实验四---双闭环三相异步电动机串级调速系统

“运动控制系统”专题实验r2 r2+Rs1 r2+Rs2 r2+Rs3sm sm1 sm2 s Tem图6-1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。

2.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。

3.双闭环异步电机调压调速系统的机械特性。

转子变电阻时的机械特性:3.三相异步电机的调速方法三种类型: 转差功率消耗型: 调压、变电阻等调速方式, 转速越低, 转差功率消耗越大。

转差功率馈送型: 控制绕线转子异步电机的转子电压, 利用转差功率可实现调节转速的目的。

如串级调速。

转差功率不变型：转差功率很小, 而且不随转速变换, 如改变磁极对数调速, 变频调速。

1）定子调压调速当负载转矩一定时, 随着电机定子电压的降低, 主磁通减少, 转子感应电势减少, 转（2）空载电压为200V时n/(r/min) 1281 1223 1184 1107 1045I G/A 0.10 0.11 0.12 0.13 0.13U G/V 182 179 176 166 157 M/(N·m) 0.2265 0.2458 0.2636 0.2814 0.28312.闭环系统静特性n/(r/min) 1420 1415 1418 1415 1416 1412I G/A 0.11 0.14 0.16 0.19 0.21 0.26U G/V 203 200 201 200 200 199 M/(N·m) 0.2394 0.2795 0.3080 0.3777 0.3496 0.4482 静特性曲线:3.与开环机械特性比较, 闭环静特性比开环机械特性硬得多, 且随着电压降低, 开环特性越来越软。

第五章交流电机调速系统实验实验一双闭环三相异步电机调压调速系统实验一、实验目的(1)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。

(2)了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的机械特性。

(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、实验所需挂件及附件175三、实验线路及原理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，而对力矩电机或线绕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，其转速波动严重，为此常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“电流调节器”、“速度变换”、“触发电路”、“正桥功放”等组成。

其系统原理框图如图7-1所示：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，电流环对电网扰动仍有较大的抗扰作用，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 P s=SP M全部消耗在转子电阻中，使转子过热。

176图1-1 双闭环三相异步电机调压调速系统原理图四、实验内容(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。

五、预习要求(1)复习电力电子技术、交流调速系统教材中有关三相晶闸管调压电路和异步电机晶闸管调压调速系统的内容，掌握调压调速系统的工作原理。

(2)学习有关三相晶闸管触发电路的内容，了解三相交流调压电路对触发电路的要求。

电力拖动自动控制系统——运动控制系统实验指导书西安文理学院物理与机电工程学院目录实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试 (2)实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 (6)实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 (11)实验四双闭环三相异步电动机调压调速系统 (17)实验五双闭环三相异步电动机串级调速系统 (23)实验六异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统 (28)实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1.熟悉直流调速系统主要单元的工作原理及调速系统对其提出的要求。

2.掌握直流调速系统主要单元的调试步骤和方法。

二．实验内容1．转速调节器的调试2．电流调节器的调试3.逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．MCL-Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．NMCL-18组件。

3．NMCL-31A组件。

4．双踪示波器。

5．万用表。

四．实验方法1．转速调节器（ASR）的调试按图1-1接线。

电位器RP3、RP4逆时针拧到底。

（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端短接，使ASR调节器为P调节器，加入一定的输入电压（由主控制屏的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于±5V。

（2）测定输入输出特性ASR调节器仍为P调节器，输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，画出输入输出特性曲线，并计算P调节器限幅前的比例系数。

表1-1 ASR调节器为P调节器时输入输出特性（3）观察PI特性“5”、“6”端接可调电容（位于NMCL-18组件下方），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化，记录实验波形。

图1－1 速度调节器和电流调节器的调试接线图2. 电流调节器（ACR）的调试按图1－1接线。

（1）调整输出正、负限幅值“9”、“10”端短接，使调节器为P调节器，加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器，使输出正负值等于±6V。

