基于单片机的交流调压调速系统设计毕业论文

基于单片机的交流调压调速系统设计毕业论文内容摘要：

5 00n nns  0n — 同步转速 常用改变转差率的方法有改变定子电压调速、采用滑差电动机调速、转子电路串电阻调速、串级调速以及脉冲调速。 前两种方法适合于笼型异步电动机，后者适合于烧线式异步电动机。 这些方案共同的特点是在调速过程中均产生大量的转差功率 ，并且消耗在转子电路，使转子发热。 在不计定子绕组铜耗条件下， η 变转差率调速系统最大可能的效率η定义为输出机械功率 P1和输入电功率 PS之比。 21 N r ss N s sMPPM       1 s （ 2－ 3） NM — 电动机额定电磁转矩 ω s — 定子旋转磁场角速度 Ω r 一 转子旋转角速度 ω 2 — 转子转差角速度 由上式可知当转速 时，  下降转子损耗功率增高。 以上三种调速方案，变极对数 P调速 和变频调速属 于改变同步转速 n0的调速方案，在调速过程中，转差率 s 是一定的，故系统效率不会因调速而降低， 而变转差率调速属于不改变同步转速的调速方案，存在着调速范围愈宽，系统效率η愈低的问题，经济性较差。 交流异步电动机的电磁转矩表达式为 ： ])39。 ()39。 [(2/322020211221 XXrrf srUnT pe   （ 2－ 4） 上 式中： pn 为定子绕组构成的级对数； 1U 为定子相电压有效值； 1f 为定子电压频率； 1r 为定子每相绕组的内阻； 1X 为定子每相漏电抗； 39。 2r 、 39。 20X 为转子折算到定子测的每相电阻和每相的漏电抗； s 为转差率。 在其他参数恒定的情况下，电磁转矩 eT 于定子相电压 1U 平方成正比。 在一定负载转矩之下，定子相电压有效值 1U 的变化引起电机转差率 s 变化，而同步转速 1n 未变，则电动机的转速 n 发生了变化。 在调 1U 时，交流异步电动机的临界转差率 mS 和同步转速 1n 多不变，使电动机在 恒定负载下的调速范围旨在 0 至 ms 之间，如下图所示。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 6 n0 MZ MM 1 4 3 2 ABC 图 改变电源电压 时的人为特性 当今用于交流调压调速系统中的电动机一般采用高转子电阻的交流力矩电动机。 应为这种电动机的转子绕组电阻 2r 很大，这样就增加了交流异步电动机的临界转差率 mS ，mS 有时甚至接近 1， 采用交流力矩电动机进行调压调速 ， 扩大了调速范围，交流力矩电动机的机械特性如下图所示。 a b c 3U 2U 1U 图 转子电路电阻较高时改变定子电压的人为机械特性 异步电动机变电压调速时，若采用普通电动机则调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电动机时，调速范围虽然可以大一些，但机械特性变软，负载变化时的静差率太大。 开环 控制很难解决这个矛盾。 对于恒转矩性质的负载，调速范围要求在 D≥2 时 ， 一般需采用带转速负反馈的闭环控制系统 ， 如下图所示 ， 调速性能不高时也可以用定子电压反馈代替转速反馈信号。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 7 A S RP LG + UR P可 控 硅 整 流 装 置转 速 调 节 器负 载电 磁 转 差 离 合器光 电 编 码 器+Un ctU*nU 图 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统原理图 在闭环系统中，如能平滑的改变定子电压，就能平滑调节异步电动机的转速；低速的特性较硬，调整范围可较宽。 图 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统静特性 改变定子电压调速方法的缺点是，调速时的效率 较低，功率因数比转子串联电阻是更低。 由于低速时消耗转子电路的功率很大，电动机发热严重。 因此，改变定子电压的调速方法一般适用于高转差笼型异步电动机，也可用于绕线转子异步电动机，在其转子电路中可串联一段电阻。 如果用于普通的笼型异步电动机，则必须在低速时欠载运行，或短时工作。 在低速时可用他扇冷却方式，以改善电动机的发热情况。 调压调速也称为降压调速，因为异步电动机的工作电压不允许超过额定值，调节电压需在额定电压以下进行。 其一般采用笼式交流异步电动机，用晶闸管可控硅调压电路调节其定子电压，从而实现调速。 n T n 0 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 8 第三章 交流调压主电路设计 主电路及其工作原理 主电路装置 需要调压调速的电动机可以利用三相自耦变压器供电，也可以采用晶闸管进行交流调压，但使用三相自耦变压器供电不利于实现自动调节电压。 图 所示是交流调压装置主要部分组成框图，其主回路由 6 只普通晶闸管两两反并联 (或 3 只双向晶闸管 )组成三相三线式，其优点是可适用于 Y 或△接法的电机且谐波分量较少。 3 M1L2L3L 图 交流调压装置主框图 主电路原理 一般使用的异步电动机都是 三相电机。 供电电源直接取自工频 50Hz 的三相 380V交流电网 ， 它的电压是“不变”的。 为了获得可以调压的三相交流电源 ， 必须加上调压器。 下面以晶闸管三相调压电路来分析三相调压工作原理。 三相接入反并联之晶闸管 VT(1,2,⋯,6)，负载可以是 Y 接 ， 也可以是Δ接 ， 图示 为 Y 接。 VT 承受正向电压时，其导通时刻受门极触发脉冲控制，触发脉冲的触发时刻以相电压过零点时为 0176。 