【正文】 技術(shù)，已經(jīng)得到很快發(fā)展。它體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、制造簡單、結(jié)構(gòu)牢固、工作可靠、便于維修。這樣，總的來看，其結(jié)果就是改善人們?cè)谏a(chǎn)過程中的工作條件，并且大幅度提高全社會(huì)生產(chǎn)和再生產(chǎn)的效率，電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的合理手段和促使國民經(jīng)濟(jì)不 斷增長的重要因素。目前，單個(gè)設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦，轉(zhuǎn)速從每小時(shí)幾轉(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，調(diào)速范圍在無變速機(jī)構(gòu)情況下可達(dá) 1： 10000。 并通過利用 MATLAB 軟件對(duì)雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真， 仿真結(jié)果表明 通過雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能及時(shí)地對(duì)給定速度進(jìn)行反饋，提高調(diào)速的準(zhǔn)確性 。 利用串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，就是使繞線式異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)速的有效辦法。 摘 要 本 畢業(yè)論 文所 研究 的是雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法。用轉(zhuǎn)子串反電動(dòng)勢(shì)來代替電阻，吸收轉(zhuǎn)差功率；用雙閉環(huán)控制提高系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。 關(guān)鍵詞 ： 雙閉環(huán) ； 串級(jí) ； 調(diào)速 ； MATLAB. Abstract The graduation thesis studies threephase asynchronous motor is double loop bunch_rank speedcontrol of the basic principle and implement method. With wound rotor series, asynchronous motors can adjust speeds through control variables, which include electric current, electromotive force and resistance, etc. on the rotor side. Typically, the rotor current is determined by the load and cannot be adjusted freely. In contrast, adjusting rotor’s return circuit impedance tends to consume more power along with other disadvantages. Therefore, electromotive force should be the only control variable on the rotor side, which is also one of the major points research in this paper. In summary, concatenation control system is one effective means to realize high control ability in serieswound asynchronous motors. Specifically, it is used to replace resistance with rotor’s electromotive force and absorb slip power。在生產(chǎn)的總電能中，大約有 2/3 用在電力傳動(dòng)上 [1]。因而，正確采用電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)并使之進(jìn)一步向前發(fā)展，對(duì)我國的國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要和特別現(xiàn)實(shí)的意義。只是長期以來由于它的控制比較復(fù)雜和調(diào)速性能差、裝置價(jià)格高、效率低，使交流調(diào)速未能推廣。在過去大量的應(yīng)用的所謂不變速拖動(dòng)系統(tǒng)中，有相當(dāng)一部分是風(fēng)機(jī)、水泵等拖動(dòng)系統(tǒng)，這類負(fù)載約占工業(yè)電力拖動(dòng)的一半。我國在這方面也有了長足的發(fā)展。調(diào)速方法有很多種，惟獨(dú)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度中等，長期低速運(yùn)行時(shí)電效率高，成本中等，對(duì)維修技術(shù)要求不高，特別是對(duì)于需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)、 水 泵上的應(yīng)用。 串級(jí)調(diào)速理論早在 20 世紀(jì) 30 年代就已提出，到了 60～ 70 年代，當(dāng)可控電力電子器件出現(xiàn)以后，才得到更好的應(yīng)用。 20 世紀(jì) 60 年代末期，我國的一些單位開始進(jìn)行晶閘管串級(jí)調(diào)速的試驗(yàn)， 70 年代后期，西安整流器廠首先推出了系列產(chǎn)品，以后其他廠家也相繼推出。到目前為止全國已有四到五家知名的內(nèi)饋串級(jí)調(diào)速裝置的生產(chǎn)廠家。這樣，電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差率只是小部分在轉(zhuǎn)子繞組上消耗掉，而轉(zhuǎn)差功率的大部分被串入的附加電動(dòng)勢(shì)所吸收 [5]。 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)為： 2 20E SE? （ ） 式中 S異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率； E20繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的相電動(dòng)勢(shì)，或稱開路電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子額 定電壓 值 。 