【正文】 技術，已經(jīng)得到很快發(fā)展。它體積小、重量輕、轉動慣量小、制造簡單、結構牢固、工作可靠、便于維修。這樣，總的來看，其結果就是改善人們在生產(chǎn)過程中的工作條件，并且大幅度提高全社會生產(chǎn)和再生產(chǎn)的效率，電力傳動自動控制系統(tǒng)是提高勞動生產(chǎn)率的合理手段和促使國民經(jīng)濟不 斷增長的重要因素。目前，單個設備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦，轉速從每小時幾轉到每分鐘幾十萬轉，調速范圍在無變速機構情況下可達 1： 10000。 并通過利用 MATLAB 軟件對雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)進行仿真， 仿真結果表明 通過雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)能及時地對給定速度進行反饋，提高調速的準確性 。 利用串級調速系統(tǒng)，就是使繞線式異步電動機實現(xiàn)高性能調速的有效辦法。 摘 要 本 畢業(yè)論 文所 研究 的是雙閉環(huán)三相異步電動機的串級調速的基本原理與實現(xiàn)方法。用轉子串反電動勢來代替電阻，吸收轉差功率；用雙閉環(huán)控制提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能。 關鍵詞 ： 雙閉環(huán) ； 串級 ； 調速 ； 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 用在電力傳動上 [1]。因而，正確采用電力傳動控制系統(tǒng)并使之進一步向前發(fā)展，對我國的國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要和特別現(xiàn)實的意義。只是長期以來由于它的控制比較復雜和調速性能差、裝置價格高、效率低，使交流調速未能推廣。在過去大量的應用的所謂不變速拖動系統(tǒng)中，有相當一部分是風機、水泵等拖動系統(tǒng)，這類負載約占工業(yè)電力拖動的一半。我國在這方面也有了長足的發(fā)展。調速方法有很多種，惟獨串級調速系統(tǒng)機構復雜程度中等，長期低速運行時電效率高，成本中等，對維修技術要求不高，特別是對于需要調節(jié)轉速的風機、 水 泵上的應用。 串級調速理論早在 20 世紀 30 年代就已提出，到了 60～ 70 年代，當可控電力電子器件出現(xiàn)以后，才得到更好的應用。 20 世紀 60 年代末期，我國的一些單位開始進行晶閘管串級調速的試驗， 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)饋串級調速裝置的生產(chǎn)廠家。這樣，電動機在低速運行時，轉子中的轉差率只是小部分在轉子繞組上消耗掉，而轉差功率的大部分被串入的附加電動勢所吸收 [5]。 異步電動機運行時其轉子相電動勢為： 2 20E SE? （ ） 式中 S異步電動機的轉差率； E20繞線轉子異步電動機在轉子不動時的相電動勢，或稱開路電動勢，轉子額 定電壓 值 。 222 2 0 2 2 0I ( SE ( ) E ) [ ( R ) ( SX ) ]add? ? ? ? （ ） 當電力傳動的負載轉 矩 M1 為恒定時，可認為轉子電流 I2 也為恒定。此時關系式為： 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，加入同相附加電動勢 Eadd 可使電動機轉速 增加。五種狀態(tài)如下： 第一種是低于同步轉速電動機的運轉狀態(tài)。 第五種是倒拉反接制動狀態(tài)。這種調速方法就相當于一個在轉子側加入可變頻、可變幅電壓的調速方法。顯然可以利用 一整流裝置把轉子交流電動勢整流成直流電動勢，再利用晶閘管組成的可控整流裝置來獲得一個可調的直流電壓作為轉子回路的附加電動勢。 異步電 動機 M 以轉差率 S 在運行，其轉子電動 勢 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??；但電動機轉速因存在著機械慣性尚未變化，所以 Ud 仍然維持原來的數(shù)值，根據(jù)公式可以得知轉子直流回路電流 Id 增大，相應轉子電流 I2 也增大，電機就加速；在加速過程中轉子的轉差率變小，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，電機進入新的穩(wěn)定狀態(tài)以較高的轉速運行。從這些裝置的聯(lián)接可以看出，他們構成了一個交直 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，所以實際上是一個有源逆變器。因此串級調速方法也稱為轉差功率回饋型的調速方法 [7]。 電動機能從靜止狀態(tài)起動的必要條件是能產(chǎn)生大于軸上負載轉矩的電磁 轉矩。隨著異步電機轉速的提高，其轉子電動勢減少，為了維持加速過程中動態(tài)轉 矩基本恒定，必須相應地增大 β角以減少 Ui值 ， 維持（ Ud Ui）基本恒定。當增大 β 角使 β=β2β1 時，逆變電壓就會減少，但電動機的轉速不能立即改變，所以 Id 將增大，電磁轉矩也增大，因此產(chǎn)生的動態(tài)轉矩使電動機加速。 電動機的停車有制動停車和自由停車兩種 [9]。只能靠減小 β 角逐漸減速， 并依靠負載阻轉矩的作用自由停車。 表 改變給定電壓時 的開環(huán)機械特性表 圖 改變給定電壓時 的開環(huán)機械特性圖 由 實 驗數(shù)據(jù)表 可知， 隨著給定電壓的變化，觸發(fā)電路導通，晶閘管和轉速也發(fā)生變化。 