算起，相隔的电角度用 A 表示， A 称为控制角， A 的范围为 0～ 180176。 而且 A 越大，说明 VT 在承受正向半周内导通的时刻就越晚，加在该相负载上的电压越小 ，起到了降压的作用。 为使三相电流形成通路，在一相 VT 导通时，须有一个相邻的反向 VT 导通。 为了保证在电路起始工作时能有两个 VT 同时导通，以及在感性负载和控制角较大时仍能保证不同的正、反相两个 VT 同时导通，要求采用大于 60176。 的宽脉冲(也可以是脉冲列或双脉冲 )的触发电路。 为保证输出三相对称电压，且有一定的调节范围，要求触发信号与交流电源有一致的相序和相位差。 如图 a 电路，要求以电源频率和周期确定的电角度依次触发 VT1,VT2, ⋯， VT6， 互相间隔为 60176。 电角度。 若以相电压湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 9 起点， A=0176。 时触发 VT1 导通，而后相隔 60176。 依次触发 VT2， VT3， ⋯， VT6， VT1 循环下去。 如图 a 所示，这种情况相当于每个 VT 在承受正电压瞬间即导通，而承受负电压 (负半周反电压 )时自然关断，使电源电压全部通过 VT 加到负载上。 可见 A= 0176。 提供负载最高电压。 图中电压波形与触发信号之间的数字是表示虚线区间导通的 VT 号。 当控制角 A=30176。 时 ， 见图 b，每个 VT 的导通都滞后 30176。 ， 输出给 A 相负载的电压波形如阴影部分所示。 图 三相交流调压电路输出波形 波形中 Xt=0～ 30176。 时没有电压输出； Xt=30～ 60176。 时， VT1 触发导通。 与此同时三相都有 VT 触发导通， A 相输出为原电源电压波形。 但在 Xt=60～ 90176。 区间，由于 VT5关断，而 VT2 尚未触发导通，相当于 C 相断电。 因而 A 相负载上的电压为 A、 B 相电源线电压的一半，所以电压波形出现缺口。 当 Xt=90～ 120176。 时， VT2 触发导通，负载又得到电源相电压。 同理，当 Xt=120～ 150176。 区间， VT6 关断，负载上电压为 A、 C 相 (b) A=30186。 t B 0 C A ωt t 111 3 5 4 2 6 1 234 561 612 123 456 345 561 B 0 C A ωt (a) A=0186。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 10 线电压的一半，所以输出波形升高一块，输出电压为图中阴影 所包面积。 波形的其余部分依次类推。 由以上波形分析可以看出， A= 0176。 时，调压电路输出最大电压， A 增大则输出电压减小。 可以分析出，当 A=150176。 时输出电压为零。 只要控制角 A 由 0～ 150176。 变化，输出交流电压即可连续地由最大调到零，实现了调压目的。 交流调压调速控制主回路设计 图 调压调速控制主回路的线路原理图。 在反馈速度与给定速度不同时，即可改变晶闸管的移相控制电压，从而改变晶闸管的触发角，达到调压调速目的。 由速度负反馈构成闭环控制及软件 PID 调节，可以改善调压调速特性。 3 M隔 离驱 动晶 闸 管触 发 器光 电 编 码 器同 步信 号DIP40单片机电 压 检 测保 护 电 路A / D转 换 调压调速控制主回路的线路原理 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 11 主电路参数及元器件选型 主电路参数要求 KWPN 45 ， 580 / minNnr ， vUN 380 ， AIN 89 ，  ， cos  ，  ， Y 接法 , mkgGD .  ,调速范围 D =5，低速时静差率， S≤。 根据以上要求，选择 Y315S10 笼型三相异步电动机。 晶闸管 选择 选择功率模块时 ,需要考虑到电机的过载要求，功率器件的电流定额为 NI = (～ 2) m =(～ 2) 2 89  =(378～ 629)A 上 式中：（ ～ 2）― 表示安全裕量 要求直流侧电源电压 Ud=380v/≈ 考虑到大功率晶闸管的管压降等，取 Ud=450V，则大功率晶闸管的极限参数为 U(BR)ceo=(2～ 3)Ud=(900～ 1350)V 根据上 述计算，选取晶闸管元件 KP600— 10，计 6 只。 滤波电容的选择 取 FC 44000  ，其耐压 VU 9316 2 。 综合考虑滤波电容的体积、价格和滤波效果，结合经验，在变频器的滤波环节处采用了两个滤波电容： 2 只 2200 F 、耐压在 500V以上的电容器并联使用。 阻容吸收电路参数计算 按照晶闸管三相电路支流侧阻容吸收电路参数算式进行估算 lOCd fUIIKC220022 100 （ 31） 2002221 0 0 IIUKROlRd （ 32） 电流有效值为 （ 33） 电压定额为 mD IwtdII 31)(360112002   湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 12 NDU =（ 2～ 3） mU =（ 2～ 3）  3802 =（ 1074～ 1612） V 而 370000cdK ， rdK ， OI ， dII  所以 FFC  348192350 2   13 2R 2C 选择 400 F 的 CZJ 系列低价电容， 2R 选择 15 的 RJ 系列金属电阻。 压敏电阻的选择 压敏电阻的额定电压 1mAU ： )压峰值压敏电阻承受的额定电()(1  。