【正文】 22 6 .分析 從繪畫出的直線可知，直流測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速正比于電壓，它們成線性關(guān)系，直線 函數(shù)擬合后為 N= 。 ： 直流電動機（一臺），直流發(fā)電機（一臺），直流測速發(fā)電機（一臺），萬用表（一臺），鋁槽（一個 ） 3．實驗接線： 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 4．實驗步驟 （ 1） .檢查已連接好的裝備電路，找出測量測速發(fā)電機的電壓接線端。 測量直 流測速發(fā)電機的工作特性 ： 實驗利用日光燈工作頻率為 50Hz 這個特性，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，透過鋁槽觀測紙條移動數(shù)。從另一個角度看，在 ASR 飽和期間，它也并不是沒有作用的，而是起著飽和的非線性控制作用。當ASR 飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當不飽和時，轉(zhuǎn)速形成閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。綜合上述可知，在這一段內(nèi)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 和電流調(diào)節(jié)器ACR 都不飽和，同時起調(diào)節(jié)作用。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ST 的輸入端出現(xiàn)負的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓也就是電流 ACR 的給定電壓 Ugi 立即從限幅值降下來，主電路電流 Id 也隨之迅速減小。同時，還要求整流裝置的最大電壓 Udm 必須留有余地 ，即晶閘管裝置也不應(yīng)該出現(xiàn)飽和，以保證提供足夠大的整流電壓滿足調(diào)節(jié)能力的需要。 Uk 和 Udo 也必須基本上按線性增 長，才能保證 Id 恒定。在這個階段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定 Ugim作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定（電流可能超調(diào)，也可能不超調(diào)，取決于電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)）。這一階段的特點是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ST 由不飽和很快達到飽和，而電流調(diào)節(jié)器 LT 一般是不飽和的，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。 圖 36 第一階段是電流的上升階段，突加給定電壓后，通過兩個調(diào)節(jié)器的控制作用，是Uk、 Udo、 Id 都上升。 這時 ， 系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng) ， 靜特性呈現(xiàn) 下降趨勢 。通過圖形可以看出單閉環(huán)無靜差轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)要比開環(huán)機械特性要硬。從靜特性方程進行的推理可知，由于放大器的放大倍數(shù)不可能為無窮大，所以閉環(huán)轉(zhuǎn)速降 )1( KnnKB ????也不可能為 0，在靜態(tài)時其放大倍數(shù)接近無窮大，或靜態(tài)時其輸入電壓為 0，但仍保持有輸出電壓。但是，電動機的 轉(zhuǎn)速不能回升到原來的數(shù)值。 有靜 差 引入轉(zhuǎn)速負反饋只能減少靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落，使轉(zhuǎn)速盡可能維持接近恒定，而不可能轉(zhuǎn)速 n(r/min) 0 516 605 673 555 532 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電壓 UG(V) 15 15 15 15 15 15 負載轉(zhuǎn)矩 M() 0 0 0 0 0 0 電源電壓 U(V) 210 210 210 210 210 210 給定電壓 (V) 0 1 2 3 4 5 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 完全回復到原來數(shù)值 (即有誤差 )。 表 31 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 640 610 588 555 532 510 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電壓 UG(V) 17 17 17 17 17 17 負載轉(zhuǎn)矩 M() 0 電源電壓 U(V) 220 220 220 220 220 220 給定電壓 (V) 3 3 3 3 3 3 圖 31 通過上述試驗數(shù)據(jù)可以看出當 觸發(fā)電路導通后， 電源電壓不變， 只改變系統(tǒng)負載沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 的情況下晶閘管電流也隨著變化，負載轉(zhuǎn)矩增大，晶閘管電流也隨之略有增大。 最后成功的電路圖為本文最后的電路圖 41。 實驗調(diào)試 實驗之初根據(jù)串級系統(tǒng)的主電路圖（圖 21）、雙閉環(huán) 原理框架結(jié)構(gòu)圖 （圖 22）和 MCL 實驗臺指導書的資料，設(shè)計出的 初期 電路圖（如圖 24） 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 24 實驗連線完畢后，系統(tǒng)整定調(diào)試完畢，出發(fā)脈沖調(diào)試完畢，給電運行，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電壓低于二極管電壓，無法實現(xiàn)整流 ，后來分別在轉(zhuǎn)子三條回路中串 入 三個可調(diào)電阻，目的為了增大轉(zhuǎn)子側(cè)電壓，使轉(zhuǎn)子側(cè)電壓大于 晶閘管 電壓。這樣就組成了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 主 要問題是，不能在充分利用電機過載能力的條件下獲得最快的動態(tài)響應(yīng) ， 甚至使啟動和加速過程拖長。在電動機軸上裝一臺 直流 測速發(fā)電機 TG，引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓 Uf，與給定電壓 Ugd比較后，得偏差電壓 ΔU，經(jīng)過放大器 FD，產(chǎn)生觸發(fā)裝置 CF 的控制電壓 Uk，用以控制電動機的轉(zhuǎn)速。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級調(diào)速可以將異步電動機的轉(zhuǎn)差 功率加以應(yīng)用（回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機械能送回到電動機軸上），因此效率高。常見的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機用轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，這種調(diào)速方法簡單、操作方便且價格便宜，但在電阻上將消耗大量的能量，效率低，經(jīng)濟性差，同時由于轉(zhuǎn)子回路附加 電阻的容量大，可調(diào)的級數(shù)有限，不能實現(xiàn)平滑調(diào)速。 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 串級 調(diào)速系統(tǒng) 硬件設(shè)計 串級調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計 全面比較單閉環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，把握系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能，選擇最適合設(shè)計要求的虛擬控制電路。