222 2 0 2 2 0I ( SE ( ) E ) [ ( R ) ( SX ) ]add? ? ? ? （ ） 當(dāng)電力傳動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn) 矩 M1 為恒定時(shí)，可認(rèn)為轉(zhuǎn)子電流 I2 也為恒定。此時(shí)關(guān)系式為： 2 2 2 22 2 0 2 2 2 0 1 2 0 2 1 2 0I ( SE E ) [ ( R ) ( S X ) ] S E [ ( R ) ( S X ) ]add? ? ? ? ? （ ） 同理，加入同相附加電動(dòng)勢(shì) Eadd 可使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 增加。五種狀態(tài)如下： 第一種是低于同步轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 第五種是倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)。這種調(diào)速方法就相當(dāng)于一個(gè)在轉(zhuǎn)子側(cè)加入可變頻、可變幅電壓的調(diào)速方法。顯然可以利用 一整流裝置把轉(zhuǎn)子交流電動(dòng)勢(shì)整流成直流電動(dòng)勢(shì)，再利用晶閘管組成的可控整流裝置來獲得一個(gè)可調(diào)的直流電壓作為轉(zhuǎn)子回路的附加電動(dòng)勢(shì)。 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) SE20 經(jīng)三相可控整流裝置 UR整流，輸出直流電壓 Ud?？刂?β 使它增大，則逆變電壓 Ui立即減?。坏妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速因存在著機(jī)械慣性尚未變化，所以 Ud 仍然維持原來的數(shù)值，根據(jù)公式可以得知轉(zhuǎn)子直流回路電流 Id 增大，相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流 I2 也增大，電機(jī)就加速；在加速過程中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率變小，因此整流電壓隨之減少，故又使電流 Id 減少，直至 Ud 與 Ui 根據(jù)公式取得新的平 衡，電機(jī)進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)以較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。從這些裝置的聯(lián)接可以看出，他們構(gòu)成了一個(gè)交直 交變頻器，但由于逆變器通過變壓器與交流電網(wǎng)相聯(lián)，它輸出的頻率是固定的，所以實(shí)際上是一個(gè)有源逆變器。因此串級(jí)調(diào)速方法也稱為轉(zhuǎn)差功率回饋型的調(diào)速方法 [7]。 電動(dòng)機(jī)能從靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)的必要條件是能產(chǎn)生大于軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電磁 轉(zhuǎn)矩。隨著異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)減少，為了維持加速過程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn) 矩基本恒定，必須相應(yīng)地增大 β角以減少 Ui值 ， 維持（ Ud Ui）基本恒定。當(dāng)增大 β 角使 β=β2β1 時(shí)，逆變電壓就會(huì)減少，但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能立即改變，所以 Id 將增大，電磁轉(zhuǎn)矩也增大，因此產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)加速。 電動(dòng)機(jī)的停車有制動(dòng)停車和自由停車兩種 [9]。只能靠減小 β 角逐漸減速， 并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。 表 改變給定電壓時(shí) 的開環(huán)機(jī)械特性表 圖 改變給定電壓時(shí) 的開環(huán)機(jī)械特性圖 由 實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)表 可知， 隨著給定電壓的變化，觸發(fā)電路導(dǎo)通，晶閘管和轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化。 三相異步電動(dòng)機(jī)單閉環(huán) ASR 系統(tǒng)有靜差 引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋只能減少靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落，使轉(zhuǎn)速盡可能維持接近恒定，而不可能完全回復(fù)到原來數(shù)值 (即有誤差 )。 但是，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能回升到原來的數(shù)值。如果系統(tǒng)沒有靜差，給定電壓和反饋電壓相 等，放大器就沒有輸出電壓，可控整流電源也就沒有輸出電壓，系統(tǒng)就不能工作，因此可以說系統(tǒng)是依靠誤差而運(yùn)行的。 表 單閉環(huán) 無靜差系統(tǒng) 實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)表 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 638 610 590 565 524 498 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電壓 UG(V) 14 14 14 14 14 14 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 M() 0 電源電壓 U（ V） 200 200 200 200 200 200 給定電壓 3 3 3 3 3 3 圖 單閉環(huán) 無靜差系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)圖 從上述 表 的 數(shù)據(jù)可以看出，在單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，晶閘管電流有小幅波動(dòng)但基本維持恒定不變，晶閘管電壓不發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)速有所下降 ，如圖 所示 。一旦 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，速度環(huán)即失去作用，只剩下電流環(huán)起作用。 