变压变频开环调速系统设计-交流调速系统
变压变频开环调速系统设计-交流调速系统
1、输入侧的额定数据
额定电压380V，允许波动+10%，额定频率f=50HZ，相数为三相。
2、输出侧的额定数据
额定电压380V（指输出最大线电压）
额定电流40A（指长时间输出的最大线电流）
额定容量SN=32kV A
过载能力电流120%，时间1.5分钟（指输出电流允许超过额定电流的倍数和时间）3、输出频率指标
设定频率范围2HZ-120HZ
1，给出电流源型变压变频开环控制的变频调速控制系统设计的原理图。
2，主电路设计。包括整流，逆变电路及开关管额定电压/电流计算。
控制方案设计及原理介绍。包括：
3，速度调节器，电流调节器的PI算法及程序框图，
4，其它有关部分的设计。
5，系统的数学模型
6，对系统原理做总体说明介绍。
7，按照学院课程设计要求，撰写课程设计说明书。
第1章概述 1
1.1 设计方案论证1
1.2概述1
1.3设计系统的原理图1
第2章系统的各单元电路及参数的设计 4
2.1主电路设计4
2.2电压调节器、电流调节器的PI算法及程序框图设计8
2.3其他有关部分的设计10
2.4系统的数学模型13
第3章系统原理总体说明15
3.1 系统原理的总体说明介绍15
参考文献17
第一章概述
1.1 设计方案论证
电流源型逆变器频率开环调速系统的显著特点是容易实现回馈制动，从而便于四象限运行。适用于需要制动和经常正、反转的机械。此系统对负载电流变化的反应迟缓，因而适用于单台电机传动，但可以满足快速起、制动和可逆运行的要求。因为这种系统有着很高的性能价格比，因此在以节能为目的的各种用途中和对转速精度要求不高的各种场合下得到了广泛的应用。
1.2 概述
电流源型逆变器频率开环调速系统的变频器有两个功率变换环节，即整流桥与逆变桥，它们分别有相应的控制回路，为了操作方便采用一个给定来控制，并通过函数发生器，使两个回路协调地工作。在电流源型逆变器频率开环调速系统中，除了设置电流调节环外，仍需要设置电压闭环，以保证调压调频过程中对逆变器输出电压的稳定性要求，实现恒压频比的控制方式。
1.3 设计系统的原理图
电流源型逆变器频率开环调速系统的原理图，如图1.1所示：894
变压变频开环调速系统设计-交流调速系统
图1.1 电流源型逆变器频率开环调速系统的原理图
电流源型逆变器频率开环调速系统是由电流源型变频器主电路、给定积分、函数发生器、电压调节器和电流调节器、瞬态校正环节等几部分组成的。
1. 电流源型变频器主电路
电流源变频器主电路的中间直流环节采用电抗器滤波，其主电路由两个功率变换环节构成，即三相桥式整流器和逆变器，它们分别有相应的控制回路，即电压控制回路及频率控制回路，分别进行调压与调频控制。
2. 给定积分
设置目的：将阶跃给定信号转变为斜坡信号，以消除阶跃给定对系统产生的过大冲击，使系统中的电压、电流、频率和电机转速都能稳步上升和下降，以提高系统的可靠性及满足一些生产机械的工艺要求。
3. 函数发生器
设置目的：在变压变频调速系统中Us=f
，即定子电压是定子频率的函数，函数发生器就是根据给定积分器输出的频率信号，产生一个对应于定子电压的给定值，实现Us/ =C。
4. 电压调节器和电流调节器
电压调节器采用PID调节器，其输出作为电流调节器的给定值。
电流调节器也是采用PID调节器，根据电压调节器输出的电流给定值与实际电流信号值的偏差，实时调整触发角，使实际电流跟随给定电流。
5. 瞬态校正环节
瞬态校正环节是一个微分环节，具有超前校正作用。设置的目的是为了在瞬态调节过程中仍使系统基本保持Us/ =C的关系。第二章各单元电路及参数的设计
2.1主电路设计
交—直—交变频器的主电路如图2.1所示：
图2.1 交—直—交变频器的主电路图
现说明如下：
2.1.1 交—直部分
1.晶闸管VT11—VT61
VT11—VT61组成三相整流桥，将电源的三相交流电全波整流成直流电。
2.滤波电容器，其功能是：
（1）滤平全波整流后的电压纹波；
（2）当负载变化时，使直流电压保持平稳。
由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成，如图中
的Cf1和Cf2。因为电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组Cf1和Cf2的电容量常不能完全相等。这将使它们承受的电压Ud1和Ud2不相等。为了使Ud1和Ud2相等，在Cf1和Cf2旁各并联一个阻值相等的均压电阻Rc1和Rc2。
3.限流电阻与晶闸管VT
当变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器
的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使三相整流桥的二极管损坏；同时，也使电源电压瞬间下降而受到“污染”，为了减小冲击电流，在变频器刚接通电源后的一段时间
里，电路内串入限流电阻
，其作用是将电容器的充电电流限制在允许的范围以内。
晶闸管VT的功能是：当充电到一定程度时，令VT接通，将短路。
4.电源指示灯HL
HL除了表示电源是否接通外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器上的电荷是否已经释放完毕。
由于的容量较大，而切断电源由必须在逆变电路停止的状态下进行，所以没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于
上的电压较高，如不放完，对人身安全将构成威胁。故在维修变频器时，必须等HL 完全熄灭后才能接触变频器内部的导电部分。2.1.2 直—交部分
1.逆变管VT12—VT62
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VT12—VT62组成逆变桥，把VD
1—VD6整流所得到的直流电再“逆变”成频率可调的交流电。这是变频器实现变频的具体执行环节，因而是变频器的核心部分。图中的逆变管为门极关断（GT0）晶闸管。
2.续流二极管VD1—VD6. 其主要功能有：
（1）电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。VD1—VD6.为无功电流返回直流电源时提供“通道”。
（2）当频率下降，电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过VD1—VD6整流后返回给直流电路。
（3）VT12—VT62进行逆变的基本工作过程是，同一桥臂的两个逆变管处于不停地交替导通和截止的状态。在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需要VD1—VD6提供通路。3.缓冲电路（R01、VD01、C01—R06、VD06、C06）
逆变管在关断和导通的瞬间，其电压和电流的变化率是很大的，有可能使逆变管受到损坏。因此，每个逆变管的旁边还应该接入缓冲电路，以减缓电压和电流的变化率。缓冲电路的结构因逆变管的特性和容量等的不同而有较大差异。
各元件的功能如下：
（1）C01—C06 逆变管VT12—VT62每次由导通状态切换成截止状态的关断瞬间，集电极（C极）和发射极（E极）间的电压
