单闭环交流电机调压调速控制开题报告要点说明.docx
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单闭环交流电机调压调速控制开题报告要点说明
工程学院
课程设计任务书
课程名称：
运动控制系统课程设计
题目：
单闭环交流电机调压调速控制系统设计
设计容与设计要求
一．设计容：
1．系统总体方案确定：
1.1用双向晶闸管整流实现交流斩波调压，实现交流流电动机调速。
1.2系统电路由主电路与控制电路组成：
主电路主要环节：
交流调压电路及保护电路。
控制电路主要环节：
触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。
1.3主电路电力电子开关器件采用晶闸管
1.4系统具有完善的保护
2.主电路设计与分析
2.1设计主电路；
2.2计算主电路参数并选择主电路元器件选型；
2.3设计主电路保护环节；
3.控制电路设计与分析
3.1确定控制电路总体结构，要求采用单闭环控制；
3.2设计速度调节器电路；
3.3设计触发电路
4.单闭环调速控制系统的调试或仿真
4.1在实验室对设计的单闭环直流调速控制系统进行调试；
4.2设计单闭环调速控制系统仿真模型，确定设计系统的性能指标。
二．设计要求：
1．设计思路清晰，给出整体设计框图；
2．单元电路设计，给出具体设计电路；
3．系统仿真时需给出仿真波形并进行分析。
4．绘制总电路图
5．写出设计报告；
主要设计条件
1．设计依据主要参数
1）输入输出电压：
三相交流，380V;
2）主电路最大输出电压、电流根据电机参数予以确定；
3）要求电机能实现单向无级调速
4）电机型号
电机型号1：
Y180M-230KW380V57A2940r/min
电机型号2：
Y200L-822KW380V48A740r/min
说明书格式
1．课程设计封面；
2．任务书；
3．说明书目录；
4．系统方案确定；
5．主电路设计
6．控制电路设计（各单元电路图）；
7．系统实验、电路改进、仿真等。
8．总结与体会；
9．附录（完整的总电路图）；
10．参考文献；
11、课程设计成绩评分表
进度安排
第一周星期一:
课题容介绍和查找资料；
星期二:
总体电路方案确定
星期三:
主电路设计
星期四:
主电路元件选型
星期五:
控制电路设计；
第二周星期一:
控制电路设计
星期二~三:
：
系统调试及仿真等
星期四~五:
写设计报告，打印相关图纸；
星期五下午:
答辩及资料整理
参考文献
1．伯时．运动控制系统．机械工业，2006
2．王兆安黄俊．电力电子技术（第5版）．机械工业，2006
3．祖润胡俊达．毕业设计指导．机械工业，1995
4．星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统实验指导书．校，2009年
5.洪乃刚电力电子与电力拖动控制系统的MATLAB仿真机械工业
6.王忠礼MATLAB应用技术清华大学2007
7.网络相关资料（根据需要上网查询）
4.1调节器............................................11
4.2触发器............................................12
第1章绪论
20世纪60年代末，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便得以应运而生。
在现实生活当中，交流调速系统应用非常广泛，而交流调速系统的应用领域主要有三个方面：
一方面是一般性能的节能调节:
一方面是高性能交流调速系统和私服系统：
另一方面是特大容量的、极高转速的交流调速。
其中的交流电动机具有结构简单诸多优点，但其动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质。
把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出，这种电路不可改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。
交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的启动，也是异步电动机调速，在电力系统中，这种电路常用于对无功率的连续调节，此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
第2章系统同总体方案
单闭环交流调压调速，从这几个字就可以知道：
既然有单闭环电路，那么就肯定就用双闭环。
单闭环电路是一种结构比较简单，有使用，能有效的调节电压；双闭环电路是一种结构复杂的电路，但是能有效的调节电压，更细微调节电压。
在这个课程设计中只需要一个简单的电路就可以了，不需要很精确去调节这个电压，大概调节电压，毕竟是了解这个电路。
交流调压，它有两种调压方式：
晶闸管调压和斩波调压；晶闸管调压是改变触发角度来改变它的有效值；而斩波调压是改变宽度来改变它的有效值，在这个设计中我是用晶闸管调压，因为晶闸管调压比较简单，思路更加清晰，晶闸管调压比斩波调压更加了解，更容易懂。
图2-1但闭环交流调压调速系统原理图
单闭环交流调压调速，是单相单闭环交流调压调速电路，首先它是给一个给定电压与反馈回的电压信号作比较，再通过调节器装置的输出电压；来控制单相交流调压触发器的出发角度，来控制它的有效电压，直接控制电动机的转速，通过转速转化电压信号反馈到比较装置，来调节电压是否达到要求。
如给定一个电压，但电动机的转速很慢，而反馈的电压信号比给定电压信号小，因而调节调节器，使调节器的输出电压变小，则单相交流调压触发器的有效值变大，从而使的电动机转速变快，反馈的电压信号达到实际要求，相反，给定一个电压，而电动机转速快，反馈的电压信号比给定信号大，因使调节器的输出电压变大，触发器的有效电压变小，使得电动机转速变小，从而使得反馈回来的电压信号达到要求。
