【正文】 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 ............................................ 33 7 結(jié)論 ........................................................................................................................... 34 謝辭 .............................................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 36 附錄 1........................................................................................................................... 37 附錄 2........................................................................................................................... 38 附錄 3........................................................................................................................... 39 雙閉環(huán)控制的異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 串級調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 串級調(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)饋串級調(diào)速裝置的生產(chǎn)廠家。本設(shè)計(jì)的目的在于讓學(xué)生通過對雙閉環(huán)控制的異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和掌握異步電動機(jī)串級調(diào)速的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì) 步驟和方法，具有初步的工程設(shè)計(jì)能力。工作在逆變狀態(tài)的三相可控裝置 UR 除提供一可調(diào)的直流輸出電壓 iU 作為調(diào)速所需的附加電動勢外，還可將經(jīng) UR 整流后輸出的電動機(jī)轉(zhuǎn)差功率逆變回饋到交流電網(wǎng)中。同理，減小 ? 值可以使電機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。若增大逆變角 β，則逆變電壓減小，但電動勢轉(zhuǎn)速因存在機(jī)械慣性尚未變化，所以，整流電壓仍維持原值，因而直流回路電流 Id 及轉(zhuǎn)子電流 I2 相應(yīng)增大，使電機(jī)加速。 圖 電氣串級調(diào)速方式原理圖 機(jī)械串級調(diào)速 圖 是機(jī)械串級調(diào)速原理圖。 雙閉環(huán)控制的異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 從功率傳遞角度看，如果忽略調(diào)速系統(tǒng)中所有的電氣與機(jī)械損耗，認(rèn)為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差功率全部為直流電動機(jī)所接受，并以 PMD 的形式從軸上輸出給負(fù)載。 M3 ~M3 ~ 圖 機(jī)械串級調(diào)速原理圖 串級調(diào)速方案選擇 綜合上述論述的兩種調(diào)速方式，電氣串級調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，其輸出的機(jī)械功率和轉(zhuǎn)速成正比，能夠靠調(diào)節(jié)逆變角 β實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速，節(jié)能方面，電氣串級調(diào)速系統(tǒng)能把異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差功率饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損耗后的 轉(zhuǎn)差功率得到有效的利用，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。根據(jù)公式 和 ，當(dāng)電動機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為 Id 近似為恒值。 本系統(tǒng)主電路元器件參數(shù)計(jì)算及型號選擇 異步電動機(jī)的選擇 （ 1）電動機(jī)型號的選定 本設(shè)計(jì)中，根據(jù)所給數(shù)據(jù)，最大負(fù)載功率 KWPL 72? ，由于一般最大負(fù) 載功率為額定功率的 75%左右，即 KWPP LN ?? 因此在查電動機(jī)型號時(shí)我選擇了YR250M4 電動機(jī)，采用 Y/? 接法。39。(110 ????????????? rVnIXrUC dmMde ??() 最大轉(zhuǎn)速： m i n/ a x rC RIUn e dmd ??????? ? () 則 m i n/45 631 m a xm i n rnn ?? () 轉(zhuǎn)速降低系數(shù) 45 71 36 7m a x ??? nn nnK () 功率降低系數(shù) ????? nMP KKK () 校驗(yàn) kwKWKPPL 75 ??? () 故所選電動機(jī)合適。 45615001 m i n1m a x ????? n nnS （ ） 逆變變壓器二次側(cè)線電壓： VVUSU nnT 42430c os os 0m i n2m a x2 ???? ? （ ） 又因?yàn)椋?AII nT 10922 ?? 逆變變壓器計(jì)算容量為： kwkwIUS TTnT 822 ?????? ? （ ） 逆變變壓器一次側(cè)電流： AUSInTT 1223803800 48311 ???? （ ） ?????? 22TTnTn IUr （ ） ????? 因此 ?R 修正為： ???????????? )( ??R （ ） m i n/ a x rRIUn dmd ??????? ? （ ） 符合前面所取的 maxn 的值。 ? ? dmIAVT IKI 2~)( ? （ ） 式中 ?IK （三相橋式電路、電感性負(fù)載） ? ? ? ? AI AVT 9 0 . 1 11~1 4 5 83 6 ~ ???? （ ） 取 AI AVT 160)( ? 