将极为迅速地由近乎0V上升至直流电压值
。这过高的电压增长率将导致逆变管的损坏。因此，C01—C06的功能是减小VT12—VT62每次关断时的电压增长率。
（2）R01—R06 VT12—VT62每次由截止状态切换成导通状态的瞬间，C01—C06上所充的电压（等于
）将向VT12—VT62放电。此放电电流的初始值将是很大的，并且将叠加到负载电流上，导致VT12—VT62的损坏。因此，R01—R06的功能是限制逆变管在接通瞬间C01—C06的放电电流。
（3）VD01—VD06
R01—R06的接入，又会影响C01—C06在VT12—VT62关断时减小电压增长率的效果。VD01—VD06接入后，在VT12—VT62的关断过程中，使R01—R06不起作用；而在VT12—VT6的关断过程中，又迫使C01—C06的放电电流流经R01—R06。
2.1.3 制动电阻和制动单元
1.制动电阻
电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压
不断上升，甚至有可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使保持在允许的范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
2.制动单元
制动单元由GTR或IGBT及其驱动电路构成。其功能是为放电电流流经提供通路。
2.1.4 参数计算
（1）对于整流桥电路
1. °时
整流后输出的电压平均值=
=2.34
2. >60°时
整流后输出的电压平均值=
=2.34
整流后输出的电流平均值=
整流桥所用的晶闸管的电流有效值=
整流桥所用的晶闸管的电流额定电流
= = 整流桥所用的晶闸管的电流额定=
式=380 V；
为晶闸管的触发角；
R为负载电阻。
由上面的计算公式，易知：需要根据负载R的大小来选取适当的晶闸管用在整流桥中。
（2）对于逆变桥电路
晶闸管能承受的最大极限电流=40 =48A
晶闸管能承受的电流有效值= 34A
晶闸管的额定电流= 21.7A
综上，应选取额定电流不小于21.7A的晶闸管用在设计的逆变桥电路中。
2.2 电压调节器、电流调节器的PI算法及程序框图
电压调节器、电流调节器的PI算法：
当执行机构需要的是控制量（电压调节器为电压，电流调节器为电流）的增量时，可由式
= e（k）+ + [e（k）-e（k-1）] （2—1）
式中k——采样序号，k=0，1，2，……；
U（k）——第k次采样时刻的计算机输出值（电压调节器为电压，电流调节器为电流）；
e（k）——第k次采样时刻输入的偏差值（电压调节器为电压，电流调节器为电流）；
e（k-1）——第（k-1）次采样时刻输入的偏差值（电压调节器为电压，电流调节器为电流）；
——积分系数，= T/ ；
——微分系数，= /T.
导出提供增量的PID控制算法式，根据递推原理可得：
= e（k-1）+ + [e（k-1）-e（k-2）] （2-2）
用式（2-1）减去（2-2），可得
= [e（k）-e（k-1）]+ e（k）+ [e（k）-2e（k-1）+e（k-2）]=
= + e（k）+ [ - ] （2-3）
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式中=e（k）-e（k-1）
式（2-3）称为增量式PID控制算法。图2.2给出了增量式PID控制系统示意图。
异步调速电动机
T
图2.2增量式PID控制系统示意图
可将式（2-3）进一步改写为
=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）（2-4）
式中A= （1+ + ）
B= （1+2 ）
C= /T
它们都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系数。
采用增量式算法时，计算机输出的控制增量△U（k）对应的是本次执行机构位置的增量（电压调节器为电压，电流调节器为电流）。
增量式PID控制算法有以下优点：
（1）由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。
（2）手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故能仍然保持原值。
（3）算式中不需要累加。控制增量△U（k）的确定仅与最近k次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。
增量式PID控制算法程序框图如图 2.3所示：Y
图2.3增量式PID控制算法程序框图
2.3其他有关部分的设计
1.电流源型变频器主电路
电流源变频器主电路的中间直流环节采用电抗器滤波，其主电路由两个功率变换环节构成，即三相桥式整流器和逆变器，它们分别有相应的控制回路，即电压控制回路及频率控制回路，分别进行调压与调频控制。
2.给定积分
设置目的：将阶跃给定信号转变为斜坡信号，以消除阶跃给定对系统产生的过大冲击，使系统中的电压、电流、频率和电机转速都能稳步上升和下降，以提高系统的可靠性及满足一些生产机械的工艺要求。
3.函数发生器
设置目的：在变压变频调速系统中Us=f
，即定子电压是定子频率的函数，函数发生器就是根据给定积分器输出的频率信号，产生一个对应于定子电压的给定值，实现Us/ =C。
4.电压调节器和电流调节器
电压调节器采用PID调节器，其输出作为电流调节器的给定值。
电流调节器也是采用PID调节器，根据电压调节器输出的电流给定值与实际电流信号值的偏差，实时调整触发角，使实际电流跟随给定电流。
5.瞬态校正环节
瞬态校正环节是一个微分环节，具有超前校正作用。设置的目的是为了在瞬态调节过程中仍使系统基本保持Us/ =C的关系。
当电源电压波动而引起逆变器输出电压变化时，电压闭环控制系统按电压给定值自动调节逆变器的输出电压。但是在电压调节过程中，逆变器输出频率并没有发生交替的情况，使得电机输出转矩大幅度波动，从而造成电动机转速波动。为了避免上述情况的发生，加入了瞬态校正环节。
瞬态校正环节的输入信号取自电流调节器的输出信号。当电流调节器输出发生改变时，整流桥触发角将改变，而逆变桥输出的三相交流电压Us的大小又直接与整流电压的大小成正比，因此，电流调节器输出的改变量正比于逆变桥输出电压的改变量，将这个信号取来，经微分运算后与频率给定信号
相叠加（*= +K*）。，从而使输出电压Us瞬时改变时，频率
也相应的改变，实现在瞬态过程中也能保证恒压频比的控制方式。当一旦系统进入稳态后，微分校正环节不起作用。
6. 外接电位器
变频器内部的控制电压，由外接电位器取出电压给定。由于变频器的外接电压给定信号为—10V—+10V，故变频器可根据给定的电压信号的极性来决定电动机的旋转方向。电位器的阻值不宜过大或过小。若过小，因为阻值太小了，将增加变频器内部控制电源的电流，有可能造成过流而导致变频器的烧毁。若阻值太大，电位器取用的电流太小，在控制距离较远时，会使抗干扰能力变差。此外，也有一个和变频器内部电路的匹配问题，故电位器的阻值一般以不大于10K为宜，本设计中选取的电位器阻值为6K。另外，由于外接电位器在工作过程中调节比较频繁，必须考虑其内部触点的耐磨性，故放电器的瓦数宜大不宜小。一般应按实际消耗功率的10倍以上来选择，本设计中电位器消耗的功率为P=U*U/R=10*10/6000W=1/60W，应选用电位器的标称功率为1/6W以上的。
