串級(jí)調(diào)速畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)子回路中串入附加電動(dòng)勢(shì)，以改變轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。串入附加電動(dòng)勢(shì)而增加的轉(zhuǎn)差功率，回饋給電網(wǎng)或者回饋到電動(dòng)機(jī)軸上使系統(tǒng)有較高的運(yùn)行效率。它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善。</p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了一種雙閉環(huán)控制

2、的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的工作原理、組成及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)作了較為詳細(xì)的論述，分析了交流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的主要特征，并據(jù)此對(duì)其與正常接線或轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)的效率做了一般性的定性分析和比較。針對(duì)傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)總功率因素低這一主要缺點(diǎn). 分析了一種轉(zhuǎn)子側(cè)加短路開(kāi)關(guān)的串級(jí)調(diào)速系 。 轉(zhuǎn)子側(cè)加短路開(kāi)關(guān)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)因能充分利用電機(jī)自然工作狀態(tài)功率因數(shù)高的特性，在帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)功率因數(shù)有一定程度的提高分析了一種轉(zhuǎn)子側(cè)加短路開(kāi)關(guān)的串級(jí)調(diào)速系 。<

3、;/p><p>　　本設(shè)計(jì)報(bào)告首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，對(duì)電路各元件參數(shù)的計(jì)算和器件選型，包括整流變壓器、整流元件、平波電抗器、保護(hù)電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：串級(jí)調(diào)速 ；閉環(huán)控制；功率因數(shù)；整流電路 ；</p><p><b>　　逆變</b>

4、</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The cascade velocity modulation system is the string enters the additional EMF in the rotor return route, changes the sliding to realize the veloci

5、ty modulation.The string enters slips the power which the additional EMF increases, the back coupling for the electrical network or the back coupling to the electrically operated engine shaft on enable the system to have

6、 the high operating efficiency. It can realize the stepless smooth velocity modulation, when the low speed the physical characteristi</p><p>　　This design introduced one kind of double closed-loop control ca

7、scade velocity modulation system, to the system principle of work, the composition and the dynamic structure has made a more detailed elaboration, has analyzed time the exchange cascade velocity modulation system work ma

8、in characteristic, according to the above and has made the general qualitative analysis to it with the normal wiring or time the rotor return route string resistance velocity modulation efficiency and compares. Lower<

9、/p><p>　　This design report first the basis design request determination velocity modulation plan and the main circuit structure pattern, after the main circuit and the closed-loop system determine, to electric

10、 circuit various parts parameter computation and component shaping, including rectification transformer, rectifier cell, flat wave reactor, protection circuit as well as electric current and rpm control parameter computa

11、tion, thus meets the design requirements.</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)的電力拖動(dòng)一般都要求局部或全部的自動(dòng)化，因此必然要與各種控制元件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，而電力拖動(dòng)則可視為自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。在這一系統(tǒng)中可對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制。</p><p&g

12、t;　　隨著近代電力電了技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)正向著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。以達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率地生產(chǎn)。在大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成部分。另外，低成本自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備的開(kāi)發(fā)，越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外的注意。特別對(duì)于小型企業(yè)，應(yīng)用適用技術(shù)的設(shè)備，不僅有益于獲得經(jīng)濟(jì)效益，而且能提高生產(chǎn)率、可靠性與柔性，還有易于應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)更是低成本自動(dòng)

13、化系統(tǒng)的重要組成部分。</p><p>　　通常把電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)兩個(gè)分支。變流技術(shù)也稱(chēng)為電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)，它包括用電力電子器件構(gòu)成各種電力變換電路和對(duì)這些電路進(jìn)行控制的技術(shù)，以及由這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。</p><p>　　控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)中，它使用電力電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的各種需求。電力電子技術(shù)

14、可以看成是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電與強(qiáng)電這兩者的結(jié)合。自動(dòng)控制理論則是實(shí)現(xiàn)這種結(jié)合的一條強(qiáng)有力的紐帶。另外，控制理論和自動(dòng)化技術(shù)密不可分，而電力電子裝置則是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。 </p><p>　　目前在發(fā)達(dá)國(guó)家中，很多直流調(diào)速已經(jīng)被交流調(diào)速所取代，從而避免了直流電動(dòng)機(jī)換向困難、維修不便等缺點(diǎn)。世界上有60％左右的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各類(lèi)電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量已超過(guò)4億kW，其中

15、異步電動(dòng)機(jī)約占90％，拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵及壓縮機(jī)類(lèi)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)約1.3億kW。在目前4億kW的電動(dòng)機(jī)負(fù)載中，約有50％的負(fù)載是變動(dòng)的，其中的30％可以使用電動(dòng)機(jī)調(diào)速。因此，就目前的市場(chǎng)容量考慮，約有6000萬(wàn)kW的調(diào)速電機(jī)市場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)只有在額定負(fù)載下運(yùn)行效率才高，由于安全等方面的考慮，電動(dòng)機(jī)常常處于低效運(yùn)行狀態(tài)。因此，電機(jī)調(diào)速節(jié)能一直被廣泛關(guān)注。風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置來(lái)代替閥門(mén)和擋板調(diào)節(jié)流量,有明顯節(jié)電效果。這是因?yàn)橛山涣麟妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的

16、風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)都是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。它們的流量與轉(zhuǎn)速成正比、壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。即電機(jī)轉(zhuǎn)速降低1/2時(shí)，所需功率降至原來(lái)的1/8，由此可見(jiàn)調(diào)速節(jié)能的重要意義。 </p><p>　　1.1主電路方案的確定</p><p>　　采用單閉調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，若采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以

