武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书

摘要

电力拖动自动控制系统有调速系统、伺服系统、张力控制系统等。各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统中最基本的系统。调节电动机转速的方法一般有三种：调节电枢供电电压U；减弱励磁磁通Φ；改变电枢回路电阻R。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。用半控型器件晶闸管可以构成输出电压大小可变的电源，可作为异步电动机变压调速的可变电源，通过控制触发角α，就可以实现变压调速。同时，采用闭环控制的调速系统静特性相对开环系统来说有大大改善，并且使用比例积分调节器可以实现稳态无静差。

关键字： 变压调速 闭环控制 比例积分调节器

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武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书

目录

摘要 ......................................................................................................................................................... 0 1 转速反馈控制调速系统的原理 ....................................................................................................... 2 1.1 异步电动机的调压调速的机械特性 ....................................................................................... 2 1.2 转速闭环控制的调压调速系统静特性 ................................................................................... 3 1.3 异步电动机的调压调速主电路 ............................................................................................... 3 2 异步电动机闭环控制系统设计 ....................................................................................................... 6 2.1 晶闸管交流调压器元件的选择 ................................................................................................. 6 2.1.1 晶闸管元件的额定电压 ..................................................................................................... 6 2.1.2 元件的额定电流(通态平均电流) ..................................................................................... 6 2.2晶闸管的保护环节的设计 .......................................................................................................... 7 2.2.1过电流保护 .......................................................................................................................... 7 2.2.2过电压保护 .......................................................................................................................... 8 2.3控制电路的设计（转速调节器ASR的设计） ........................................................................ 10 2.3.1转速调节器结构的选择 .................................................................................................... 10 2.3.1转速调节器的参数计算 .................................................................................................... 10 小结体会 ............................................................................................................................................... 12 参考文献 ............................................................................................................................................... 13

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1 转速反馈控制调速系统的原理

1.1 异步电动机的调压调速的机械特性

对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。

交流异步电动机机械特性的参数表达式如下：

Rr'3UST???Rr'???12Lls?L'lr2??1??RS?S??2s??变压调速是异步电动机调速方法中的一种，由三相异步电动机机械特性参数表达式可知，当异步电动机等效电路的参数不变时，在相同点的转速下，电磁转矩Te与定子

电压US的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以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。

采用定子调压调速系统，就是在恒定交流电源与交流电动机之间接入晶闸管作为交流电压控制器，即改变定子电压调速。如下图画出了定子电压为U1、U1'、U1\ (U1?U1'?U1\)时的机械特性。

s a b c U”1 c’ b’ a’ 通风机负载特性 Sm nm U1>U1’>U1” Temax TL

图1-1 异步电动机调压调速的机械特性

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1.2 转速闭环控制的调压调速系统静特性

交流异步电动机电机应用调压调速可以获得良好的调速性能，保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调速方法称作调压调速。过去改变交流电压的方法多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和电抗器，自从电力电子技术兴起以后，这类比较笨重的电磁装置就被晶闸管交流调压器取代了。晶闸管交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中，用相位控制改变输出电压。这个原理同直流电机调压调速类似，只是交流调压调速只能是降压调速。直流电动

图1-2 转速闭环控制调压调速静特性 机调速系统中，要调节电枢电压，调节电枢供电电压首先要解决的是可控电源。可采用可控晶闸管组成整流器的晶闸管-电动机调速系统。过去采用通过调节触发装置的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压Ud，从而实现控制电枢电压。

采用普通异步电动机降压调速时，调速范围很窄；采用高转子电阻电动机可以增大调速范围，但机械特性又变软，开环控制很难解决这个矛盾。为此，如果要求带恒转矩负载的调压系统具有较大的调速范围时，往往需要采用带转速反馈的闭环控制系统。异步电动机闭环调压调速系统不同于直流电动机调压调速系统之处为：静特性两边都有极限，它们是额定电压示，图中的

和

下的机械特性和最小输出电压为系统的开环机械特性，而

、

下的机械特性。如右图1所、

为系统的闭环静特性。

由图可以看出，系统的闭环静特性为平行的直线，就实现了稳态无静差的要求。当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限的开环特性变化。

1.3 异步电动机的调压调速主电路

交流电机转速单闭环变压调速是一种典型的转差功率消耗型调速系统。图1-3为交

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