7.驱动电路
用于驱动各逆变管。如逆变管为GTR，则驱动电路还包括以隔离变压器为主体的专用驱动电源，但现在大多数中、小容量变频器的逆变管都采用IGBT管，逆变管的控制极和集电极、发射极之间是隔离的，不再需要隔离变压器，故驱动电路常常和主控制电路在一起。
8.绝对值器
设置目的：无论给定积分的输出的斜坡信号为正还是为负，都把它变为正的斜坡信号，以此频率信号作为对应于定子电压的给定值，实现Us/ =C。
9.触发器
设置目的：当电流调节器输出发生改变时，使整流桥触发角α发生改变，从而使整流电压改变。
10.SPWM
SPWM是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制方式。其工作特点是：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息。而流过负载的是按线电压规律变化的交变电流。
11.电压反馈和电流反馈
电压反馈是利用传感器，将SGCT逆变桥的输出的实际电压反馈回去，与函数发生器产生的定子电压作比较。
电流反馈是利用传感器，当触发器调整触发角后，将得到的实际电流反馈回去，与电压调节器输出的电流给定值进行比较。
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2.4系统的数学模型
120°导通型电流源型逆变器—异步电机的等值电路，如图2.4所示：
图2.4电流型逆变器异步电机等值电路
假设电动机工作在小转差下，并忽略电动机反电势对电流的影响，即可认为︽0，则可求得小小信号作用下整流电压和之间的传递函数
= （2-5）
式中= ，=
假设电机工作在小转差下，可得到如下近似结果
︽=4.44 =4.44 = （2-6）
cos ≈1
电磁转矩= cos ≈ cos ≈ （2-7）
式中= 。
带载时的运动方程式= - = - （2-8）
将式（2-6）代入式（2-8）中，并进行拉氏变换，经整理得到
= - = - （2-9）
其中= ，= 。
利用以上结果，可以画出交—直—交电流源型逆变器—异步电动机变频调速系统的动态结构框图，如图2.5所示（电压、电流双闭环）：
图2.5 交—直—交电流源型逆变器—异步电动机变频调速系统的动态结构框图
第三章系统原理说明
3.1 系统原理的总体说明介绍。
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当电源输入侧的电压发生波动时，将引起SGCT逆变桥的输出电压发生变化。SGCT 逆变桥输出侧的传感器，将检测到的已经发生变化SGCT逆变桥的输出电压进行反馈。反馈的实际电压信号
与函数发生器产生的对应于定子电压的给定值相叠加（是函数发生器根据给定积分器输出的频率信号
，产生的一个对应于定子电压的给定值。）叠加后的电压信号作为电压调节器的输入，电压调节器采用PID调节器，其输出的
作为电流调节器的给定值。电源输入侧的传感器将检测到的电源输入侧的实际电流信号值进行反馈，反馈的实际电流信号值与电压调节器输出的电流给定值
进行叠加。叠加后的信号输入到电流调节器，电流调节器也是采用PID调节器。电流调节器根据电压调节器输出的电流给定值与实际电流信号值的偏差
，将使触发器的触发角α发生改变，从而使整流电压发生改变。而SGCT逆变桥输出的三相交流电压
的大小又直接与SCR整流电压的大小成正比，因此，电流调节器输出的改变量正比于逆变桥输出电压的改变量。电压闭环控制系统就是这样，在电源电压波动而引起逆变器输出电压变化时，按电压给定值自动调节逆变管的输出电压的。但是，在电压调节过程中，逆变器输出的频率并没有发生变化，因此，Us/
=C的关系在瞬态过程中，不能得到维持，这将导致磁场过激或欠激不断交替的情况，使得电机输出转矩大幅度波动，从而造成电动机的转速波动。为了避免上述情况的发生，加入了瞬态校环节。瞬态校正环节是一个微分环节，具有超前校正的作用。瞬态校正环节的输入信号
取自于电流调节器的输出信号。瞬态校正环节将电流调节器的这个输出信号取来，经过微分运算后，与频率给定信号相叠加（*=
+K*）。叠加后的信号中往往含有大量的谐波分量，这些谐波分量，将带来电机内部损耗增大和谐波转矩影响严重的问题。所以，还需要加一个SPWM控制环节，以消除谐波分量产生的不良影响，从而提高了电流源型变压变频调速系统的性能。经SPWM控制环节处理后的信号输入到驱动电路后，完成对SPWM逆变桥各逆变管的驱动，从而使输出电压瞬时改变时，频率也随着作相应的改变，实现了在瞬态过程中也能保证恒压频比的控制方式。但一旦系统进入稳态后，微分校正环节将不再起作用。
另外，外接的电位器取出的电压给定（可正可负），可作为变频器内部的控制电压，而此电压给定信号往往是阶跃给定信号，而给定积分环节正好能将阶跃给定信号转变为斜坡信号，以消除阶跃给定对系统产生的过大冲击，使系统中的电压、电流、频率和电机转速都能稳步上升和下降，以提高系统的可靠性及满足一些生产机械的工艺要求。一方面，无论给定积分得到的斜坡信号为正，还是为负，经过绝对值器后，都将变为正的给定信号。函数发生器根据给定积分器输出的频率给定信号将产生一个对应于定子电压的给定值
。另一方面，变频器可根据给定积分产生的给定斜坡信号的极性来决定电机IM的正反转参考文献
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交流调速系统概述 1.1、交流调速系统的特点 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,这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的。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。相比于直流电动机，交流电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。 随着电力电子技术，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，交流可调传动得到了广泛的发展，诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。 1.2交流调速系统的应用 由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：（1）、风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进行变频、串级调速，可以节能。 （2）、对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、档次提高。 （3）、纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采用交流无级变速，提高产品的质量和效率。 （4）、钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上使用交流变频传动。 （5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。 （6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。 （7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。 （8）、变频器在食品、饮料、包装生产线上被广泛使用，提高调速性能和产品质量。 （9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速。 （10）、机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制需要大量的交流调速系统。一台高档数控机床上就需要多台交流调速甚至精确定位传动系统，主轴一般采用变频器调速（只调节转速）或交流伺服主轴系统（既无级变速又使刀具准确定位停止），各伺服轴均使用交流伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。
变频调速系统设计可以分为两个重要部分，软件设计与硬件设计。本设计首先简要阐述?了变频调速的基础技术，ＳPＷM理论及常用的设计方法等。然后对变频调速的硬件做了系 统电路地描述。对整个系统的主电路、控制电路、各种保护电路及控制实现的软件都进行了?系统的分析。主电路部分给出了整流、滤波、逆变器等器件各个环节的参数的计算。控制电?路采用TＭS320Ｆ２812、显示电路、输入电路、检测电路等，并配备了系统保护电路。在硬?件电路的基础上，用MAＴLAB工具对系统进行了开环和闭环系统的ＳPWＭ仿真。仿真实 验结果表明,这些设计使系统能够可靠工作,运行状态良好,达到了设计目的。最后给出了 各个软件设计的系统流程图。?关键词：变频调速，正弦波脉宽调制，ＩPＭ，智能功率模块，ＳPwM,ＴＭS320Ｆ2812 4一 Summａry -?Ｔｈｅｖａriａble ｓｐeeｄ Cａll?ｂｅｄividｅd ｉｎto tｗo?iｍｐortａnt parｔｓ:soft desｉｇｎ?aｎd hardware?dｅsign.Tｈｅ ｄesiｇnｆirｓtly exｐlains?tｈeｂasｉc?teｃhniques．oｆ?the ｖａriable ｓpｅｅd,thｅtｈeory
aｎd ｍethｏd of ｔhｅSPＷM．Tｈen the ｍajor?hardwaｒｅcｉｒcｕｉt iｓ ｉｎtroduced,Especilｌy?TMS3２０Ｆ２812 anｄIＰＭ.The?caｌcuｌation ａbouｔ?parametｅr?is madｅin the?major?ｃiｒcuit．Ａt the sａme time ｔhｅ secｕrｉty of tｈe ｃiｒcuｉt wａs?eｑuipped.?DSＰwas?rｅgaｒded as tｈe coｎtｒｏlｌer ｃore of tｈe SPWM.We estabｌish?a sｙsteｍ moｄel?whｉcｈcontｒoｌ syｓｔem sｐeed ｏｐｅn and close?ｌｏop ｗith SＰWＭ，wｅsiｍulate ａnｄ?analｙｚe the ｃoｎtrol?syｓtem ｔhｒouｇh MATＬAB.The simulation resuｌｔs ｄemonstrate that it isａ?ｈｉgh vａlue tｏ ｐopulａｒiｚe?ａnd?apｐlｙ?the?ｃｏｎｔｒolｌing syｓtem.Fiｎａl ｌy Tｈｅ
一、绪论 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型， Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。 传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。
长安大学交流调速课程设计
一．摘要 变频调速是一种新兴的技术，将变频调速技术用于供水控制系统中,具有高效节能、水压恒定等优点。随着社会经济的发展，绿色、节能、环保已成为社会建设的主题。对于一个城市的建设，供水系统的建设是其中重要的一部分，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到居民的生活质量。近年来，随着自动化技术、控制技术的发展，以及这些技术在供水系统的应用，高性能、高节能的变频恒压控制的供水系统已成为现在城市供水管理的必然趋势。本次课程设计采用CPM1A PLC控制器结合富士变频器控制两台水泵的各种转换，实现变频恒压供水系统的功能，并且实现故障转换与报警等保护功能，使得系统控制可靠，操作方便。 二．设计要求 一楼宇供水系统，正常供水量为30m3/小时，最大供水量40m3/小时，扬程24米。采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时，水泵电动机速度发生变化，改变流量，以保证水压恒定。 要求设计实现： ⑴设二台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终由一台水 泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。 ⑵二台泵可以互换。 ⑶给定压力可调。压力控制点设在水泵出口处。
⑷具有自动、手动工作方式，各种保护、报警装置。采用OMRON CPM1A PLC、富士变频器完成设计。 三．方案的论证分析 传统的小区供水方式有： ⑴恒速泵加压供水方式 该方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，目前较少采用。 ⑵气压罐供水方式 气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，也使浪费加大，从而限制了其发展。 ⑶水塔高位水箱供水方式 水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。 综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、
基于单片机转差频率控制的交流调速系统设计 摘要 单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。 关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机