17、在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，不過(guò)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿(mǎn)足要求，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制電流的，但它只是在超過(guò)臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。<

18、/p><p>　　若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)

19、節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。得到過(guò)程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性

20、，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。 </p><p>　　全面比較單閉環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，把握系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能，選擇最適合設(shè)計(jì)要求的虛擬控制電路。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際，選擇轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　對(duì)于交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)轉(zhuǎn)差功率消耗較大，從而限制了調(diào)速范圍。如果要設(shè)法回收轉(zhuǎn)差功率，就需要在異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施加控

21、制，此時(shí)可以采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。常見(jiàn)的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，這種調(diào)速方法簡(jiǎn)單、操作方</p><p>　　便且價(jià)格便宜，但在電阻上將消耗大量的能量，效率低，經(jīng)濟(jì)性差，同時(shí)由于轉(zhuǎn)子回路附加電阻的容量大，可調(diào)的級(jí)數(shù)有限，不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。為了克服上述缺點(diǎn)，必須尋求一種效率較高、性能較好的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率同饋型調(diào)速方法，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)就是一個(gè)很好的解決方案。</p><

22、p>　　串級(jí)調(diào)速是通過(guò)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢(shì)而產(chǎn)生的。它屬于變轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加以應(yīng)用（回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上），因此效率高。它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2串級(jí)調(diào)速原理及基本類(lèi)型</p

23、><p>　　假定異步電動(dòng)機(jī)的外加電源電壓及負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不變．則電動(dòng)機(jī)在調(diào)速前后轉(zhuǎn)子電流近似保持不變。若在轉(zhuǎn)子回路中引入一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電勢(shì)相同，而相位相同或相反的附電勢(shì)則轉(zhuǎn)子電流為</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中： ：轉(zhuǎn)子回路電阻；</p><p>　?。恨D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗；&

24、lt;/p><p>　?。恨D(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì) ；</p><p>　　電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s很小，故≥。忽略有,</p><p><b>　　（1—2）</b></p><p>　　上式中，為取決于電動(dòng)機(jī)的一個(gè)常數(shù)，所以，改變附加電勢(shì)可以改變轉(zhuǎn)差率S，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。</p><p>　　圖1-1異步

25、電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)的原理圖</p><p>　　設(shè)當(dāng)= 0時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速，即,由（式1-2）可見(jiàn)，當(dāng)附加電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子相電勢(shì)相位相反時(shí)（前取負(fù)號(hào)），改變的大小，可在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，這種調(diào)度方式稱(chēng)為低同步串級(jí)調(diào)速，且附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子相電勢(shì)相位相同時(shí)（前取正號(hào)），改變的大小，可在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，這種調(diào)度方式稱(chēng)為超同步串級(jí)調(diào)速（即s <0）。</p><p>　　串級(jí)調(diào)速四種基

26、本狀態(tài)方式下能量傳遞方式如圖1-1所示，圖中不計(jì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部各種損耗，即認(rèn)定定子輸入功率P即為轉(zhuǎn)子輸出功率。</p><p>　　圖1-2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本狀態(tài)方式</p><p>　　晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)用大功率的晶閘管或二極管，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率交流電變?yōu)橹绷麟?，再用晶閘管逆變器將轉(zhuǎn)子電流返回電源以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方式。電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖，見(jiàn)圖1-

27、2</p><p>　　圖1-3 電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　UR — 三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)整流為直流電壓 Ud 。</p><p>　　UI — 三相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：可提供可調(diào)的直流電壓 Ui ，作為電機(jī)調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)；可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。</p><p&

28、gt;<b>　　L—平波電抗器</b></p><p><b>　　TI —逆變變壓器</b></p><p>　　圖中異步電動(dòng)機(jī)M以轉(zhuǎn)差率s在運(yùn)行，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)sEr0經(jīng)三相不可控整流裝置UR整流，輸出直流電壓Ud。工作在逆變狀態(tài)的三相可控整流裝置UI除提供可調(diào)的直流電壓 Ui ，作為電機(jī)調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)；可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，

29、回饋到交流電網(wǎng)。兩個(gè)整流裝置的電壓</p><p>　　Ud與Ui的極性以及電流Id的方向如圖所示。整流后轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式:</p><p>　　Ud=Ui+IdR （1-3）</p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　（1-4）&

30、lt;/b></p><p>　　對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)而言，起動(dòng)應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流 I2 或足夠大的整流后直流電流 Id ，為此，轉(zhuǎn)子整流電壓 Ud 與逆變電壓 Ui 間應(yīng)有較大的差值。控制逆變角 ，使在起動(dòng)開(kāi)始的瞬間，Ud與 Ui 的差值能產(chǎn)生足夠大的 Id ，以滿(mǎn)足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過(guò)允許的電流值，這樣電動(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的增高，相應(yīng)地增大 角以減小值 Ui ，從而

31、維持加速過(guò)程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定 。其調(diào)節(jié)過(guò)程為</p><p>　　1.3電動(dòng)機(jī)供電方案的確定</p><p>　　變電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱(chēng)G-M系統(tǒng)，用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、

32、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。用靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)直流靜止可控整流器又稱(chēng)V-M系電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選V

33、-M系統(tǒng)。</p><p>　　在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓Ud。 由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且滿(mǎn)足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈 動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲

34、、無(wú)磨損、響應(yīng)快、 體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。</p><p>　　在一般情況下，晶閘管變流裝置所需的交流電供電壓與電網(wǎng)往往不一致。另外為了減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求能夠隔離，所以通常要配用整流變壓器。為了抑制諧波干擾，一般采用接法的整流變壓器。</p><p>　　

