基于异步电机近似线性机械特性的闭环控制设计

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1、《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》课程设计学院：水利电力学院姓名：班级：12级电气2班学号：题目：基于异步电机近似线性机械特性的闭环控制设计指导老师：完成时间：2015年11月18日目录1.概述31.1异步电动机的调速方法31.2调压调速的简介32.数据分析52.1三相异步电动机调压调速系统的电路52.2闭环调速的推导过程6（一）、转速调节器ASR6（二）、晶闸管交流调压器和触发装置7（三）、测速反馈环节7（四）、异步电机近似传递函数71、异步电机近似的线性机械特性72、稳态工作点计算73、微偏线性化73.MATLAB仿真103.1整体仿真图形分析103.2系

2、统中各元件详解113.3仿真图像14总结16参考文献171.概述1.1异步电动机的调速方法异步电机的调速方法有不少，根据异步电机的转速公式(1-1)其中为同步转速(r/min);为定子频率，也就是电源频率(Hz);为磁极对数。可知；异步电动机有以下三种基本调速方法：(1)改变定子极对数调速。(2)改变电源频率调速。(3)改变转差率调速。1.2调压调速的简介由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。当改变电动机的定子电压时

3、，可以得到一组不同的机械特性曲线，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压器(TVC)等几种。晶闸管调压方式为最佳。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，主电路接法有多

4、种方案，用相位控制改变输出电压。调在异步电动机调速方法中，变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。根据异步电动机的机械特性方程式(1-3)其中——电动机的极对数,、——电动机定子相电压和供电角频率,——转差率,、——定子每相电阻和折算到定子侧的转子每相电阻,、——定子每漏感和折算到定子侧的转子每相漏感可见，当转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比。改变定子电压可得到一组

5、不同的人为机械特性，如图2-2所示。在带恒转矩负载时，可以得到不同的稳定转速，如图中的A，B，C点，其调速范围较小，而带风机泵类负载时，可得到较大的调速范围，如图1-1中的D，E，F点。图1-1异步电动机在不同定子电压时的机械特性所谓调压调速，就是通过改变定子外加电压来改变电磁转矩，可得到较大的调速范围，从而在一定的输出转矩下达到改变电动机转速的目的[13]。2.数据分析2.1三相异步电动机调压调速系统的电路TG3MVTCGTASR给定图2-1单闭环调压调速系统结构图测速发电机TG测得电动机转速即测速发电机的u∝n,当n↑→u↑,将u与给定电压比较得到一个电压变化

6、值，将这个变化值作为放大器的输入端，经放大后的输出为触发器的发出信号，使触发器发出一定相位的脉冲，晶闸管调压器就输出一定值的电压，调节给定电压的大小就可以得到不同输出电压，从而达到调速的目的。调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：其中，为定子每相电阻和折算到定子侧的转子每相电阻,为定子每相漏感和折算到定子侧的转子每相漏感,为电动机定子相电压和供电角频率,P为电动机的极对数,S为转差率其中，(3-1)式中，(3-2)在一般情况下，>>，则C1≈1,这相当于将上述假定条件改为忽略铁损和励磁电流。

7、这样，电流公式可简化成(3-3)同步机械角转速(3-4)2.2闭环调速的推导过程闭环变压调速系统的近似动态结构图对系统进行动态分析和设计时，先绘出动态结构图。由静态结构图可以得到动态结构图:（一）、转速调节器ASR转速调节器ASR常用PI调节器，用以消除静差并改善动态性能，其传递函数为（二）、晶闸管交流调压器和触发装置装置的输入-输出关系原则上是非线性的，在一定范围内可假定为线性函数，在动态中可以近似成一阶惯性环节，正如直流调速系统中的晶闸管触发和整流装置那样。传递函数可写成其近似条件是对于三相全波Y联结调压电路，可取Ts=3.3ms,对其他型式的调压电路则须另行

8、考虑。（三