基于plc的双闭环串级调速系统的设计

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1、皖西学院课程设计摘要本文用电源反相序和动力制动的方法设计了双闭环串级调速系统的可逆和制动控制线路。双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，直流双闭环调速系统中设置了两个调节器,即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR),分别调节转速和电流。接着详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。并阐述了串接附加电阻在切换过程中的重要性。对其电气操作线路用可编程序控制器予以实现。关键词：可编程序

2、控制器、调速系统、程序控制器、异步电动机-25-皖西学院课程设计第1章：引言-3-第2章：双闭环串级调速系统的可逆和制动方案-4-第3章：串级调速系统的动态数学模型-6-3.1 转子直流回路的传递函数-6-3.2异步电动机的传递函数-8-3.3串级调速系统的动态结构框图-9-第4章：调节器参数的设计-10-4.1电流环的设计-10-4.2转速环的设计-12-第5章串级调速系统的起动方式-15-5.1间接起动-15-5.2直接启动-17-第6章：操作控制电路-18-6.1PLC的选择-18-6.2可编程序控制器的I/O接口-18-6.3操作线路图的梯形图-19-6.

3、4可编程序控制器程序清单-21-结束语-24-参考文献-25--25-皖西学院课程设计第1章：引言由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制方式。由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是指起动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。-25-皖西学院课程设计第2章：双闭环串级调速系统的可逆和制动方案系统组成方框图如图所示图1双闭环控制串级调速系统主电路图图

4、1 所示为双闭环控制的串级调速系统原理图。图中，转速反馈信号取自异步电动机轴上连接的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为 。图1 所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。-25-皖西学院课程设计本系统采用电源反相序进行可逆控制。它由接触器KM2、KM3、KM4、KM5组成电气控制线路。图中附加电阻R1，是为了解决在切换过程中及时启

5、动时冲击电流过大的问题。制动控制器采用晶闸管串级调速制动方式进行，它由接触器KM2、KM5、KM6和制动变压器T2，三相整流桥组成。-25-皖西学院课程设计第3章：串级调速系统的动态数学模型在图1 所示的系统中，可控整流装置、调节器以及反馈环节的动态结构框图均与直流调速系统中相同。在异步电动机转子直流回路中，不少物理量都与转差率有关，所以要单独处理。3.1 转子直流回路的传递函数     根据下图2 的等效电路图可以列出串级调速系统转子直流回路的动态电压平衡方程式图2串级调速系统a）主电路b）等效电路-25-皖西学院课程设计式中Ud0 ——当 s=1 时转子整流器

6、输出的空载电压，；Ui0 —— 逆变器直流侧的空载电压，；L—— 转子直流回路总电感，L = 2LD + 2LT + LLLD ——折算到转子侧的异步电动机每相漏感，；LT ——折算到二次侧的逆变变压器每相漏感，；LL —— 平波电抗器电感；R —— 转差率为 s 时转子直流回路等效电阻，。于是，式(1)可改写成将式(2)两边取拉氏变换，可求得转子直流回路的传递函数      式中TLr ——转子直流回路的时间常数，；      Ki —— 转子直流回路的放大系数，。转子直流回路的动态结构框图如下图3所示。需要指出，串级调速系统转子直流回路传递函数中的时间常数 T

7、Lr 和放大系数 KLr 都是转速n的函数，它们是非定常的。-25-皖西学院课程设计图3转子直流回路动态框图3.2异步电动机的传递函数   异步电动机的电磁转矩为    电力拖动系统的运动方程式为      或写成    式中IL——负载转矩TL所对应的等效直流电流。   由此可得异步电动机在串级调速时的传递函数为      其中， 为机电时间常数，TM 与 R、CE、CM 都有关系，所以也不是常数，而是Id和 n 的函数。-25-皖西学院课程设计3.3串级调速系统的动态结构框图    把图1中的异步电动机和转子直流回路都画成传递函数框图，再考虑给定滤波环节和反馈

8、滤波环节就