35、考慮到異步電動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩的降低，功率因數(shù)的降低和轉(zhuǎn)子損耗增大等因素，不論對(duì)于新設(shè)計(jì)的或是改造的都應(yīng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行重新選擇的計(jì)算，串級(jí)調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的容量計(jì)算如下：</p><p>　　式中，——串級(jí)調(diào)速系數(shù)，一般取1.2左右。對(duì)于在長(zhǎng)期低速運(yùn)行的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，該取大一點(diǎn)；</p><p>　　——按照常規(guī)運(yùn)算方式計(jì)算的電動(dòng)機(jī)容量。</p><p>　　

36、從產(chǎn)品手冊(cè)中選擇的電動(dòng)機(jī)容量≥</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)及其控制裝置技術(shù)手冊(cè)提供的有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)而成。</p><p>　　該電機(jī)定額為連續(xù)定額S1，基本防護(hù)等級(jí)為IP23，基本冷卻方法為ICO1，基本結(jié)構(gòu)和安裝方式為IBM3。</p><p>　　表1-1 繞線式異步電動(dòng)機(jī)</p><p>　　由于調(diào)速范圍小，且對(duì)動(dòng)、

37、靜態(tài)性能有一定性能要求，選用晶閘管串級(jí)調(diào)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比較合適。整流器采用三相橋式全控整流電路。</p><p>　　1．4串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)方式</p><p>　　串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是依靠逆變器提供附加電動(dòng)勢(shì)而工作的，為了使系統(tǒng)正常工作，對(duì)系統(tǒng)的起動(dòng)與停車(chē)控制必須有合理的措施予以保證。總的原則是在起動(dòng)時(shí)必須使逆變器先于電機(jī)接上電網(wǎng)，停車(chē)時(shí)則比電機(jī)后脫離電網(wǎng)，以防止逆變器交流側(cè)斷電，而使晶閘

38、管無(wú)法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。</p><p>　　串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)有間接起動(dòng)和直接起動(dòng)兩種起動(dòng)方式。不同的生產(chǎn)機(jī)械，其所要求的調(diào)速范圍可能是不同的。由于轉(zhuǎn)子回路的主要設(shè)備如整流器、逆變器、逆變變壓器的容量，亦即串級(jí)調(diào)速裝置的容量都是按要求的調(diào)速范圍確定的，所以對(duì)于調(diào)速范圍較小的設(shè)備，通常采用間接起動(dòng)；而對(duì)于要求調(diào)速范圍較大的生產(chǎn)設(shè)備，通常采用直接起動(dòng)。</p><p>　　間接起動(dòng)是利用

39、電阻器(或頻敏變阻器)等起動(dòng)設(shè)備起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，待轉(zhuǎn)速升高到調(diào)速范圍內(nèi)最低轉(zhuǎn)速nmin 時(shí)，才把串級(jí)調(diào)速裝置投人運(yùn)行，并切除起動(dòng)設(shè)備。從串電阻器(或頻敏變阻器)起動(dòng)換接到串級(jí)調(diào)速可以利用對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)或利用時(shí)問(wèn)原則自動(dòng)控制。</p><p>　　串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)控制方式如圖所示。問(wèn)接起動(dòng)的操作順序如下：先合上裝置電源總開(kāi)關(guān)S，使逆變器在B 下等待工作。然后接通接觸器Kl使起動(dòng)電阻R接人，再接通接觸器K0，把電機(jī)定

40、子回路與電網(wǎng)接通，電動(dòng)機(jī)便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動(dòng)。待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)到所設(shè)計(jì)的n 即s 時(shí)，接觸器K2接通，同時(shí)接觸器K1斷開(kāi)，切斷起動(dòng)電阻，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級(jí)調(diào)速裝置，此后電動(dòng)機(jī)便以串級(jí)調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。在電動(dòng)機(jī)未達(dá)到設(shè)計(jì)最低轉(zhuǎn)速以前不允許把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級(jí)調(diào)速裝置相接，否則轉(zhuǎn)子電壓會(huì)超過(guò)整流器件的電壓定額而損壞器件，所以轉(zhuǎn)速檢測(cè)或起動(dòng)時(shí)間計(jì)算必須準(zhǔn)確。</p><p>　　圖1-4起動(dòng)控制方

41、式圖</p><p>　　停車(chē)時(shí)，由于沒(méi)有制動(dòng)作用，應(yīng)先斷開(kāi)接觸器K2，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級(jí)調(diào)速裝置脫離，再斷開(kāi)K0，以防止當(dāng)K0斷開(kāi)時(shí)在轉(zhuǎn)子側(cè)感生斷閘高電壓而損壞整流器與逆變器。這種起動(dòng)方式雖然增加了一套附加起動(dòng)設(shè)備，但轉(zhuǎn)子回路主要設(shè)備的耐壓和容量只需按調(diào)運(yùn)范圍的要求來(lái)選擇，從設(shè)備的總投資上來(lái)看是經(jīng)濟(jì)合理的。這種方式還有一優(yōu)點(diǎn)，即一旦串級(jí)調(diào)速裝置發(fā)生意外故障，異步電動(dòng)機(jī)可以脫離串調(diào)狀態(tài)，而用附加起動(dòng)設(shè)備正常起