上图2-1所示
第3章主电路设计
3.1主电路原理
交流调压过去多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和电抗器，现在是用晶闸管交流调压替代。
晶闸管交流调压器一般使用三对晶闸管反向并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中。
如图3-1所示：
图3-1主电路原理图
3.2保护电路
交流电动机在运转过程中，如果电路中任一相出现断电，都将造成其它两相电流急剧增大，如果交流电动机没有及时停止运转，在缺相的情况下继续运转，交流相电动机绕组温度会在很短的时间急剧升高，直至相间击穿，烧坏电动机。
交流电动机断相保护就是使接触器C在交流电动机出现断相时能及时断电释放，迅速切断交流电动机电源，避免烧坏交流电动机。
交流电动机断相保护原理如下图3-2所示：
在交流接触器触点C1，下侧A相和B相之间、B相和C相之间分别串接中间继电器1C和2C，把中间继电器1C和2C的常开触点1C1和2C1串接到控制回路交流接触器C的自保回路中。
图3-2保护电路图
三相电动机断相保护过程如下：
闭合隔离开关GK，控制变压器B工作，按下启动按钮QA，交流接触器的线圈C得电吸合，接触器触点C1，接通主回路，电动机有电运转，同时接触器触点C2接通，中间继电器1C和2C得电吸合，触点1C1和2C1接通，交流接触器C自保，维持三相电动机正常运转。
三相电动机停止工作时，按下停止按钮TA交流接触器C失电释放，交流接触器触点C1断开，三相电动机断电，停止工作。
交流接触器触点C1断开，中间继电器1C和2C失电释放，触点1C1和2C1断开。
三相电动机工作中，如出现A或C相断相，则中间继电器1C或2C失电释放，如B相断相则中间继电器1C和2C同时失电释放，触点1C1，2C1断开交流接触器C的自保回路，交流接触器C断电释放，三相电动机断电停止工作。
因此，无论三相电源中任何一相断电，三相电动机都能立即断开电源停止工作，从而达到三相电动机的断相保护作用。
第4章控制电路设计
4.1调节器
调节器的功能是对给定和反馈两个输入变量进行加法、减法等运算，使其输出按其一规律变化。
调节器是由运算放大器、输入和反馈环节及二极管限幅环节组成。
其原理如图4-1所示
图4-1调节器原理图
二极管VD1和VD2其运放输入限幅，保护运放的作用；二极管VD3和VD4和RP1、RP2组成正负限幅可调的振幅电路。
由C1、R3组成微分反馈校正环节，有助于抑制震荡，减少超调。
R7，C5组成速度环节串联校正环节。
改变R7的阻值改变了系统的放大倍数，改变C5的电容值改变了系统的响应时间，RP3即为调零电位器
4.2触发器
单闭环交流调压调速电路的控制电路是单相交流调压触发电路，其主要的芯片是KC05集成。
KCO5集成晶闸管移相触发器适用于触发双向晶闸管组成的交流调压电路，具有锯齿波线性好、移相围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发器。
如图4-2所示：
图4-2单相交流调压触发电路
同步电压有由KCO5的15、16脚输入，在TP2点了以观察到锯齿波，锯齿波斜率决定于RP1、R1、C1的数值，锯齿波的斜率由5脚的外接电位器RP1调节。
锯齿波与6脚引入的移相控制电压比较放大，由R3、C2的值决定。
RP2电位器调节移相角度，触发脉冲从第9脚，经脉冲变压输出。
第5章调试和结果
进入实验室，在试验台上已经提供好你所需要的元器件和芯片，按照你的原理图接好线路。
实物线路接好后，开始运行，打开电源，发现芯片上的指示灯不亮，说明这个芯片没有进电或者这个芯片是坏的，或者其他地方出现了问题。
我试着用万用表去测了一下芯片的接电源端，发现没有电压显示。
我以为是电线有问题后这个实验太有问题，我检查了线路，电线坏了，换了一根电线，这个芯片指示灯是亮着的。
电路检测完了后，电路一切正常，接通总电源，交流电机正常运行；我先给它一个给定电压，调节调节器，交流电机转速是否发生变化？
结果电机发生了变化。
用示波器接在负载和晶闸管上，调节单项交流调压调速触发器上的RP2,观察负载和晶闸管上的电压波形图的变化。
.其实调节单相交流调压调速触发器上的RP2，这是调节触发角度，来改变有效电压。
得到的实验数据如表5-1所示：
触发角度α与电压u
的关系（表5-1）
角度α
0
30
60
90
120
150
180
电压U0
72.3
72.0
68.3
67.5
52.3
23.4
0
由于角度不同，电压波形和电压的有效值也不同，由上面的表格可以看出α越大，U0越小，直到α=1800时U0=0，随着α的增大，负载电压减少。
第6章总结
通过这次的课程设计，让我对运动控制这一系统有了进一步的了解，也让我知道了怎样通过改变电压来改变电机转速这一原理，也希望以后能有更多的机会学习，虽然在课程设计过程中遇到了不少问题，但通过老师的指导还是都一一解决了。
凭借这次的课程设计，也顺便复习了电力电子技术和运动控制系统的相关知识，使得以前学到知识得到巩固。
在设计过程中，电路原理分析是没有问题的，但是调试的结果却不尽人意，经过讨论和检查，最终得出的结果。
我个人认为最主要的是过程，结果并不那么重要，在这次课程设计的过程中能学到的东西才是最重要的。
在此感各位老师的指导和帮助！
附录:
总电路图
参考文献
1．伯时．运动控制系统．机械工业，2006
2．王兆安黄俊．电力电子技术（第5版）．机械工业，2006
3．祖润胡俊达．毕业设计指导．机械工业，1995
4．星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统实验指导书．校，2009年
5.洪乃刚电力电子与电力拖动控制系统的MATLAB仿真机械工业
6.王忠礼MATLAB应用技术清华大学2007
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