目录 前言 (1) 第1章交流调速系统的概述 (4) 1.1交流调速的基本原理 (4) 1.2 交流调速的特点 (5) 第2章交流调速系统的硬件设计 (7) 2. 1 转差频率控制原理： (7) 2. 2 系统设计的参数 (7) 2.3 用单片机控制的电机交流调速系统设计 (7) 2.3.1调速系统总体方案设计 (7) 2.3.2 元器件的选用 (9) 2.3.3 系统主回路的设计以及参数计算 (12) 2.3.4 SPWM控制信号的产生 (15) 2.3.5 光电隔离及驱动电路设计 (17) 2.3.6 故障检测及保护电路设计 (18) 2.3.7 模拟量输入通道的设计 (18) 第3章系统软件的设计 (19) 3.1 主程序的设计 (19) 3.2 转速调节程序 (19) 3.3 增量式PI运算子程序 (20) 3.4故障处理程序 (21) 3.5 部分子程序 (22) 3.5.1 AD0809的编程 (22) 3.5.2 8255的编程 (23) 结论 (23) 参考文献 (23)
目录 目录 (1) 第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 系统功能设计分析 (3) 1.3 系统设计的总体思路 (3) 第二章PLC和变频器的型号选择 (4) 2.1 PLC的型号选择 (4) 2.2 变频器的选择和参数设置 (5) 2.2.1 变频器的选择 (5) 2.2.2 变频调速原理 (6) 2.2.3 变频器的工作原理 (6) 2.2.4 变频器的快速设置 (7) 第三章硬件设计以及PLC编程 (9) 3.1 开环控制设计及PLC编程 (9) 3.1.1 硬件设计 (9) 3.1.2 PLC软件编程 (10) 3.2 闭环控制设计 (14) 3.2.1 硬件和速度反馈设计 (14) 3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (16) 第四章实验调试和数据分析 (21) 4.1 PID 参数整定 (21) 4.2 运行结果 (22) 第五章总结和体会 (22) 第六章附录 (24) 6.1 变频器内部原理框图 (24) 第七章参考文献 (25)
第一章系统的功能设计分析和总体思路 1.1 概述 调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且轻易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态王是海内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，
晶闸管开环直流调速系统的仿真 一、工作原理 晶闸管开环直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路课直接由给定电压Ug座位触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。 图1 晶闸管开环直流调速实验控制原理图 二．设计步骤 1主电路的建模和参数设置 开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机灯部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以讲触发器轨道主电路进行建模。 ①三相对称交流电压源的建模与参数设置。首先从电源模块中选 取一个交流电压源模块，即，再用复制的方法得到三相电源的另外两个电压源模块，并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”，“C 相”，然后从连接器模块中选取，按图1主电路图进行连接。 为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。 双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电源参数设置中，幅值取220V，初相位设置成0°，频率为50Hz，其它为默认值，如图2所示，B、C相交流电源设置方法与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外，其它参数与A相相同。由此可以得到三相对称交流电源。
②晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选取 中的，并将模块标签改成“晶闸管整流桥”，然后双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3所示。当采用三相整流桥时，桥臂数为3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子选择晶闸管。参数设置原则如下，如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、R ON、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，若果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。若仿真结果理想，就认可这些设置的参数，若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。这一参数设置原则对其他环节的参数设置也是实用的。 图2 A相电源参数设置图3 整流桥参数设置 ③平波电抗器的建模和参数设置。首先从元件模块组中选取 ，并将标签改为“平波电抗器”，然后打开平波电抗器参数设置对话框，参数设置如图4所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后得到的优化参数。 ④直流电动机的建模和参数设置。首先从电动系统模块中选取 ，并将模块标签改为“直流电动机”。直流电动机的励磁绕组“F+ —F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源 模块，即，并将电压参数设置为220V，电枢绕组“A+ —A-”经平波电抗器接晶闸管整流桥的输出，电动机经TL端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te，通过“示波器”模块观察仿真输出
《交直流调速系统》课程设计 一、性质和目的 自动化专业、电气工程及其自动化专业的专业课，在学完本课程理论部分之后，通过课程设计使学生巩固本课程所学的理论知识，提高学生的综合运用所学知识，获取工程设计技能的能力；综合计算及编写报告的能力。 二、设计内容 1.根据指导教师所下达的《课程设计任务书》课程设计。 2.主要内容包括： （１）根据任务书要求确定总体设计方案 （２）主电路设计：主电路结构设计（结构选择、器件选型、考虑器件的保护）、变压器的选型设计； （３）控制回路设计：控制方案的选择、控制器设计 （４）保护电路的选择和设计 （５）调速系统的设计原理图，调速性能分析、调速特点 3.编写详细的课程设计说明书一份。 三、设计内容与要求 1.熟练掌握主电路结构选择方法、主电路元器件的选型计算方法。 2.熟练掌握保护方式的配置及其整定计算。 3.掌握触发控制电路的设计选型方法。。 ４.掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。 ５.掌握绘制系统电路图绘制方法。 ６.掌握说明书的书写方法。 四、对设计成品的要求 1.图纸的要求： 1）图纸要符合国家电气工程制图标准； 2）图纸大小规格化（例如：1＃图，2＃图）； 3）布局合理、美观。 2.对设计说明书的要求 1）说明书中应包括如下内容
