毕业设计（论文）PPT答辩-基于Matlab的双闭环串级调速系统设计.ppt

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1、目 录第一章第一章 概概 述述第二章第二章 串级调速原理及特性分析串级调速原理及特性分析第三章第三章 系统设计与仿真系统设计与仿真第四章第四章 总结总结第一章第一章 概述概述1 1、引言、引言 在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。交流电动机结构简单、坚固耐用、经济可靠，动机拖动。交流电动机结构简单、坚固耐用、经济可靠，且能在恶劣的甚至在有易燃易爆性气体的环境中安全运行，且能在恶劣的甚至在有易燃易爆性气体的环境中安全运行，因而被广泛

2、应用。很多国家一直致力于发展交流传动技术，因而被广泛应用。很多国家一直致力于发展交流传动技术，而且交流调速系统的方案也早已有多种发明并得到实际应而且交流调速系统的方案也早已有多种发明并得到实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。随着电用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。随着电力电子技术、计算机技术的发展和电力电子器件的更新换力电子技术、计算机技术的发展和电力电子器件的更新换代，交流调速技术获得了飞速发展，交流调速系统已从直代，交流调速技术获得了飞速发展，交流调速系统已从直流调速的补充手段发展到与直流调速系统相竞争、相媲美、流调速的补充手段发展到与直流调速系统相竞争、相媲美、相

3、抗衡，并逐渐取代的地位。相抗衡，并逐渐取代的地位。2 2、本文研究内容、本文研究内容 本文将着重对异步电动机串级调速系统的工作原理、本文将着重对异步电动机串级调速系统的工作原理、基本性能等进行分析研究；在已知静、动态性能要求条件基本性能等进行分析研究；在已知静、动态性能要求条件下，进行了转速、电流双闭环串级调速系统的动态参数工下，进行了转速、电流双闭环串级调速系统的动态参数工程设计；讨论了具有双闭环控制的串级调速系统的工作过程设计；讨论了具有双闭环控制的串级调速系统的工作过程，并用程，并用MATLABMATLAB软件对系统性能进行了仿真，证明了系统软件对系统性能进行了仿真，证明了系统仿真模型的

4、有效性和可行性。仿真模型的有效性和可行性。3 3、研究的意义、研究的意义 串串级级调调速速是是异异步步电电动动机机经经典典的的调调速速方方法法之之一一，它它可可以以将将异异步步电电动动机机的的功功率率回回馈馈电电网网或或是是转转化化为为机机械械能能送送回回到到电电动动机机轴轴上上，因因此此效效率率高高。串串级级调调速速系系统统能能实实现现无无级级平平滑滑调调速速，低低速速时时机机械械特特性性也也比比较较硬硬，是是结结构构简简单单、发发展展较较快快、技技术术难难度度较较小小、性性能能比比较较完完善善的的一一种种控控制制系系统统。晶晶闸闸管管串串级级调调速速技技术术除除可可用用于于新新设设备备设设

5、计计外外，还还可可用用于于对对旧旧设设备备进进行行技技术术改改造造，这这样样不不仅仅能能改改善善调调速速性性能能，又又可可以以节节约约能能源源。因因此此，研研究究和和应应用用串串级级调调速速技技术术具具有有极极大大的的技技术术和和经经济意义。济意义。第二章第二章绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速原理及特性分析原理及特性分析一、串级调速系统原理分析一、串级调速系统原理分析1、交流调速系统的分类、交流调速系统的分类 从交流电机转速表达式：从交流电机转速表达式：可归纳出三类调速方法：可归纳出三类调速方法：变极对数变极对数p的调速、变转差率的调速、变转差率s调速及变电源频率调速及变电源频

6、率f1调速。调速。从从能能量量转转换换的的角角度度，根根据据转转差差功功率率的的流流向向可可以以把把异异步步电电动动机机的调速系统分成以下三种类型：的调速系统分成以下三种类型：（1）转转差差功功率率消消耗耗型型调调速速系系统统：转转差差功功率率全全部部转转化化成成热热能能而被消耗掉。而被消耗掉。特特点点：系系统统的的效效率率低低，结结构构简简单单。调调压压调调速速、绕绕线线式式异异步步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。（2）转转差差功功率率回回馈馈型型调调速速系系统统转转差差功功率率的的少少部部分分被被消消耗耗掉掉，大大

7、部部分分通通过过变变流流装装置置回回馈馈给给电电网网或或者者转转化化为为机机械械能能予予以利用。以利用。特点特点：效率高。串级调速属该类系统。：效率高。串级调速属该类系统。（3）转转差差功功率率不不变变型型调调速速系系统统调调速速过过程程中中，转转差差功功率率基本不变。基本不变。特点特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。2、串级调速原理、串级调速原理 在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。如在转通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。如在转子回路中引入一个

8、频率与转子电势相同，而相位相子回路中引入一个频率与转子电势相同，而相位相反的附加电动势时，由反的附加电动势时，由可见，改变可见，改变Ef的大小，可使电动机在同步转速以下的大小，可使电动机在同步转速以下调速，即得到低于同步转速的速度，故称为次同步调速，即得到低于同步转速的速度，故称为次同步串级调速。串级调速。同理，如果在电动机转子回路中串入一个与同理，如果在电动机转子回路中串入一个与sE20同相位的附加电动势时，转子电流为同相位的附加电动势时，转子电流为 改变改变Ef的大小，可使电动机在高于同步转速的方的大小，可使电动机在高于同步转速的方向调速，即得到高于同步转速的速度，故称为超同向调速，即得到