因此 ， 在整個(gè)升速過程中 ,速度環(huán)一直處于飽和 ,這相當(dāng)于使速度環(huán)處于開環(huán)狀態(tài) ， 系統(tǒng)只在電流環(huán)的恒值作用下以最大電流起動(dòng) 。由于在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了不飽和、飽和、退出飽和三個(gè)階段，因此，整個(gè)過度過程也分為三個(gè)階段 [3]。當(dāng) Id=Idm 時(shí)， Ufi=Ugim,電流調(diào)節(jié)器的作用使 Id 不再增長，而保持動(dòng)態(tài)平衡。這一段是電流上升到最大值Idm 開始，到轉(zhuǎn)速上升到給定值 Ned 即靜特性上的 N0 為止，是啟動(dòng)過程的主要階段。為了克服這個(gè)擾動(dòng)。因此，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在啟動(dòng)過程 中，電流調(diào)節(jié)器是不飽和的，而且要求電流調(diào)節(jié)器的積分常數(shù)和調(diào)節(jié)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)要互相配合，這正是電流調(diào)節(jié)器在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要解決的問題。但其輸出卻由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的積分作用還維持在限幅值上，所以電動(dòng)機(jī)仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。與此相應(yīng)，電流 Id 也出現(xiàn)一段小于 Ifz 的過度過程，直到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。 隨著轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)。只是在轉(zhuǎn)速超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 退出飽和，才真正發(fā)揮線性調(diào)節(jié)作用。不過這兩段的時(shí)間只占全部啟動(dòng)時(shí)間的很小的一部分，已經(jīng)無關(guān)大局，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程可以稱為 ―準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 ‖過程 [14]。 基本掛箱 MCL33 介紹 ： MCL—33 由脈沖控制及移相，雙脈沖觀察孔，一組可控硅，二組可控硅及二極管， RC 吸收回路，平波電抗器 L 組成。脈沖移相由Uct 端的輸入電壓進(jìn)行控制，當(dāng) Uct 端輸入正信號(hào)時(shí)，脈沖前移， Uct 端輸入負(fù)信號(hào)時(shí)，脈沖后移，移相范圍為 10o—160o。 脈沖控制 ： 面板上部的 6 檔直鍵開關(guān)控制接到可控硅的脈沖， 6 分別控制可控硅 VT VT VT VT VT VT6 的觸發(fā)脈沖，當(dāng)直鍵開關(guān)按下時(shí)，脈沖斷開，彈出時(shí)脈沖接通 ； 一橋可控硅由六只 5A800V 組成 ； 二橋可控硅由六只 5A800V 構(gòu)成，另有六只 5A800V 二極管 ； RC 吸收回路可消除整流引起的振蕩。 基本掛箱 MCL18 介紹 ： MCL—18 由 G（給定），零速封鎖器（ DZS），速度變換器（ FBS），轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ ASR），電流調(diào)節(jié)器（ ACR），過流過壓保護(hù)等部份組成。 若 S1 放在 “ 正給定 ” 位，扳動(dòng) S2 由 “ 零 ” 位到 “ 給定 ” 位即能獲得 0V 突跳到正電壓的信號(hào)，再由 “ 給定 ” 位扳到 “ 零 ” 位能獲得正電壓到 0V 的突跳；若 S1放在 “ 負(fù)給定 ” 位，扳動(dòng) S2，能得到 0V 到負(fù)電壓及負(fù)電壓到 0V 的突跳； S2 放在“ 給定 ” 位，扳動(dòng) S1，能得到正電壓到負(fù)電壓及負(fù)電壓到正電壓的突跳。 電流變送器 ： 電流變送器適用于可控硅直流調(diào)速裝置中，與電流互感器配合，檢測(cè)可控硅變流器交流進(jìn)線電流，以獲得與變流器電流成正比的直流電壓信號(hào)，零電流信號(hào)和過電流邏輯信號(hào)等。 SA 為解除記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng) 過流動(dòng)作后，如過流故障已經(jīng)排除，則須按下以 解除記憶，恢復(fù)正常工作。具體原理如下： 它是由兩個(gè)山形電平檢測(cè)器和開關(guān)延時(shí)電路組成 [17]。若要回到 第一種 的情 況 ，則 D： C 的輸出先由 ―0‖態(tài)變成 ―1‖態(tài)，VD11 截止， D:A 上輸入上電壓應(yīng)為 +15V，但電容 C5 二端電壓不能突變， +15V 電源通過 R27 對(duì) C5 充電， C5 電壓逐步上升，上升到一定數(shù)值后 D： A 的輸出由 ―1‖態(tài)變?yōu)?―0‖態(tài)，從而使 3 端輸出為 0V，所以 3 端由 15V 變?yōu)?0V 有一延時(shí)時(shí)間，其延時(shí)長短取決于 R27C5 的充電回路時(shí)間常數(shù) ； 鈕子開關(guān) S3 有二個(gè)位置，放在 ―封鎖位 ‖，用在調(diào)速系統(tǒng)正常工作的情況，即為上述分析情況，放在 ―解除位 ‖， A1： A 組成的山形電平檢測(cè)器輸入總是 +15V， 3 端子電位總是 15V，使各調(diào)節(jié)器解除封鎖，以便單獨(dú)調(diào)試調(diào)節(jié)器用。 FBS（速度變換器） ： 速度變換器（ FBS）用于轉(zhuǎn)速反饋 的調(diào)速系統(tǒng)中，將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變換成適用于控制單元并與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓，作為速度反饋。另一路經(jīng)電阻及電位器 RP，由電位器 RP 中心抽頭輸出，作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，反饋強(qiáng)度由電位器 RP 的中心抽頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，由電位器 RP 輸出的信號(hào)，同時(shí)作為零速封鎖反映轉(zhuǎn)速的電平信號(hào)元件 RP 裝在面板上。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR也可當(dāng)作電壓調(diào)節(jié)器 AVR 來使