①目录 ②课题设计任务书； ③调速方案的论证分析（至少有两种方案，从经济性能和技术性能方面进行分析论证）和选择； ④所要完成的设计内容 ⑤变压器的接线方式确定和选型； ⑥主电路元器件的选型计算过程及结果； ⑦控制电路、保护电路的选型和设计； ⑧调速系统的总结线图 系统电路设计及结果。 2）说明书的书写要求 ①文字简明扼要，理论正确，程序功能完备，框图清楚明了。 ②字迹工整；书写整齐，使用统一规定的说明书用纸。 ③图和表格不能徒手绘制。 ④附参考资料说明。
中南大学 《工程训练》 ——设计报告 设计题目：异步电机变频调速 指引教师：黎群辉 设计人：冯露 学号： 专业班级：自动化0906班 设计日期：9月
交流异步电动机变频调速系统设计 摘要 近年来,交流电机变频调速及其有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。 V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒 f 化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。 此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。 V控制，SA4828波形发生器 核心字:变频调速，正弦脉宽调制， f
目录 摘要................................................ 错误!未定义书签。 1.1 研究目与意义 (1) 1.2本次设计方案简介 (2) 1.2.1 变频器主电路方案选定 (2) 1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3) 1.2.3 选用电动机原始参数 (4) 2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5) 2.1 异步电机变频调速原理 (5) 2.2 变频调速控制方式及选定 (6) V比恒定控制 (6) 2.2.1 f 2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。3变频器主电路设计. (13) 3.1 主电路工作原理 (13) 3.2 主电路各某些设计 (13) 3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15) 4控制回路设计 (16) 4.1 驱动电路设计 (16) 4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。 4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。 4.3 控制系统实现 (19) 5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。 5.1 流程图 (22)
机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。
图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。
河南机电高等专科学校课程设计报告书 课程名称：《交流调速系统与变频器应用》课题名称：造纸机同步控制系统设计 系部名称：自动控制系 专业班级： 姓名： 学号： 1 2014年12月25日
目录 一、造纸机同步控制系统的设计目的 (1) 二、系统的设计要求 (1) 三、造纸机同步控制系统的系统图 (1) 四、控制系统电气原理图 (3) 五、软件设计 (4) 六、程序调试 (5) 七、力控组态及调试 (7) 八、心得与体会 (8) 附录一参考文献 (9) 附录二程序清单 (10)
一、造纸机同步控制系统的设计目的 设计四台电机构成的变频调速同步控制系统：四台电机速度可以同步升降，也可以微调，1#电机微调其他电机同步微调，2#电机微调1#不同步微调，其他电机须同步微调，3#电机微调1#和2#不同步微调，4#电机同步微调，4#电机微调，其他电机均不同步微调。 二、系统的设计要求 1、采用西门子S7-200PLC和MM440变频器。 2、设有启动/停止按钮和速度同步升/降旋钮。 3、每台电机设有选择开关和升/降微调旋钮。 4、采用力控组态软件进行远程控制 三、造纸机同步控制系统的系统图
单相AC 220V 图一、造纸机同步控制系统图 1）就地控制：即外部端子控制，把200PLC程序下载到PLC中，通过外部端子来实现电机的启停，同步增减和微调增减。 2）远程控制：即组态控制，把PLC与力控通过PPI电缆连接，通过组态界面上设置的按钮，开关，速度仪表实现速度的调节。
四、控制系统电气原理图 1)原理图 2）I/O分配图
五、软件设计 控制系统的软件设计基于以下原则： 1）程序模块化、结构化设计、其中负荷分配、速度增减、初始化、紧纸、速比计算、校验、数据发送、接收等功能由子程序完成，这样结构程序较为简洁。2）程序采用循环扫描的方式对传动点进行处理，简化程序，提高程序执行效率。3）采用中断子程序进行数据的发送、接收；确保数据准确快速的传输。 4）必要的软件保护措施，以免造成重大机械损害。该程序通用性强，可移植性好，使用不同的变频器时，只需要进行相应协议的格式定义，即对数据发送、接收、校验程序作相应修改即可满足纸机运行的需要。
1．设控制对象的传递函数为1 1234()(1)(1)(1)(1) obj K W s T s T s T s T s = ++++，式中K 1=2； T 1=0.4s ；T 2=0.08s ；T 3=0.015s ；T 4=0.005s 。要求阶跃输入时系统超调量σ%<5%。 用PI 调节器将系统设计成典型I 型系统，试设计调节器参数并计算调节时间t s 。 解：用PI 调节器校正时，调节器传递函数为1 ()i PI pi i W s K s ττ+= 取10.4i T s τ==，并将2T 、3T 、4T 看成小时间常数，令 2340.080.0150.0050.1T T T T s s s s =++=++= 则按典型I 型系统校正时系统开环传递函数为 1 111()(1)(1)(1) pi i pi i i K s K K W s K s T s Ts s Ts τττ+== +++ 取1 1 2pi i K K K T τ= = ，则 10.4 12220.1 i pi K K T τ= = =?? 调节时间 660.10.6s t T s s ≈=?= 所以PI 调节器的参数0.4i s τ=，1pi K =；调节时间0.6s t s =。 2．画出直流电动机理想启动时的转速、电流与时间的关系曲线。采用理想启动的目的是什么？如何实现？ ， （∞） (a) (b) i n I 图1-30 调速系统启动过程的电流和转速波形 理想启动是使启动电流一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩启动， 转速迅速以直线规律上升，以缩短启动时间。 工程上常采用转速电流双闭环负反馈调速系统。启动时，让转速外环饱和不起作 用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用。
