線性微分方程描繪的，要用一個傳達函數來正確地表示它的輸入輸出關系是不行能的。在這里，能夠先在必定的假設條件下，用穩(wěn)態(tài)工作點周邊的微偏線性化方法求出一種近似的傳達函數。由式（2-4）已知電磁轉矩為Te3npUs2Rr/s2（2-4）21RsRr12LlsLlrs

16、當s很小時，能夠近似以為RsRr且1(LlsLlr)Rrss后者相當于忽視溝通電機的漏感電磁慣性。在此條件下，Te3npUs2（2-13）1Rr這是在上述條件下溝通電機近似的線性機械特征。設A為近似線性機械特征上的一個穩(wěn)態(tài)工作點，則在A點上12TeA3npUsA2s(2-14)1RrA點周邊有細小誤差時，Te=TeA+Te，Us=UsA+Us，而s=sA+s，代入式（2-13）得TeATe3np(UsAUs)2(sAs)(2-15)1Rr將上式睜開，并忽視兩個和兩個以上微偏量的乘積，則3np2UsAsAUsUsA2s)(2-16)TeATe(UsA2sA1Rr從式（2-16）減去（2-14），

17、得3np(22s)（2-17）TeUsAsAUsUsA1Rr已知轉差率s1，此中1是同步角轉速，是轉子角轉速，則1s（2-18）1將式（2-18）帶入（2-17），獲取3np(2UsAsAUsUsA2)（2-19）Te1Rr1式（2-19）就是在穩(wěn)態(tài)工作點周邊微偏量Te與Us和間的關系。帶恒轉矩負載時的電力拖動系統(tǒng)運動方程式為TeTLJd(2-20)npdt依據上述相同的方法辦理,能夠獲取穩(wěn)態(tài)工作點A周邊的偏微量運動方程式為Jd()(2-21)TeTLdtnp將式（2-21）和（2-19）的微偏量關系畫在一同，即得溝通電機在忽視電磁慣性時的微偏線性化動向構造圖，如圖2.11所示。假如只考慮U1

18、到之間的傳達函數，可先取TL=0，圖2.10中小閉環(huán)傳達函數可變換成13npJs1(2-22)3npUsA2npJ3npUsA21Jsnpss2Rr12Rr圖2.10忽視電磁慣性時溝通電機微偏線性化的近似動向構造圖于是,溝通電機的近似線性化傳達函數為3np(s)2UsAsA1RrWMA(s)J3npUsA2Us(s)s12Rrnp(2-23)2sA1UsAKMAJ12RrsTms12213npUsA式中，KMA溝通電機的傳達系數，KMA2sA12(1A)UsAUsATm溝通電機拖動系統(tǒng)的機電時間常數，TmJ12Rr3np2UsA2因為忽視了電磁慣性，只剩下同軸旋轉體的機電慣性，溝通電機便近似成

19、一個線性的一階慣性環(huán)節(jié)，即(s)KMA(2-24)WMA(s)Tms1Us(s)把獲取的四個傳達函數式寫入圖2.11中各方框內，即得溝通電機變壓調速系統(tǒng)微偏線性化的近似動向構造圖。142.5溝通電機轉速單閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)啟動現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動器能夠限制起動電流并保持恒值，直到轉速高升后電流自動衰減下來（圖2.12中曲線c），起動時間也短于一級降壓起動。主電路采納晶閘管溝通調壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來保證恒流起動，穩(wěn)固運轉時可用接觸器給晶閘管旁路，免得晶閘管不用要地長遠工作。視起動時所帶負載的大小，起動電流可在(0.5-4)IsN之間調整，以獲取最正確的起動成效，但不論如何調整都

20、不宜于滿載起動。負載略重或靜摩擦轉矩較大時，可在起動時突加短時的脈沖電流，以縮短起動時間。軟起動的功能相同也能夠用于制動，用以實現(xiàn)軟泊車。圖2.11為溝通電機的啟動過程與電流沖擊比較。圖2.12溝通電機的啟動過程與電流沖擊第3章matlab仿真及仿真圖形分析matlab仿真連結圖：15單閉環(huán)溝通調壓調速的轉速仿真圖：參數設置：1、PI調理器ASR環(huán)節(jié)：162、Wgt-v晶閘管調壓器和觸發(fā)器環(huán)節(jié)：3、Wfbs轉速反應環(huán)節(jié)：174、電機傳達函數：5、1/Ce：186、matlab仿真設置仿真圖形分析1、由仿真圖能夠看出來，啟動時間不到1s，系統(tǒng)反應速度比較快，上漲時間比較短。2、利用轉速調理器的飽和特征，使得系統(tǒng)保持恒定的最大同意電流輸出，