实验三双闭环三相异步电动机串级调速系统实验一．实验目的⒈ 熟悉双闭环三相异步电动机串级调速系统的组成、工作原理、调试方法。

⒉ 了解双闭环三相异步电动机串级调速系统的静态和动态特性。

二．实验设备⒈ MCL – 31 低压控制电路及仪表。

⒉ MCL – 32 电源控制屏。

⒊ MCL – 33 触发电路及晶闸管主回路。

⒋ MEL – 03 三相可调电阻器。

⒌ MEL – 11 电容箱。

⒍ 绕线式异步电动机–直流电动机–测速机组。

⒎ 万用表。

⒏ 双踪示波器。

三．实验原理众所周知，在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。

但由于电动机转子回路感应电动势E r 的频率随转差率而变化，所以附加电动势的频率亦必须随电动机转速而变化。

这就相当于在转子侧加入一个可变压变频的装置。

实际系统中是将转子交流电动势整流成直流电动势，然后再引入一个附加的直流电动势，控制此附加直流电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。

这样就把交流变压变频的复杂问题，转化为与频率无关的直流变压问题，对问题的分析与工程实现都方便多了。

对于附加的直流电动势，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置，它既能够平滑的调节电压，以满足对电动机转速平滑调节的要求，从节能的角度又能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。

绕线转子异步电动机电气串级调速系统原理图如下图所示。

电气串级调速系统原理图四．实验内容⒈ 控制单元调试在主电路切断电源的情况下，进行控制单元调试。

⑴ 转速调节器（ ASR ）输出正、负限幅值的调试使转速调节器为 PI 调节器，将 MCL – 31 的给定端 U g 与转速调节器的“ 2 ” 端相接，接通控制电路电源﹙红色指示灯亮﹚。

分别加入一定的正、负输入电压，调节转速调节器的正、负限幅电位器 RP1 、 RP2 ，使转速调节器输出正、负限幅值等于± 5V 。

⑵ 电流调节器输出控制角 a 的调试使电流调节器为 PI 调节器，将 MCL – 31 的给定端 U g 与电流调节器的输入端“ 3 ” 端相接，电流调节器的输出端“ 7 ” 端与 MCL3 – 3 的 U ct 端相接，接通控制电路电源﹙红色指示灯亮﹚。

实验四双闭环三相异步电动机调压调速系统实验四双闭环三相异步电动机调压调速系统实验四双闭环三相异步电动机调压调速系统（验证性）一．实验目的1．熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。

2．介绍双闭环三相异步电动机调压变频系统的原理及共同组成。

3．通过测定系统的静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．实验内容1．测定绕线式异步电动机转子串电阻时的人为机械特性。

2．测定双闭环交流调压调速系统的静特性。

3．测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。

三．实验系统共同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调压器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)，一组桥脉冲放大器等组成。

其系统原理图如图7-1所示。

整个变频系统使用了速度，电流两个反馈控制环路。

这里的速度环路促进作用基本上与直流变频系统相同而电流环路的促进作用则有所不同。

在平衡运转情况下，电流环路对电网波动仍存有很大的抗扰促进作用，但在再生制动过程中电流环路仅起至管制最小电流的促进作用，不能发生最佳再生制动的恒流特性，也不可能将就是恒转矩再生制动。

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。

四．实验设备和仪器1．mcl系列教学实验台主控制屏。

2．mcl―18组件。

3．mcl―33组件。

4．三相拖线型异步电动机-功率直流发电机-测距发电机组5．mel―03三相调节器电阻器。

6．mel―11组件。

7．双踪示波器。

．8．万用表。

五．注意事项1．互连asr形成输出功率负反馈时，为了避免震荡，可以预先把asr的rp3电位器逆时针旋到底，并使调节器压缩倍数最轻，同时，asr的“5”、“6”端的互连调节器电容（预置7μf）。

浅析三相异步电动机的串级调速作者：梁永成来源：《中国新技术新产品》2014年第04期摘要：串级调速即将可调节电势附加至绕线式电动机的转子回路中，通过附加电势的串入，对电动机转差进行改变，用以调整电动机速度。