皖西学院 课程设计任务书 系别：机电学院 专业：10电气 课程设计题目：双闭环串级交流调速控制系统设计学生姓名：诚学号：2010010694 起迄日期: 6 月17日~ 6 月28日课程设计地点:电机与拖动控制实验室 指导教师:世林 下达任务书日期: 6 月17日
摘要 本设计介绍了交流调速系统的基本概况及其研究意义，同时提出了本设计所要研究解决的问题，接着对系统各部分所需元器件进行比较选择并进行总体设计，最后采用工程设计方法对双闭环交流调速系统进行辅助设计，进行参数计算和近似校验。 在调节器选择方面，本设计选择的PI调节器，使得线路大为简化，且性能优良、调试方便、运行可靠、成本降低。触发电路则采用一种新型高性能集成移相触发器（MC787）设计的触发电路，它克服了分立元件缺点，抗干扰性优良，具有输入阻抗高、移相围宽、装调简便、使用可靠、只需一片MC787就可以完成三相相移功能，使用效果较好。 目录
1 绪论 (3) 1.1研究交流调速系统的意义 (3) 1.2本设计所做的主要工作 (3) 2 交流调速系统 (3) 2.1交流电机常用的调速方案及其性能比较 (3) 2.2三相交流调压调速的工作原理 (4) 2.3双闭环控制的交流调速系统 (5) 2.3.1转速电流双闭环调速系统的组成 (6) 2.3.2 稳态结构图和静特性 (6) 3 电路参数计算 (9) 3.1系统主电路的参数计算....................................................... .9 3.2根据系统方块图进行动态计算 (9) 3.3调节器的设计参数计算 .................................................. . (11) 3.3.1 电流调节器的参数计算 ................................................ .12 3.3.2 转速调节器的参数计算................................................ .14 4 控制系统硬件电路设计..................................................... .16 4.1调节器的选择和调整 . (16) 4.2触发电路的设计 (16) 4.3串级调速系统设计 (18) 4. 4双闭环系统设计........................ (19) 5 仿真........................................ .. (21) 6设计体会 (22)
摘要 对于可调速的电力拖动系统来说，工程上通常分为直流调速系统和交流调速系统两大类。根据电动机在电能和机械能的转换时电流制型式的不同来分类，关于交流调速系统，它利用交流电动机来进行电能—机械能的转换，并且通过控制产生我们所需要的转速。在电力拖动的发展过程中，交流调速系统和直流调速系统一直并存于各个工业领域中，但是，在科学技术发展的不同时期，他们所处的地位也有所不同。相对于直流调速系统，交流调速系统具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，等优点并且在向高速，高压和大功率的发展前景也较好。近年来，很多国家偏向于对交流调速系统的研究。 关键词：矢量控制，交流调速，变频器，变频调速 第一章交流调速系统的发展 1.1交流调速系统的发展历程 在工业发展的初级阶段，交流电动机仅仅作为动力使用而无需调速。随着工业的进一步发展，尤其是电子方面和起重运输机械的发展，才对电动机的调速提出了要求，才有了直流电动机的出现。直流电机提高了生产的连续性和产品的产量以及质量，并且以其快速的正反转，准确的定位逐渐取代了简单可靠的交流电机，并且到了了广泛的运用于各行业。 80年代以来，由于直流调速系统造价高，维护投入大等缺点，在工业较为发达的国家开始使用直流调速系统，并且逐渐取代直流调速系统。这主要是由于电力电子器件，脉宽调制技术，矢量控制技术的发展，特别是以微处理机为核心的全数字化控制的应用，这才使得简单廉价的交流电机又得以取代直流电机调速系统占据主导地位。 现代控制理论的发展和应用，才促成矢量控制的出现，更是奠定了现代交流电机调速技术的理论基础，这才使得交流电机调速系统的性能能够与直流调速系统相媲美。国家的重视使得各种各样的的交流调速系统不断被开发，应用，普及，节约了社会上的大量资源，更是将社会上的传统产业发生了巨大的变革。 1.2交流调速系统的发展趋势 1.2.1交流调速系统的高性能化 交流电动机是一个多变量，强耦合，非线性的被控对象，单单用电压/频率恒定控制是不能满足我们对调速系统的要求的。接下来，交流调速系统将采用矢量控制技术，它将使调速性能达到并且超过直流调速系统。 矢量变换控制是新时期控制技术的发展随之产生的控制理论和技术，它是根据直流电动机的控制特点模拟它的控制方式来进行交流电动机的控制。直流调速的调速性能好的根本原因是交流电动机的转矩比较容易控制，而交流电动机的调速性能差就由于它的转矩难以控制，所以，要想交流电机得到的控制性能和直流电机的一样，就要通过电机统一理论和坐标变换理论，通过将交流电机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流分量以及跟它相垂直的坐标的转矩电流分量，将固定的坐标系转化为旋转坐标系解耦后，就是把交流量的控制转化为
摘要 电梯是一种用于电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少且应用最广泛的垂直交通运输工具。随着社会的不断发展，电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展十分迅速。变频调速电梯使用了先进的PWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机相互媲美。同时也明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。 本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。 关键词：电梯，PWM控制，变频调速