42、動(dòng)到高速運(yùn)行，這樣可對(duì)調(diào)速裝置進(jìn)行檢修而不中斷生產(chǎn)。如果生產(chǎn)機(jī)械許可，也可以不用檢測(cè)最低轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制，而讓電動(dòng)機(jī)在串電阻方式下起動(dòng)到最高速，切換到串級(jí)調(diào)速后，再按工藝要求調(diào)節(jié)到所需要的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這種起動(dòng)方式可以保證整流器與逆變器不致受到超過(guò)定額的電壓，工作安全。但電動(dòng)機(jī)要先升到最高轉(zhuǎn)速，再通過(guò)減速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，這對(duì)于部分生產(chǎn)機(jī)械是不允許的。</p><p><b>　　2．電動(dòng)機(jī)的容量</b>

43、;</p><p>　　2．1 電動(dòng)機(jī)的選擇 </p><p>　　在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要選擇電動(dòng)機(jī)的容量，在容量選擇時(shí)，先按常規(guī)方法計(jì)算出自然接線時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率，然后根據(jù)串級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)加以修正，并選擇串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)功率，最后進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱校驗(yàn)及過(guò)載能力校驗(yàn)。在按常規(guī)方法計(jì)算出自然接線時(shí)電動(dòng)機(jī)功率后，選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)因素：</p><p>　　

44、(1)串級(jí)調(diào)速時(shí)最大轉(zhuǎn)矩比自然接線時(shí)降低 17％左右； </p><p>　　(2)串級(jí)調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率因素降低； </p><p>　　(3)低速時(shí)，高頻轉(zhuǎn)子諧波電流會(huì)造成轉(zhuǎn)子銅損增加。 在選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，考慮到串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性較軟，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)比生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速高 10％左右。</p><p>　　2．2電動(dòng)機(jī)容量校驗(yàn)</p>

45、;<p><b>　?。ㄒ唬┳畲筠D(zhuǎn)差率</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：：電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，近似等于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；</p><p>　?。捍?jí)調(diào)速系統(tǒng)的最低工作轉(zhuǎn)速；</p><p><b>　　：調(diào)速范圍  &

46、lt;/b></p><p>　　轉(zhuǎn)差率 S = （1500-1480）/1500 = 0.0133；</p><p>　　最大轉(zhuǎn)差率 Smax = (1480 ― 690) / 1480 = 0.5337； </p><p>　　調(diào)

47、速范圍 D = / =1480/690=2.1449；</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　（二）轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中： ：轉(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì) ；</

48、p><p>　?。赫麟妷河?jì)算系數(shù)，見(jiàn)表2-1；</p><p>　　則  </p><p>　?。ㄈ┳畲笾绷髡麟娏?lt;/p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　式中： λM ：電動(dòng)機(jī)的電流過(guò)載倍數(shù)，近似等于轉(zhuǎn)矩過(guò)載

49、倍數(shù)2；</p><p>　　I2N ：轉(zhuǎn)子線電流額定值；</p><p>　　KIV ：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)表2-1；</p><p>　　IdN：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值 ；IdN= I2N/ KIV；</p><p>　　1.1：考慮到轉(zhuǎn)子電流畸變等因素的影響而引如的系數(shù)；</p><

50、;p>　　則 </p><p>　?。ㄎ澹┳畲笾绷髡麟娮?lt;/p><p><b>　?。┒ㄗ与娮?lt;/b></p><p><b>　　定轉(zhuǎn)子繞組的變比</b></p><p><b>　　=</b></p><p

51、>　　折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的定子電阻</p><p><b>　　=</b></p><p>　?。ㄆ撸╇妱?dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩</p><p>　　（八）折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗 </p><p>　　3.串既調(diào)速裝置的參數(shù)計(jì)算及器件選擇</p><p>　　3.1逆變變壓器的參數(shù)計(jì)算 <

52、;/p><p><b>　　3.1.1概述</b></p><p>　　對(duì)于不同的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓和不同的調(diào)速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側(cè)電壓與其匹配；同時(shí)也希逐轉(zhuǎn)子電路與交流電網(wǎng)之間實(shí)行電隔離，因此一般串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。 </p><p>　　3.1.2逆變壓器二次側(cè)參數(shù)的初步計(jì)算 </p><p&

53、gt;　　1）逆變壓器二次側(cè)電壓</p><p>　　根據(jù)最低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則確定：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中： UＴ２：逆變變壓器二次側(cè)線電壓 ；</p><p>　　Uｄｍａｘ：轉(zhuǎn)子整流器最大輸出直流電壓； </p>&l

54、t;p>　　KＵＶ ：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)表2-1； </p><p>　　βｍｉｎ：最小逆變角，一般取30°； </p><p>　　即， </p><p>　　2）逆變變壓器折算至直流側(cè)電抗，</p><p>　　則，折算到直流側(cè)等效電阻</p><p>　　3）平波電

55、抗器直流電阻</p><p>　　4）在串級(jí)調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的額定轉(zhuǎn)速</p><p>　　當(dāng)S=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子折算到直流側(cè)的等效電阻為1.73，故電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩</p><p>　　考慮到換相重疊角的影響，并經(jīng)線性化處理，上式中為</p><p><b>　　則</b></p><p><

56、b>　　轉(zhuǎn)矩降低系數(shù)為</b></p><p>　　5）串級(jí)調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　直流回路總等效電阻為</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中，電動(dòng)機(jī)折算到直流側(cè)的等效電阻，可按功率相等的原則進(jìn)行折算，即</p><p&g

57、t;<b>　　得</b></p><p>　　6）最大電流時(shí)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為：</p><p><b>　　7）最大轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　則 </p><p><b>　　8）轉(zhuǎn)速降低系數(shù)</b></p>&

58、lt;p><b>　　9）電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)</b></p><p><b>　　或</b></p><p>　　即，所選電動(dòng)機(jī)符合要求。</p><p>　　所以，時(shí)，換相重疊角為</p><p>　　系統(tǒng)工作在第一工作區(qū)。</p><p>　　3.1.3逆變變壓器計(jì)算<