附加电势会将其所在电路中大部分的转差功率吸收掉，再将电势吸收的反差功率通过附加装置转换能量再次利用，或返还回电网。

关键词：串级调速：转差率；电动机中图分类号：TM34 文献标识码：A1 原理概述电阻调速在绕线式电动机的转子回路中调速效率极低，将调速电阻串联入转子回路中，回路中会产生一定的转差功率损耗，转差功率会随着转速的降低而不断的增加，换言之，转差功率的损耗量便会越高，但是由于调速电阻的串入便会造成转差功率的消耗，因此系统效率便无法提升。

2 调速方法三相异步式电动机的转速可以通过“60f/p（1-s）”公式进行计算求得，式中f代表供电频率，P代表极对数，s则为转差率。

通过改变f、p、s值中的任何一个，均能够对转速予以改变。

串级调速是在传统的串电阻调速基础上发展而来的，其原理继承了一部分原有调速结构的原理，但在转差功率的利用上远远优于串电阻调速的方式。

使得转差功率被最大程度的加以利用，提高了电机的整体效率。

并且将控制量引入电动转子侧，即并将一个同转子的相数相附加且回路频率相同的电势串入绕线式电动机转子的回路中，通过附加电势实现电机的调速。

而转差功率的大部分则被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加电势的装置设法把所吸收的这部分转差功率回馈入电网，就能使电动机在低速运转时具有较高的效率。

以下通过分析对附加电势的改变是如何对电动机的转速进行调节的，串级调速系统对电动机的调速原理是什么。

异步电动机在云状过程中具有自然机械性，此时附加电势为零，电动机运转速度稳定且接近额定转速值，若是电动机对恒转矩进行拖动而负载，那么转子每项的电流为，由于定子电压相对较为恒定，因此气隙磁通始终不会改变，电动机中电磁转矩T =，当电势串入到电动机的转子回路中，且转子的感应电势同相位之间的差角不小于90°，那么电动机主要向下进行调速。

吉林建筑大学城建学院课程设计报告题目名称双闭环三相异步电动机调压调速系统的仿真院（系）电气信息工程系课程名称电力拖动自动控制系统班级电气11-1学号*********学生姓名李林指导教师柏逢明起止日期2015.3.2-2015.3.13目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章双闭环三相异步电动机调压调速系统 (1)1.1设计原理 (1)1.2工作原理 (2)1.2.1 控制电路 (2)1.2.2 移相触发电路 (2)第2章设计方案 (3)2.1 主电路设计 (3)2.1.1 调压电路 (3)2.1.2 开环调压调速 (3)2.1.3闭环调压调速 (4)2.2 控制回路设计 (5)2.2.1转速检测环节和电流检测环节的设计 (5)2.2.2调速系统的静态参数分析 (9)2.3 触发电路设计 (11)第3章仿真设计 (12)3.1 调压电路 (12)3.1.1 调压电器的仿真模型 (12)3.1.2 参数的设定 (13)3.1.3电阻负载的仿真图形 (14)3.2 异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 (15)3.2.1 参数设定 (15)3.2.2闭环调压 (18)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)摘要调压调速是变转差率调速的一种。

由电机原理可知当转差率s基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。

改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。

目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。

它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间，通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。