ABSTRACT Summary elevator is a special electric traction equipment, is indispensable in modern urban life, and the most widely used vertical transportation. As society develops, elevator from the handle switch elevators, buttons control the elevator to the current group of Elevator, for senior transportation present. With power electronics and computer control technology and the rapid development, AC inverter technology development very rapidly. Variable speed elevator use advanced PWM, significantly improve the quality and performance elevator; speed range widely, control, precision, dynamic performance, comfortable, quiet, fast, almost comparable to the DC motor. At the same time significantly improved motor power quality, reduced harmonic, which improves the efficiency and power factor, energy-saving significantly. This design in use PLC and inverter elevator on the basis of conventional control, through the inverter and PLC chip design, selection and greatly improves the elevator control levels, and improves the comfort, Elevator makes elevator reaches more ideal control and operating results. Keywords: elevator, PWM, frequency
实训三 晶闸管开环直流调速系统的 MATLAB 仿真实训 一、实验实训目的 1．学习并掌握晶闸管开环直流调速系统模型建立及模型参数设置的方法和步骤。 2．熟悉并掌握系统仿真参数设置的方法和步骤。 3．学会利用 MA TLAB 软件对系统进行稳态与动态计算与仿真。 4．巩固并加深对晶闸管开环直流调速系统理论知识的理解。 二、实验实训原理及知识准备 1． 晶闸管开环直流调速系统的原理图如图3-3-1 所示。 图 3-1 晶闸管开环直流调速系统原理图 2．晶闸管开环直流调速系统的直流电动机电枢电流、电磁转矩与转速之间的关系。 3．复习实验实训指导书中 MA TLAB 基本操作和 MA TLAB/Simulink/Power System工具 箱内容。 4．预习实验实训指导书中实验实训二，并写好预习报告。 5．画出晶闸管开环直流调速系统的动态结构图。 三、实验实训内容及步骤 直流调速系统的仿真有两种方法，一是根据系统的动态结构图进行仿真，二是用 Power System的相关模块仿真，下面分别对两种方法进行介绍。 方法一：使用 Simulink 中的 Power System模块对直流调速系统进行仿真 1．建立系统的仿真模型和模型参数的设置 （1）建立一个仿真模型的新文件。在 MA TLAB 的菜单栏上点击工具栏上的 simulink工 具 ，选择 File→New→Model，新建一个 simulink文件，绘制电路的仿真模型如图 3-3-1。
3-3-1 （2）按图 3-3-1 要求提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模 型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口，设置各模块参数。晶闸管开环直流 调速系统由主电路（交流电源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、触发电路）和控 制电路（给定环节）组成，具体设置如下： 1）三相交流电源的模型建立和参数设置 ①三相交流电源的模型建立 首先从Simpowersystes 中的Electrical sources 电源模块组 中选取一个交流电压源模块 AC Voltage Source，再用复制的 方法得到三相电源的另两个电压源模块，用 Format(格式设 定)菜单中 Rotate block(Ctrl +R)将模块水平放置，并点击模 块标题名称，将模块标签分别改为“Uu ” 、 “Uv ” 、 “Uw ” ，然 后从连接器模块 Connectors 中选取“Ground （output ）” 元件 ， 按图 3-3-2 进行连接。 ②三相交流电源的参数设置 双击 U 相交流电源图标，打开电压源参数设置对话框，幅值取 220V ，初相位设置成 0 图 3-3-2 三相交流电源模型
《电气控制与PLC》课程设计说明书 令狐文艳 基于PLC的变频调速系统设计 The variable frequency speed regulation system based on PLC design 学生姓名 学生学号 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 指导教师 2013年12月1日
摘要 本文主要介绍了研究和设计的基于可编程控制器的变频调速系统的成果，在本次的设计中，我的设计系统主要由PLC、变频器、电动机等几部分组成。经过本次设计和研究，使我对所有器件有了新的认识，尤其对PLC有了更多的了解：PLC是能进行行逻辑运算，顺序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程的工业计算机。首先我们查阅各个器件的资料，先对其有个明确的认识，然后通过老师的指点明白了整个系统的大概工作原理框图后，通过学习资料与老师指点将硬件设备连接成功。本文综合应用电子学与机械学知识去解决基于可编程控制器的变频调速系统，本次设计选用三相异步交流电机，而 PLC和交流电机无论在工业还是生活中都是应用最广，因此本次设计具有相当的实用价值。 关键词PLC；变频器；电动机；调速
目录 1 引言1 1.1 概述1 1.2设计内容1 2 系统的功能设计分析和总体思路2 2.1 系统功能设计分析2 2.2 系统设计的总体思路2 3 PLC和变频器的选择3 3.1PLC的概述3 3.1.1 PLC的基本结构3 3.1.2 PLC的工作原理5 3.1.3PLC的型号选择6 3.2变频器的选择和参数设置6 3.2.1 变频器的选择6 3.2.2 变频调速原理7 3.2.3 变频器的工作原理8 3.2.4 变频器的快速设置8 4 开环控制设计及PLC编程9 4.1 硬件设计9 4.2 PLC软件编程10 4.2.1设计步骤10 4.2.2系统流程框图10 4.2.3 程序的主体11 4.2.4 控制程序T形图11 5 PLC系统的抗干扰设计17 5.1 变频器的干扰源17 5.2 干扰信号的传播方式17 5.3 主要抗干扰措施18 5.3.1 电源抗干扰措施18 5.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施18 5.3.3 接地抗干扰措施18 结论与心得19 参考文献20 附录21