59、;/p><p>　　逆變變壓器二次側(cè)線電壓</p><p><b>　　又因?yàn)?</b></p><p>　　逆變變壓器計(jì)算容量為</p><p>　　逆變變壓器一次側(cè)電流</p><p><b>　　符合前面所取的值</b></p><p>　　

60、3.2硅整流元件及晶閘管的選擇</p><p><b>　　3.2.1參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　（3-3）</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　?。ㄈ鄻蚴诫娐贰㈦姼行载?fù)載）</p><p>&

61、lt;b>　　取 </b></p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　選擇硅整流元件ZP150-12六只，晶閘管KP150-12六只。</p><p>　　3.2.2調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)</p

62、><p>　　晶閘管有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。</p><p><b>　　1）過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p>　　不能從根本上消除過(guò)電壓的根源，只能設(shè)法將過(guò)電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過(guò)

63、電壓保護(hù)的基思想。抑制過(guò)電壓的方法不外乎三種：用非先行元件限制過(guò)電壓 的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過(guò)電壓的能量；用儲(chǔ)能元件吸收產(chǎn)生過(guò)電壓的能量。實(shí)用中常視需要在電路的不同部位選用不同的方法，或者在同一部位同時(shí)用兩種不同保 護(hù)方法。以過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)和器件兩端的過(guò)電壓保護(hù)三種。</p><p>　　1、交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用阻容保護(hù)

64、  即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　表5-1 變壓器連接及阻容選擇</p><p>　　對(duì)于三相電路，Ｒ和Ｃ的值可按表5-1換算。</p><p>　　本系統(tǒng)采用D-Y連接。</p><p>　　S=1.9299KVA，       

65、60;  U2=120V                                  

66、;              </p><p>　　變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)Iem取值：當(dāng) S=1～10KVA時(shí)，對(duì)應(yīng)的Iem=4～1，所以Iem取3。</p><p>　　C≥ 6IemS/U22= ×6×3×34×

67、;103/1202=14.17µF</p><p>　　選取20µF的鋁電解電容器。</p><p>　　變壓器短路電壓比選?。?#160; S=1～10KVA，Iｅｍ=1～5，所以Iｅｍ取3。</p><p>　?。?≥ 2.3 U22/S =2.3×1202/1.9299×103 =9.37Ω</p><

68、;p>　　即，選取電阻為ZB1-10的電阻。</p><p>　　2.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　U1MA=（1.8-2.2）UDC=(1.8-2.2

69、) ×230=414-460V</p><p>　　選MY31-440/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（484V）。</p><p>　　晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù)查表5-2；</p><p>　　表5-2  壓敏電阻保護(hù)的接法</p><p>　　抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。電容

70、耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 的1.1～1.15倍</p><p>　　得 C=0.1µF，R=100Ω。</p><p>　　選R為0.2µF的CZJD-2型金屬化紙介質(zhì)電容器。</p><p>　　PR=fCUm2×10-6=50×0.2×10-6×( ×120)2×10-6=

71、0.45×10-6W</p><p>　　即，選R為20Ω普通金屬膜電阻器，RJ-0.5。</p><p><b>　　2）電流保護(hù)</b></p><p>　　快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。</p><p>　　1)交流

72、側(cè)快速熔斷器的選擇 </p><p><b>　　I2=5.37A </b></p><p>　　選取RLS-10快速熔斷器，熔體額定電流6A。</p><p>　　2）晶閘管串連的快速熔斷器的選擇 </p><p>　　I=I2=5.37A，IT= 3.11A</p><p>　　選

73、取RLS-10快速熔斷器，熔體額定電流4A。</p><p>　　3）電壓和電流上升率的限制</p><p>　　電壓上升率 ：正相電壓上升率 較大時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。</p><p>　　造成電壓上升率 過(guò)大的原因一般有兩點(diǎn)：由電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓；由于晶閘管換相時(shí)相當(dāng)于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都

74、可能造成過(guò)大。限制過(guò)大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個(gè)橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使 降低。</p><p>　　電流上升率 ：導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，則可能引起門(mén)極附近過(guò)熱，造成晶閘管損壞。因此對(duì)晶閘管的電流上升率 必須有所限制。</p><p>　　產(chǎn)生過(guò)大的原因，一般有：晶閘管導(dǎo)通時(shí)，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過(guò)晶閘管向直流側(cè)保護(hù)電容充電；直

75、流側(cè)負(fù)載突然短路等等。</p><p>　　限制 ，除在阻容保護(hù)中選擇合適的電阻外，也可采用與限制相同的措施，即在每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè)電感。</p><p>　　限制 和 的電感，可采用空心電抗器，要求L≥（20～30）μH；也可采用鐵心電抗器，L值可偏大些。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導(dǎo)線繞上一定圈數(shù)，或在導(dǎo)線上套上一個(gè)或幾個(gè)磁環(huán)來(lái)代替橋臂電抗器。所以，為了防止每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè)30

76、μH的電感。</p><p>　　3）串級(jí)調(diào)速裝置的保護(hù)</p><p>　　1、串級(jí)調(diào)速裝置的保護(hù)，最主要的是對(duì)付瞬時(shí)電網(wǎng)電壓突然降低甚至停電，在瞬時(shí)停電時(shí)除了要保證逆變裝置正常外、還要在電網(wǎng)復(fù)電時(shí)保證逆變裝置的工作點(diǎn)和復(fù)電時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配，也就是在復(fù)電時(shí)不產(chǎn)生過(guò)電流沖擊而導(dǎo)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作或損壞逆變裝置的元器件。</p><p>　　2、對(duì)大容量的裝置、應(yīng)考慮