三相異步電動機單閉環(huán) ASR 系統(tǒng)有靜差 引入轉速負反饋只能減少靜態(tài)轉速降落，使轉速盡可能維持接近恒定，而不可能完全回復到原來數(shù)值 (即有誤差 )。 但是，電動機的轉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)是依靠誤差而運行的。 表 單閉環(huán) 無靜差系統(tǒng) 實 驗數(shù)據(jù)表 轉速 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 負載轉矩 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)實驗圖 從上述 表 的 數(shù)據(jù)可以看出，在單閉環(huán)無靜差轉速控制系統(tǒng)中當負載轉矩增大時，晶閘管電流有小幅波動但基本維持恒定不變，晶閘管電壓不發(fā)生變化，而轉速有所下降 ，如圖 所示 。一旦 轉速調節(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 ， 在整個升速過程中 ,速度環(huán)一直處于飽和 ,這相當于使速度環(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 。由于在啟動過程中轉速調節(jié)器經(jīng)歷了不飽和、飽和、退出飽和三個階段，因此，整個過度過程也分為三個階段 [3]。當 Id=Idm 時， Ufi=Ugim,電流調節(jié)器的作用使 Id 不再增長，而保持動態(tài)平衡。這一段是電流上升到最大值Idm 開始，到轉速上升到給定值 Ned 即靜特性上的 N0 為止，是啟動過程的主要階段。為了克服這個擾動。因此，為了保證電流環(huán)的這種調節(jié)作用，在啟動過程 中，電流調節(jié)器是不飽和的，而且要求電流調節(jié)器的積分常數(shù)和調節(jié)對象的時間常數(shù)要互相配合，這正是電流調節(jié)器在設計的時候需要解決的問題。但其輸出卻由于轉速調節(jié)器 ASR 的積分作用還維持在限幅值上，所以電動機仍在最大電流下加速，必然使轉速超調。與此相應，電流 Id 也出現(xiàn)一段小于 Ifz 的過度過程，直到進入穩(wěn)態(tài)。 隨著轉速調節(jié)器 ASR 的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)。只是在轉速超調后，轉速調節(jié)器ASR 退出飽和，才真正發(fā)揮線性調節(jié)作用。不過這兩段的時間只占全部啟動時間的很小的一部分，已經(jīng)無關大局，所以雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的啟動過程可以稱為 ―準時間最優(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 端的輸入電壓進行控制，當 Uct 端輸入正信號時，脈沖前移， Uct 端輸入負信號時，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，當直鍵開關按下時，脈沖斷開，彈出時脈沖接通 ； 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），轉速調節(jié)器（ ASR），電流調節(jié)器（ ACR），過流過壓保護等部份組成。 若 S1 放在 “ 正給定 ” 位，扳動 S2 由 “ 零 ” 位到 “ 給定 ” 位即能獲得 0V 突跳到正電壓的信號，再由 “ 給定 ” 位扳到 “ 零 ” 位能獲得正電壓到 0V 的突跳；若 S1放在 “ 負給定 ” 位，扳動 S2，能得到 0V 到負電壓及負電壓到 0V 的突跳； S2 放在“ 給定 ” 位，扳動 S1，能得到正電壓到負電壓及負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速裝置中，與電流互感器配合，檢測可控硅變流器交流進線電流，以獲得與變流器電流成正比的直流電壓信號，零電流信號和過電流邏輯信號等。 SA 為解除記憶的復位按鈕，當 過流動作后，如過流故障已經(jīng)排除，則須按下以 解除記憶，恢復正常工作。具體原理如下： 它是由兩個山形電平檢測器和開關延時電路組成 [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 上輸入上電壓應為 +15V，但電容 C5 二端電壓不能突變， +15V 電源通過 R27 對 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 有一延時時間，其延時長短取決于 R27C5 的充電回路時間常數(shù) ； 鈕子開關 S3 有二個位置，放在 ―封鎖位 ‖，用在調速系統(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器輸入總是 +15V， 3 端子電位總是 15V，使各調節(jié)器解除封鎖，以便單獨調試調節(jié)器用。 FBS（速度變換器） ： 速度變換器（ FBS）用于轉速反饋 的調速系統(tǒng)中，將直流測速發(fā)電機的輸出電壓變換成適用于控制單元并與轉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，作為轉速反饋信號，反饋強度由電位器 RP 的中心抽頭進行調節(jié)，由電位器 RP 輸出的信號，同時作為零速封鎖反映轉速的電平信號元件 RP 裝在面板上。 轉速調節(jié)器 ASR也可當作電壓調節(jié)器 AVR 來使