双闭环三相异步电动机调速系统

高等教育自学考试本科毕业论文基于PLC的三相异步电机变频调速系统的设计高等教育自学考试本科毕业论文基于PLC的三相异步电机变频调速系统的设计摘要随着科技的进步，电机的运用已经深入到各行各业的各个领域。

而现今也是一个资源高度消耗造成能源匮乏的时代，在这个时候考虑如何让其在高可靠性的同时又有效的节约能源耗费提高自身的效率，这不仅可以使企业的生产成本降低，而且对于社会的可持续发展有着重要的意义。

本文所讨论的是利用PLC控制的三相异步电机变频调速的基本原理与实现方法。

三相异步电机一般的调速方法有：降压调速，转子回路串电阻调速，变极调速，串极调速，变频调速等。

但是这些调速方法都有着各自的缺点，降压调速的调速范围很小，没有多大的实用价值；转子回路串电阻调速不利于空载或轻载调速，效率低，经济性差；变极调速调速的平滑性差；串极调速的控制设备复杂，成本高，控制困难。

所以调速性能至少需从两方面考虑。

第一，应从节能和提高效率的角度考虑，应将损耗在转子附加电阻上的能量吸收，转化成别的有用的能量或反馈到电网，以提高传动系统的效率。

第二，应从高性能调速要求考虑，应用控制理论，将其组成闭环调速控制系统，满足调速精度、动态响应等各项指标的要求。

综上所述，利用PLC控制的变频调速系统，是使三相异步电动机实现高性能高效率调速的有效办法。

通过改变定子绕组的供电频率f来实现，当转差率s一定时，电动机的转速n基本上正比于f。

很明显，只要有输出频率可以平滑调节的变频电源，就能平滑的调节异步电动机的转速。

关键词：变频调速，PLC，异步电机The three-phase asynchronous motor variable frequency speed regulation system based on PLC designAbstractHuman being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on. These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed.Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together.Control system mainly includes the sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection system is used to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances received different light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors.Keywords: Frequency control, PLC, asynchronous motor目录中文摘要 (II)英文摘要 ........................................................................................ 错误！未定义书签。

摘要直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。

直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。

本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。

关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器目录摘要 (I)1设计任务与分析 (1)2调速系统总体设计 (2)3直流双闭环调速系统电路设计 (3)3.1晶闸管-电动机主电路的设计 (3)3.1.1主电路设计 (3)3.1.2主电路参数计算 (4)3.2转速、电流调节器的设计 (5)3.2.1电流调节器 (5)3.2.1.1电流调节器设计 (5)3.2.1.2电流调节器参数选择 (6)3.2.2转速调节器 (8)3.2.2.1转速调节器设计 (8)3.2.2.2转速调节器参数选择 (8)3.3转速检测电路设计 (10)3.4电流检测电路设计 (10)4小结与体会 (11)5参考文献 (12)直流双闭环调速系统设计1设计任务与分析直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，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，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统是比较基础比较容易掌握的，它可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

原因是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

为了实现在允许条件下I的恒流过程，采用电流负反馈就的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm可以得到近似的恒流过程。

电力拖动自动控制系统复习题及答案一、基础题1、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。

2、带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统，采用比例积分（PI）调节器的闭环调速系统是无静差的调速系统。

3、实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点飘移而采用准IP调节器。

4、对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能，主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。

5、调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以动态跟随性能为主。

6、超调量的表达式为：δ＝(Cmax－C∞)/C∞×100％。

7、在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于恒转矩调速性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，属于恒功率调速。

8、当电动机由三相平衡正弦电压供电时，磁链幅值一定时，u S 的大小与电压角频率δ1 成正比，其方向则与磁链矢量正交。

9、调速系统的动态性能就是抵抗扰动的能力。

10、抗扰性能是反馈控制系统最突出的特征之一。

11、转速反馈闭环调速系统的精度信赖于给定和反馈检测精度。

12、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

13、在起动过程中转速调节器ASR经历了快速进入饱和、饱和、退饱和、三种情况。

14、自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标和扰动性能指标。

15、动态降落的表达式为：(△Cmax/Cb) ×100％。

16、基频以上变频调速属于恒功率调速。

17、异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

18、两种最基本的直流调速方式为：调压调速方式和弱磁调速方式。

19、在典型II型系统性能指标和参数的关系分析中，引入了h，h 是斜率为–20dB/dec的中频段的宽度，称作中频宽。

20、Ws*＋W =W1* 是转差频率控制系统突出的特点或优点。

21、异步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。

第9章 异步电动机串级调速系统
9.2 9.2.1
1. 理想空载转速 根据式（9-5）， 当系统在理想空载状态下运行时 （Id=0）， 转子直流回路的电压平衡方程式变成
K1s0Er0=K2U2Tcosβ 式中： s0为异步电动机在串级调速时对应于某一β角的理想
第9章 异步电动机串级调速系统
取K1=K2， 则
（9-4）
第9章 异步电动机串级调速系统
2. 在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是 在转子侧串入一个可变频、 可变幅的电压。 对于只用于次 同步电动状态的情况来说， 比较方便的办法是将转子电压 先整流成直流电压， 然后再引入一个附加的直流电动势， 控制此直流附加电动势的幅值， 就可以调节异步电动机的 转速。 这样， 就把交流变压变频这一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。
第9章 异步电动机串级调速系统
图9-3
(a) 大电机；
(b)
第9章 异步电动机串级调速系统
3. 整流器和逆变器容量的选择主要依据其电流与电压的 定额。 电流定额取决于异步电动机转子的额定电流IrN和 所拖动的负载， 电压定额则取决于异步电动机转子的额定 相电压（即转子开路电动势）Er0和系统的调速范围D。 为 了简便起见， 按理想空载状态来定义调速范围， 并认为 异步电动机的同步转速nsyn就是最大的理想空载转速， 于
子额定相电压值。
第9章 异步电动机串级调速系统
式(9-1)表明， 绕线型异步电动机工作时， 其转子电动 势Er 值与转差率s成正比。 此外， 转子频率f2也与s成正比， f2=sf1。 在转子短路情况下， 转子相电流Ir的表达式为
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2