77、對(duì)電動(dòng)機(jī)、逆變變壓器、濾波電抗器等的溫度保護(hù)和監(jiān)視。</p><p>　　3、對(duì)有源逆變器，除對(duì)付瞬時(shí)停電外、主要應(yīng)考慮逆變器的“顛覆”。要使晶閘管逆變的最小逆變角βmin是否滿(mǎn)足：βmin≥μ+ γ(μ─換流重疊角，γ─晶閘管元件的反向阻斷恢復(fù)時(shí)間) 。</p><p>　　3.3．平波電抗器電感量的計(jì)算</p><p>　　3.3.1轉(zhuǎn)子直流回路平波電抗器的作用

78、</p><p>　　一，使串級(jí)挑速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)；</p><p>　　二，減小電流脈動(dòng)，把直流回路中的脈動(dòng)分量在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中造成的附加損耗控制在允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　3.3.2電感的計(jì)算</p><p><b>　　一、電動(dòng)機(jī)等效電感</b></p><p>

79、　　二、逆變變壓器等效電感</p><p>　　三、按電流連續(xù)要求的電感量</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　式中 ， </p><p>　　即， </p><p>　　四、按限制電流脈動(dòng)要求的電感量</p

80、><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中， ——最低次諧波電壓幅值；</p><p>　　——逆變變壓器二次側(cè)相電壓有效值；</p><p>　　——最低次諧波頻率，對(duì)于三相橋式電路；</p><p>　　——電流脈動(dòng)系數(shù)，要求=0.05；</p><p

81、>　　——（三相橋式全控電路）；</p><p><b>　　則，</b></p><p>　　選取平波電抗器，當(dāng)Iｄ=106.7A時(shí)電感量為8mH，Iｄ=5.35A時(shí)電感量不小于20mH。</p><p><b>　　4.雙閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　4.1雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

82、原理及動(dòng)態(tài)品質(zhì)的改善</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。在該系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管的觸發(fā)裝置。其中轉(zhuǎn)速反饋與一個(gè)調(diào)解器構(gòu)成閉環(huán)，稱(chēng)速度環(huán)，該調(diào)節(jié)器稱(chēng)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR；電流反饋與另一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)，置于轉(zhuǎn)速換內(nèi)，稱(chēng)電流環(huán)，該調(diào)節(jié)器稱(chēng)為電流調(diào)節(jié)器

83、ACR,從而形成轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)</p><p>　　TA—電流互感器 GT—觸發(fā)裝置</p><p>　　、—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓、—電流給定電壓和電流反饋電壓</p>

84、<p>　　為獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩調(diào)節(jié)器一般均采用PI調(diào)節(jié)器，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。</p><p>　　圖4-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　a)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 b)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在原理圖中標(biāo)出了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)

85、際極性，這而極性既要考慮到信號(hào)從反向端輸入時(shí)調(diào)節(jié)器的倒相作用，又應(yīng)該使觸發(fā)器GT的輸入得到正極性的控制電壓Uct。在靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，PI調(diào)節(jié)器的方框內(nèi)，其特性用階躍輸入下的輸出時(shí)間特性來(lái)表示，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出均設(shè)有限幅電路。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅（飽和）電壓決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值，其大小取決于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅值Uctm限制了最小控制角，從而限制了晶閘管整流裝置輸出電壓的最大值。由于轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器

86、均采用PI調(diào)節(jié)器，所以系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流均為無(wú)靜差，即電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入偏差，實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。</p><p>　　為使調(diào)速系統(tǒng)消除靜差，并改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，在系統(tǒng)中引入PI調(diào)節(jié)器作為校正環(huán)節(jié)。由于PI調(diào)節(jié)器的積分作用，在調(diào)速系統(tǒng)停車(chē)期間，調(diào)節(jié)器會(huì)可能因輸入干擾信號(hào)的作用呈現(xiàn)較大的輸出信號(hào)而使電動(dòng)機(jī)爬行，這是不允許的，因此對(duì)天簌系統(tǒng)只能夠具有積分的調(diào)節(jié)器，

87、在沒(méi)有給出電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)指令之前，必須將它的輸出鎖到零電位上，簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)節(jié)器鎖零。系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)器鎖零電路有如下具體要求:</p><p>　　系統(tǒng)處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器必須鎖零；</p><p>　　系統(tǒng)接到啟動(dòng)指令或正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器鎖零立即清楚并正常工作。</p><p>　　根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制調(diào)節(jié)器“鎖零”于“開(kāi)放”兩個(gè)狀態(tài)。</p>

88、<p>　　停車(chē)時(shí)：，調(diào)節(jié)器鎖零，無(wú)輸出信號(hào)。</p><p>　　啟動(dòng)時(shí)： ，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。</p><p>　　穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。</p><p>　　制動(dòng)停車(chē)時(shí)：，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。</p><p>　　必須注意，對(duì)于可逆系統(tǒng)，制動(dòng)且時(shí)，調(diào)節(jié)器不能鎖零

89、，以保證調(diào)節(jié)器對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)停車(chē)控制。為使鎖零器電路對(duì)不可逆和可逆系統(tǒng)都具有通用性，時(shí)，要求調(diào)節(jié)器不能鎖零。調(diào)節(jié)器鎖零可以采用場(chǎng)效用管來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖4-3調(diào)節(jié)器鎖零裝置</p><p>　　當(dāng)鎖零電路使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，從而使調(diào)節(jié)器鎖零。</p><p>　　4.2雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　4.2.1雙閉環(huán)系統(tǒng)