從這一點來說，這種調(diào)速系統(tǒng)可以看作是電動機定子在恒壓恒頻供電下的轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)。同理，減小 β可以使電機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。工作在逆變狀態(tài)的三相可控整流裝置 UI，除提供一可調(diào)的直流輸 出電壓 Ui 作為調(diào)速所需的附加電動勢外，還可將經(jīng) UR 整流后的輸出的電動機轉(zhuǎn)差功率逆變器回饋到交流電網(wǎng)。那么 ，對這一直流附加電動勢有什么技術(shù)要求呢？ 首先，它應(yīng)該是平滑可調(diào)的，以滿足對電機轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)。當然以上只是從原理上來分析，在工程上可有不同的實現(xiàn)方法。 a)次同步速電動狀態(tài) b)反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài) c)超同步速回饋制動狀態(tài) d)超同步速電動狀態(tài) e)次同步速回饋制動狀態(tài) 圖 12 本畢 設(shè)主要研究的屬第一種，低于同步轉(zhuǎn)速電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 第二種是高于同步轉(zhuǎn)速電動機運行狀態(tài)。所以，當繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)引入一可控的附加電動勢時，即可對電動機實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的 調(diào)節(jié)。設(shè)在未串入附加電動勢前，電動機原在 S=S1 的轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運行。 轉(zhuǎn)子電動機 E2值與其轉(zhuǎn)差率 s 成正比，同時它的頻率 f2也與 S 正比， f2=Sf1 按常規(guī)接線時，轉(zhuǎn)子相電流的方程式為： I2=SE20/ [(R2)2 +(S X20)2 ] R2為轉(zhuǎn)子繞組每相電阻； X20為 S=1 時轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。再利用產(chǎn)生 附加電動勢的裝置，設(shè)法把所吸收的這部分轉(zhuǎn)差功率回饋入電網(wǎng)，就能使 電動機在低速運轉(zhuǎn)時仍具有較高的效率 （如圖11） 。 如今節(jié)約能源、更加合理地、有效地利用能源是一項艱巨、利國利民造福子孫的長期工作，也是我國的一項基本國策。調(diào)速方法有很多種，惟獨串級調(diào)速系統(tǒng)機構(gòu) 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(shù)要求不高，特別是對于需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的風機、 水 泵上的應(yīng)用。我國在這方面也有了長足的發(fā)展。在過去大量的應(yīng)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。只是長期以 來由于它的控制比較復雜和調(diào)速性能差、裝置價格高、效率低，使交流調(diào)速未能推廣。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。在生產(chǎn)的總電能中，大約有 2/3 用在電力傳動上。 關(guān)鍵字 ：雙閉環(huán) 、串級 、調(diào)速 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract This paper discusses the mechanisms and implementation details of concatenation control in a three phase asynchronous motor with double closed loop. To control speeds for a typical alternating current motor, we usually take control variables (to change voltage and frequency of the stator power supply) from the stator side in an electric motor, which is also the only way for squirrelcage asynchronous motor with rotor in a shortcircuit state. However, 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 discussed in this paper. In order to increase speed control, we need to take the following two measures while fully utilizing the adjustable nature of rotors in serieswound asynchronous motor: 1. In order to save energy, power wasted on rotor’s additional resistance should be absorbed and converted into other forms of usable energy or sent back to electric grid to increase the efficiency of transmission systems. 2. Considering high control ability and the applied control theory, it should be formed into a closedloop control system in order to meet the requirements of such criteria as control accuracy and dynamic response . 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。 綜合所述，利用串級調(diào)速系統(tǒng)，就是使繞線式異步電動機實現(xiàn)高性能調(diào)速的有效辦法。但是，對于繞線式異步電動機來說，由于改變其轉(zhuǎn)子繞組控制變量以實現(xiàn)調(diào)速，轉(zhuǎn)子側(cè)的控制變量有電流、電動勢、電阻等。對于一般交流電動機的調(diào)速，我們都是從電動機的定子側(cè)引入控制變量（改變定子供電電壓、頻率）來實現(xiàn)的，這對于轉(zhuǎn)子處于短路狀態(tài)的交流鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動機是唯 一途徑。 2 從高性能調(diào)速要求考慮，應(yīng)用控制理論，將其組成閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，滿足調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)等指標的要求。這是本文 所必須討論的，也是本文的核心所在。目前，單個設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦，轉(zhuǎn)速從每小時幾轉(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，調(diào)速范圍在無變速機構(gòu)情況下可達 1： 10000。這樣，總的來看，其結(jié)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。它體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、制造簡單、結(jié)構(gòu)