晶闸管三相交流调压电路的连结方式很多，各有其特点。

双闭环调压调速特性以前用饱和电抗器，现在广泛采用晶闸管调压电路。

在前面所述的开环系统的调速中，其机械特性软，调速范围较窄。

加转速负反馈系统环节后成了调压调速的闭环控制系统。

双闭环三相异步电动机调压调速心得体会
双闭环三相异步电动机调压调速是一种常见的控制技术，用于实现电动机的精确调节和控制。

通过对电动机的调压和调速，可以在不同的负载和工况下实现电动机的高效运行。

在实践中，我总结了一些关键的心得体会：
1. 理论基础：熟悉电动机的基本原理和工作特性是掌握调压调速技术的前提。

了解电动机的构造、转矩特性、绕组和定子的连接，可以更好地理解调压调速的原理和实现方式。

2. 控制策略：在双闭环控制中，内环控制是电流控制，外环控制是速度或转矩控制。

合理选择控制策略和参数调节方法，可以实现电动机的稳定运行和响应速度的提高。

3. 传感器选择：准确感知电动机的状态是实现调压调速的前提。

选择合适的传感器（如电流传感器、速度传感器）能够提供准确的反馈信号，为控制系统提供准确的输入。

4. 控制器设计：根据系统需求和控制策略选择合适的控制器。

PID控制器是常用的控制器类型，但根据实际情况可能需要采用其他控制算法。

5. 运行监测：定期对电动机进行运行监测，观察调压调速系统的性能和稳定性，及时发现和解决问题，确保电动机的正常运行。

需要注意的是，实施调压调速技术时，应遵守相关的安全操作规程，确保工作环境安全，避免事故发生。

摘要本毕业论文所研究的是双闭环三相异步电动机的串级调速的基本原理与实现方法。

对于绕线式异步电动机来说，由于改变其转子绕组控制变量以实现调速，转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。

通常转子电流随负载的大小决定，不能任意调节；而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速，缺点较多，所以转子侧的控制变量只能是电动势，这也是本文所要研究的重点之一。

利用串级调速系统，就是使绕线式异步电动机实现高性能调速的有效办法。

用转子串反电动势来代替电阻，吸收转差功率；用双闭环控制提高系统的静、动态性能。

把这种用附加电动势的方法将转差功率回收利用的调速称为双闭环串级调速。

这是本文所必须研究的，也是本文的核心所在。

并通过利用MATLAB 软件对双闭环串级调速系统进行仿真，仿真结果表明通过双闭环串级调速系统能及时地对给定速度进行反馈，提高调速的准确性。

关键词：双闭环；串级；调速；MATLAB.AbstractThe graduation thesis studies three-phase asynchronous motor is double loop bunch_rank speed-control of the basic principle and implement method. With wound rotor series, asynchronous motors can adjust speeds through control variables, which include electric current, electromotive force and resistance, etc. on the rotor side. Typically, the rotor current is determined by the load and cannot be adjusted freely. In contrast, adjusting rotor’s return circuit impedance tends to consume more power along with other disadvantages. Therefore, electromotive force should be the only control variable on the rotor side, which is also one of the major points research in this paper.In summary, concatenation control system is one effective means to realize high control ability in series-wound asynchronous motors. Specifically, it is used to replace resistance with rotor’s electromotive force and absorb slip power; and to enhance the static and dynamic capabilities of the system using double closed loop. We refer to this method of utilizing additional electromotive force to recycle slip power as concatenation control with double close loop, which is also the focus of this paper. And through the use of MATLAB software on the double closed loop bunch_rank speed- control system, and simulation draw simulation diagram,the results show that by double closed loop bunch_rank speed-control system can timely given speed feedback, to improve the accuracy of speedKeywords: double-loop；cascade；governor；MATLAB.目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)2串级调速的原理 (3)2.1异步电动机转子附加电动势时的工作情况 (3)2.2串级调速的功率传递关系 (4)2.3串级调速系统及其附加电动势的获得 (5)3双闭环三相异步电机的静态特性和动态特性 (9)3.1三相异步电动机串级调速开环工作机械特性 (9)3.2三相异步电动机单闭环ASR 系统静特性 (11)3.3双闭环调速系统的静态和动态特性 (13)4总体设计方案 (17)4.1双闭环三相异步电机串级调速各个模块的功能 (17)4.2串级调速系统设计 (23)4.3双闭环系统设计 (24)4.4总电路图的设计 (25)5系统仿真 (27)5.1仿真软件的简介 (27)5.2具体的软件仿真设计 (27)5.3系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析 (36)总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1绪论电力传动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置。