90、靜態(tài)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　（1）取速度給定電壓 </p><p><b>　　速度反饋系數(shù)</b></p><p>　?。?）取電流給定電壓 </p><p><b>　　電流反饋系數(shù) </b></p><p>　?。?）取電流調(diào)節(jié)器輸出電壓最大值</

91、p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　晶閘管電壓放大倍數(shù)</b></p><p>　?。?）晶閘管逆變器的滯后時(shí)間常數(shù)</p><p>　　低速時(shí)靜差率要求的速度降</p><p>　　由于采用了抑止零點(diǎn)漂移的PI調(diào)節(jié)器，故穩(wěn)態(tài)時(shí)的速度降必須滿(mǎn)足：<

92、;/p><p><b>　　則</b></p><p>　　因?yàn)椋?</p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　若取 </b></p><p><b>　　電流環(huán) </b

93、></p><p>　　故 </p><p>　　靜差率 </p><p>　　4.2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　由前述分析可知，與均為轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，故電流環(huán)為非定常系統(tǒng)，但當(dāng)時(shí)的與值可按定常系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)具有良好的性能。</p><p&g

94、t;　?。?）電流環(huán)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　由公式知，將代入可以推得</p><p>　　由于要求電流環(huán)超調(diào)量小，故電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　令

95、 </p><p>　　故， </p><p>　　（2）速度環(huán)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　由于系統(tǒng)要求抗擾性能及跟隨性能好，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且取h=5。</p><p>　　取 </p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率</b&g

96、t;</p><p><b>　　又因?yàn)?lt;/b></p><p>　　滿(mǎn)足及ωｉ＜的條件，故電流環(huán)可等效為慣性環(huán)節(jié)。</p><p>　　則 </p><p>　　若按 </p><p>　　兩種計(jì)算結(jié)果基本一致，取</p>

97、<p><b>　　。</b></p><p>　　統(tǒng)飛輪矩按電動(dòng)飛輪矩的1.5倍考慮，即</p><p>　　GD2=1.5×0.1=0.15N·m</p><p><b>　　5系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)</p>

98、;<p>　　三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電（即用于直流電機(jī)傳動(dòng)），</p><p>　　下面主要分析阻感負(fù)載時(shí)的情況，對(duì)于帶反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載的情況，只需在阻感負(fù)載的基礎(chǔ)上掌握其特點(diǎn)，即可把握其工作情況。 當(dāng)α≤60o時(shí)，Ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓Ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負(fù)載不同

99、時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流Id波形不同，電阻負(fù)載時(shí) Id 波形與 Ud 的波形形狀一樣。而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。圖6和圖7分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載α=0o和α=30o的波形。 </p><p>　　圖6中除給出Ud波形和Id波形外，還給出了晶閘管VT1

100、電流 IVT1 的波形，由波形圖可見(jiàn)，在晶閘管VT1導(dǎo)通段，IVT1波形由負(fù)載電流 Id 波形決定，和Ud波形不同。 圖7中除給出Ud波形和 Id 波形外，還給出了變壓器二次側(cè)a相電流 Ia 的波形。 當(dāng)α＜60o時(shí)，阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)Ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，Ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。圖8

101、給出了α=90o時(shí)的波形。若電感L值足夠大，Ud中正負(fù)面積將基本相等，Ud平均值近似為零。這表明，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90o。 </p><p>　　圖5-1 三相橋全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)α=0°的波形</p><p>　　圖5-2 三相橋全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)α=30°的波形</p><p>　　

102、圖5-2 三相橋全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)α=90°的波形</p><p>　　圖5-4三相橋式整流電路原理圖及波形圖</p><p><b>　　5.2系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自異步電動(dòng)機(jī)軸上聯(lián)接的測(cè)速發(fā)電機(jī)，電流反饋信號(hào)取自逆變

103、器交流側(cè)的電流互感器，也可通過(guò)霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。</p><p>　　為了防止逆變器逆變顛覆，在電流調(diào)節(jié)器ACR輸出電壓為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖輸出相位角為 = min 。 </p><p>　　系統(tǒng)在突加給定起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。起動(dòng)初期，速度調(diào)節(jié)器處于飽和輸出狀態(tài)，系統(tǒng)相當(dāng)于轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)。</p><p>　　隨著起動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行

104、，電流調(diào)節(jié)器的輸出增大，使逆變器的逆變角β增大，逆變電壓 Ui減少，打破了起動(dòng)開(kāi)始瞬間逆變電壓大于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的整流電壓 Ud0的條件，產(chǎn)生直流電流Id ，使異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而加速起動(dòng)。在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未到達(dá)給定值以前，調(diào)速系統(tǒng)始終由電流環(huán)起電流跟蹤作用以維持動(dòng)態(tài)電流Id為恒定，并使加速過(guò)程中逆變電壓與轉(zhuǎn)子整流器輸出電壓的變化速率相同。直到異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超調(diào)，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)才投入工作，以保證最終獲得與給定轉(zhuǎn)速

105、相一致的實(shí)際轉(zhuǎn)速。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電路的功能。先求出各個(gè)器件的傳遞函數(shù)，然后得到整個(gè)環(huán)的傳遞函數(shù)，并對(duì)換的穩(wěn)定性做出正確分析。在圖中電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。在考慮濾波環(huán)節(jié)等可直接畫(huà)出雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.