因?yàn)? VUU nTm 60042422 2 ???? （ ） ? ? VUU mT 1 8 0 0~1 2 0 03~2 ?? （ ） 故：根據(jù)以上計(jì)算可以選擇整流二極管的型號為： R1800 個(gè)整流二極管 3~負(fù)載VT1VT3VT5VT4VT6VT2 三相交流電壓VT1VTVT546E+ 圖 整流裝置原理圖 圖 三相全控有源逆變電路 （ 2）逆變裝置 如圖 是三相全控有源逆變電路，提供一個(gè)可調(diào)的直流電壓作為調(diào)速所需的附加電動勢，同時(shí)將電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差 功率功率經(jīng)逆變變壓器回饋回電網(wǎng)。 選取平波電抗器：當(dāng) AId ? 時(shí)的電感量為 11mH, AId ? 時(shí)電感量不小于 22mH。 圖 逆變變壓器側(cè)阻容保護(hù)裝置圖 對于單相電路，阻容參數(shù)的計(jì)算公式為： 226 USIC em? （ ） 電容的耐壓 ? emshIUSUR ? （ ） 電阻功率 : RIP RR 2)4~3(? （ ） 雙閉環(huán)控制的異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 6102 ??? cc fcUI ? （ ） 式中 :S —變壓器容量 )(kw , kwS ? ； 2U 變壓器二次相電壓有效值 )(V ； RI 通過電阻的電流 )(A ； emI 變壓器勵磁電流百分?jǐn)?shù)， AkV?100~10 的變壓器，對應(yīng)的 4~10?emI ,這里取 6?gmI ； shU 變壓器的短路比， AkV ?1000~10 的變壓器，對應(yīng)的 10~5?shU ，取6?shU ； mU 阻容兩端正常工作時(shí)的交流電壓峰值 )(V 。選擇電阻 ?5 ，功率為 23W。 （ 2）壓敏電阻保護(hù) 壓敏電阻是一種非線性電阻元件，它具有正反向相同且很陡的伏安特性，如圖 所示：在未擊穿時(shí)，漏電流很小 (微安級 )，而放電容量很大，可通過數(shù)千安培的沖擊電流。 標(biāo)稱電壓： VUU TmA 21 ????? （ ） 流通量： 應(yīng)大于實(shí)際可能產(chǎn)生的浪涌電流值，一般取 5 KA 以上； 根據(jù)以上計(jì)算可以得知壓敏電阻的型號為 MYG32D511K 型號 。換相時(shí)，晶閘管因承受反向電壓而在關(guān)斷的過程中，正向電流下降到零時(shí)，晶閘管內(nèi)部仍殘存著載流子。阻容的參數(shù)較難計(jì)算，一股可按下表所述經(jīng)驗(yàn)公式選取。主要有采用快速熔斷器保護(hù)?？焖偃蹟嗥骺梢匝b設(shè)在交流側(cè)、直流側(cè)，或與晶閘管直接串聯(lián)。 電流上升率的限制 晶閘管從阻斷到導(dǎo)通時(shí)，如電流上升率太大，雖然電流值未超過器件的額 定通態(tài)平均電流，由于晶閘管內(nèi)部電流還來不及擴(kuò)大到 PN 結(jié)的全部面積，可能在門極附近的 PN 結(jié)發(fā)生過熱而損壞．因此，作用于晶閘管的正向電流上升率 ti dd/ ，應(yīng)小于晶閘管的通態(tài)電流臨界上升率 ti dd/ 。電抗器可以是空心電抗器、鐵心電抗器或若干個(gè)磁性圓環(huán)。因此應(yīng)對 tu dd/進(jìn)行限制，使其小于晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率 tu dd/ 。 （ 2）晶閘管換相對產(chǎn)生的 tu dd/ 晶閘管整流電路在換相重疊角期間，兩相晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于線電壓短路，使電源電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生很大的 tu dd/ 。將它和三個(gè) KJ004 連接到一起就可以達(dá)到六路雙脈沖觸發(fā)電路，這樣三相橋式全控整流電路的各個(gè)晶閘管就可以按條件穩(wěn)定的進(jìn)行觸發(fā)，使電路可以正常的運(yùn)行。 （ 2） KJ004 芯片 KJ004 芯片，又叫做晶閘管移相觸發(fā)集成電路。 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 11 0 98 7 654321K J 0 0 4 圖 KJ004 的管腳排列 同步變壓器的設(shè)計(jì) 同步變壓器，為觸發(fā)脈沖信號提供電壓幅值 Us。而 —Up 就被稱作負(fù)偏移電壓，由固態(tài)三端穩(wěn)壓器 7915 產(chǎn)生。 三相橋式逆變電路的觸發(fā)電路 觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)圖（見附錄 1）。因此，常用的是雙脈沖觸發(fā)。在發(fā)生短路故障時(shí)，熔斷器在很短時(shí)間內(nèi)就熔斷，起到短路保護(hù)作用。選擇額定電流為 355A、額定電壓為 的熔斷器，其型號 過載保護(hù) 過載是指電動機(jī)在大于其額定電流的情況下運(yùn)行，但過載電流超過額定電流的倍數(shù)要小些。 過載保護(hù)裝置要求具有反時(shí)限特性，且不會受電動機(jī)短時(shí)過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動作，所以通常用熱繼電器作過載保護(hù)。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 瞬時(shí)停電保護(hù) 當(dāng)發(fā)生電壓瞬時(shí)增大幅度降低時(shí)，串級調(diào)速裝置不能正常運(yùn)行，其原因是 ： （ 1） 晶閘管逆變側(cè)失電，元件換流失?。? （ 2） 因失電導(dǎo)致繼電器和接觸器等釋放，一次側(cè)回路的斷路器跳閘； （ 3） 電壓恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生過電壓。 雙閉環(huán)控制的異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 4 本系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理 圖 是雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)圖，該串級調(diào)速系統(tǒng)是具有電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的雙閉環(huán)控制的系統(tǒng)。隨著電流調(diào)節(jié)器的輸出增加， ? 角向090 方向變化。在電網(wǎng)電壓波動時(shí)，電流環(huán)及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)子電流，以保持所需要的電磁轉(zhuǎn)矩。 R i R 0 / 2 R 0 / 2 C 0 i R 0