9、高于同步转速的速度，故称为超同步串级调速。步串级调速。3、串级调速系统的基本类型串级调速系统的基本类型 工程上获取与转子感应电势工程上获取与转子感应电势sE20反相位同频率且频率随反相位同频率且频率随转子频率变化的交流变频电源转子频率变化的交流变频电源Ef比较困难，所以在次同步比较困难，所以在次同步串级调速系统中采用整流器将转子电势串级调速系统中采用整流器将转子电势sE20整流为直流电整流为直流电势，再与转子回路中串入的直流附加电动势势，再与转子回路中串入的直流附加电动势E进行比较。进行比较。而可调直流附加电动势而可调直流附加电动势E在工程上比较容易实现。在工程上比较容易实现。按产生直流附加电

10、势方式的不同，次同步串级调速系统按产生直流附加电势方式的不同，次同步串级调速系统可分为电气串级调速系统和机械串级调速系统。可分为电气串级调速系统和机械串级调速系统。（1）电气串级调速系统）电气串级调速系统 系统中，直流附加电势系统中，直流附加电势E由逆变器由逆变器UI产生，改变逆变角就产生，改变逆变角就改变了逆变电势，相当于改变了直流附加电动势改变了逆变电势，相当于改变了直流附加电动势E，可实，可实现串级调速。在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功现串级调速。在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为：率为：，角速度，角速度 ，则电机输出转矩为：，则电机输出转矩为：，恒转矩调速特性。，恒转矩调

11、速特性。（2）机械串级调速系统）机械串级调速系统 机机械械串串级级调调速速系系统统的的构构成成如如下下图图所所示示。直直流流附附加加电电势势E由由直直流流电电机机产产生生，通通过过改改变变电电机机的的励励磁磁电电流流大大小小可可改改变变电电枢枢电电势势，相相当当于于改改变变直直流流附附加加电电势势E的的值值，实实现现串串级级调调速。速。在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为：在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为：（1-s）P2+sP2=P2=常数。具有恒功率调速特性。常数。具有恒功率调速特性。二、二、串级调速系统的机械特性与最大转矩串级调速系统的机械特性与最大转矩 因因转转子子整整流

12、流器器有有第第一一和和第第二二工工作作状状态态，所所以以串串调调系系统统机机械特性也有第一和第二两个工作区。械特性也有第一和第二两个工作区。串串调调系系统统的的额额定定工工作作点点位位于于机机械械特特性性第第一一工工作作区区；串串调调系系统统在在该该区区的的过过载载能能力力比比绕绕线线式式异异步步电电机机固固有有特特性性的的过过载载能力降低了能力降低了17左右。而最大转矩发生在第二工作区。左右。而最大转矩发生在第二工作区。串调系统的机械串调系统的机械特性比绕线异步电特性比绕线异步电动机固有机械特性动机固有机械特性软，最大转矩比固软，最大转矩比固有机械特性的小。有机械特性的小。第三章双闭环串级调

13、速系统设计第三章双闭环串级调速系统设计1.1.双闭环串调系统的组成双闭环串调系统的组成右图为双闭环串级调右图为双闭环串级调速系统的组成框图速系统的组成框图 2.串级调速系统的调速过程串级调速系统的调速过程 3、闭环串调系统动态结构图、闭环串调系统动态结构图 双闭环串调系统的设计方法与双闭环直流调速系统基本双闭环串调系统的设计方法与双闭环直流调速系统基本相同，通常也采用工程设计方法。即先设计电流环，然后相同，通常也采用工程设计方法。即先设计电流环，然后把设计好的电流环看作是速度环中的一个等效环节，再进把设计好的电流环看作是速度环中的一个等效环节，再进行转速环的设计。应用工程设计方法进行动态设计时

14、，电行转速环的设计。应用工程设计方法进行动态设计时，电流环宜按典流环宜按典系统设计，转速环宜按典系统设计，转速环宜按典系统设计。系统设计。上图为双闭环串级调速系统的动态结构图上图为双闭环串级调速系统的动态结构图 4 4、仿真结果、仿真结果（1）给定输入为阶跃响应 从右图仿真结果可以看出，稳态时仿真系统的实际转速能够实现对给定转速的良好跟随，且稳态无静差。（2）给定输入为斜坡信号从右图的仿真波形可以看出，仿真系统对斜坡信号的稳态和动态跟踪性都比较好。第四章第四章 总总 结结通过对双闭环串级调速系统的仿真和分析可得出以下结论：通过对双闭环串级调速系统的仿真和分析可得出以下结论：(1)以系统的电气原理图为基础，直接用SIMULINK工具箱的元件模块就可以进行系统的建模和仿真，这种仿真方法简单、直观且建模时间短。(2)用面向系统电气原理图的仿真方法对系统进行仿真分析，可以很方便地对各种工程设计方案进行验证，节约大量人力物力，效率高。(3)串级调速系统的仿真模型是正确的，可以作为后续串级调速系统设计研究的基础并加以开发和利用。致 谢 感谢各位老师的细心聆听和正确指导！谢谢！