106、3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速，且恒定不變。再串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，由于異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速不變，所以其同步轉(zhuǎn)速也恒定。但是他的理想空載轉(zhuǎn)速確實(shí)可以調(diào)節(jié)的。由式Ud=Ui+IdR可以寫(xiě)出系統(tǒng)在理想空載運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子直流回路電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：</p><p><b>　?。?-1）</b></p&

107、gt;<p><b>　　或</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：SO為理想空載轉(zhuǎn)差率</p><p>　　從式（7-54）可知，改變?chǔ)陆菚r(shí)，SO也相應(yīng)改變。β 越大，SO 越小，即異步電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速越高。一般逆變角的調(diào)節(jié)范圍為30度 ～ 90度 ，其下限

108、 30度 時(shí)為防止逆變顛覆的最小逆變角βmin ，也可以根據(jù)系統(tǒng)的電氣參數(shù)計(jì)算設(shè)定。 角的調(diào)節(jié)范圍對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速上、下限。由式（7-18）可以看出，在不同的 角下，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的 曲線是近似平行的，類(lèi)似于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性。</p><p>　　在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組雖不串接電阻，但由于在轉(zhuǎn)子回路中接入了兩套整流裝置，平波電抗器，逆變變壓器等（這些部件統(tǒng)稱(chēng)為串級(jí)調(diào)

109、速裝置），再計(jì)及線路電阻后，實(shí)際上相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)值的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)，其機(jī)械特性比其固定特性軟，使異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)子回路電抗的影響，再計(jì)及轉(zhuǎn)子回路接入整流器后，轉(zhuǎn)子繞組漏抗所引起的換相重疊角使轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生畸變，異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩將比其固有特性的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的減少。</p>&l

110、t;p>　　異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性</p><p>　　a)大電機(jī) b)小電機(jī)</p><p>　　5.4.串級(jí)調(diào)速裝置有源逆變失敗的原因及預(yù)防</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)調(diào)速運(yùn)行時(shí),假如出現(xiàn)換相失敗，使整流橋的輸出平均電壓和直流電勢(shì)變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內(nèi)阻很 小，形成很大的短路電流。這就稱(chēng)為逆變失敗 ，或稱(chēng)逆變顛

111、覆 ，給系統(tǒng)和電網(wǎng)造成非常大的損失和破壞 。</p><p>　　5.4.1逆變失敗的原因:</p><p>　　觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等,致使晶閘管不能正常換相,使整流橋的輸出平均電壓和直流電勢(shì)變成順向串聯(lián),形成很大的短路電流;晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通,器件不能導(dǎo)通;交流電源缺相或突然消失;換相的裕量角不足，引起換相失

112、敗.

113、 </p><p><b>　　5.4.2預(yù)防措施</b></p><p>　　(1)控制

114、電源與逆變變壓器高壓側(cè)相位 、相序必須一致。</p><p>　　(2)輸人控制電源相序保證正確 ，按 A、B、C、 N 順序接人 。在檢修時(shí)，不能將電源相序隨意變 動(dòng)。檢修完成后，應(yīng)檢查一下相序 、觸發(fā)脈沖， 并檢 βmin角和βmax 角。</p><p>　　(3)工作電源檢查整定，保證正負(fù)電壓規(guī)定值調(diào)節(jié)電位器使繼電器吸合 ，嚴(yán)防觸發(fā)器失去工作電源 ，造成逆變失敗 。</p&g

115、t;<p>　　(4) βmin、βmax的整定 ，必須符合技術(shù)要求 ，按調(diào)試規(guī)定步驟調(diào)節(jié)，使βmin =30。，βmax 略小于90。，調(diào)節(jié)過(guò)程中注意鎖緊電位器。</p><p>　　(5)檢查主回路母線聯(lián)結(jié)處，不應(yīng)有松動(dòng)現(xiàn)象。 檢查開(kāi)關(guān)、接觸器、繼 電器的接點(diǎn)接觸情況，接 點(diǎn)不應(yīng)有燒損 、氧化現(xiàn)象。因?yàn)樵谀孀児ぷ鲿r(shí) ，假如交流電源發(fā)生缺相或突然消失 ，由于直流電勢(shì) Ed存在，晶閘管仍可觸發(fā)導(dǎo)通

116、，此時(shí)變流器的 交流側(cè)失去了同直流電勢(shì)極性相反的交流電壓,直流電勢(shì)將經(jīng)過(guò)晶閘管電路而被短路,造成逆變失敗。</p><p>　　(6)為保證逆變電路的正常工作 ，選用的觸發(fā) 器元件必須可靠 。</p><p>　　(7)正確選擇晶閘管的參數(shù) ，減小電路中 du／dt 和 di／dt的影響，以免發(fā)生誤導(dǎo)通 。</p><p>　　(8)選用合格快速熔斷器和快速開(kāi)關(guān) ，

117、做好系 </p><p>　　統(tǒng)的后備保護(hù)，以防事故擴(kuò)大。</p><p>　　5.5串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和提高方案</p><p>　　5.5.1.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P1,這個(gè)功率一部分是定子繞組銅耗Pcu1和電機(jī)的鐵耗Pfe ?？鄢@些損耗之后剩下的功率便是

118、氣息中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，利用電磁感應(yīng)作用傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率Pem。Pem的一部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率，在扣除機(jī)械損耗后得到電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率P2,Pem的另一部分是轉(zhuǎn)差功率Ps=sPem.在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中Ps并未完全消耗掉，而是扣出了轉(zhuǎn)子回路中的損耗后，通過(guò)整流器與逆變器返回給電網(wǎng)。這部分稱(chēng)為回饋功率Pf，Pf=Ps-PCU2-ps, (PCU2為轉(zhuǎn)子銅耗, ps為串調(diào)裝置中所有器件的損耗)。如果把回饋功率也作為電動(dòng)機(jī)定子輸入的一部分，則對(duì)