【正文】 45 電路與系統(tǒng)學(xué)科理論逐步由經(jīng)典向現(xiàn)代過渡，同時(shí)和信息與通訊工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、生 物電子學(xué)等學(xué)科交疊，相互 滲透，形成一系列的邊緣、交叉學(xué)科，如新的微處理器設(shè)計(jì)、各種軟、硬件數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其硬件實(shí)現(xiàn)等。 碩士論文是碩士研究生所撰寫的學(xué)術(shù)論文。雖然設(shè)計(jì)只是專業(yè)知識(shí)的一個(gè)小的部分，但它與多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)相聯(lián)系。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突降時(shí)，速度出現(xiàn)上升。這些與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路仿真模型沒有什么區(qū)別，同步脈沖觸發(fā)器也一樣。圖 是“晶閘管逆變器”的參數(shù)設(shè)置情況。 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置 1．主電路的建摸和參數(shù)設(shè)置 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對(duì)稱交流電壓源，繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)，二級(jí)管轉(zhuǎn)子整流器，平波電抗器，晶閘管逆變器，逆變變壓器，電機(jī)測(cè)試信號(hào)分配器等部分組成。在 SIMULINK 平臺(tái)上，拖拉和連接典型的模塊就可以繪制仿真對(duì)象的模型框圖，并對(duì)模型進(jìn)行仿真。電流調(diào)節(jié)器選用 PI型，其傳遞函為： ssKsW iiiACR ?? 1)( ?? （ ） 3．電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算 ACR 超前時(shí)間常數(shù)： ? ?? 電流環(huán)開環(huán)增益，要求 5%i?? 時(shí)，應(yīng)取 ? ? ,因此 : 0 . 5 / = 0 . 5 / 0 . 0 0 3 7 = 1 3 5 . 1 l / s IiKT ?? （ ） 于是， ACR 的比例系數(shù)為： / ( ) = 1 3 5 . 1 0 . 0 3 0 . 5 / ( 0 . 0 5 4 0 ) = 1 . 0 1 3i I i sK K R K??? ? ? ? （ ） 31 所用運(yùn)算放大器取 R0=40KΩ，各電阻和電容值計(jì)算如下： 0 = 1 . 0 1 3 4 0 K = 4 0 . 5 2 KiiR K R? ? ? ? （ ） 取 40KΩ / = 0 . 0 3 1 0 6 / ( 4 0 1 0 3 ) = 0 . 7 5 Fo i iCR??? ? ? （ ） 取 F 04 / = 4 0 . 2 1 0 6 / ( 4 0 1 0 3 ) = 0 . 2 Fo i o iC T R ?? ? ? ? （ ） 取 F 電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖 ： 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 ： 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算： 1．時(shí)間常數(shù)的確定 （ 1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 : 2 ? ? , （ 2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)為 : onT , 根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 = 32 （ 3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)為 : 2 = 0 .0 1 7 4 sn i onT T T???? 由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。為了使開關(guān)過程中的電壓分配均勻，應(yīng)對(duì)晶閘管并聯(lián)電容 C。 表 :電感量計(jì)算系數(shù) PK 短路電壓百分 值的感抗分量 ie 6%xe = 12%xe = 18%xe = 三相帶中線 三相橋 雙三相橋串聯(lián)或并聯(lián) 0． 45 0． 11 1． 83 0． 4 0． 086 1． 73 0． 36 0． 066 1． 63 0． 32 0． 048 c. 平波電抗器的電感量 的選擇及計(jì)算 在使用晶閘管裝置時(shí) ,為了提高它對(duì)負(fù)載供電的性能和提高運(yùn)行的安全可靠性 ,常在直流側(cè)使用帶有空氣隙的鐵芯電抗器 ,本節(jié)著重于電抗器的計(jì)算 ,電抗器的主要參數(shù)是 :流過電抗器的電流和電抗器的電感量。對(duì)于元件不并聯(lián)的情況下取 1. (6)平波電抗器電感量的計(jì)算 轉(zhuǎn)子直流回路平波電抗器的作用是： ； ，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)。對(duì)于元件不并聯(lián)的情況下取 1 （ 5）逆變 器 的參數(shù)計(jì)算與元件選擇 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 21 變壓器二次側(cè)電壓與 3 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。 16 圖 轉(zhuǎn)子整流電路 17 第三 章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù) 計(jì)算 與選擇 異步電動(dòng)機(jī)容量的選擇 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 P 計(jì)算如下： Di PKP ?? () iK ：串級(jí)調(diào)速系數(shù)，一般取 左右。 根據(jù)《電力電子技術(shù)》中介紹的理論， 換相重疊角 為 : 0022a r c c os 1 a r c c os 166D d D dsX I X IsE E?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 15 其中 : 0DX : 1s? 時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。 整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級(jí)調(diào)速時(shí)的最大 13 電磁轉(zhuǎn)矩比電 動(dòng)機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。 (1)理想空載轉(zhuǎn)速 在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)，其理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定不變，調(diào)速 時(shí)機(jī)械特性變軟，調(diào)速性能差。但電動(dòng)機(jī)要先升到最高轉(zhuǎn)速，再通過減速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，對(duì)于有些生產(chǎn)機(jī)械是 不允許的。 圖 所示是間接起動(dòng)控制原理圖。如果采用微機(jī)數(shù)字控制，可以按照不同的轉(zhuǎn)速和電流事先計(jì)算好參數(shù)的變化，用表格的方式存入微機(jī)，實(shí)時(shí)控制時(shí)可根據(jù)檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)速和電流查表調(diào)用，就可以得到滿意的動(dòng)態(tài)特性。 (2) 異步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 : 000 31 ()De d d d M dXT U I I C I?? ? ?? () 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為 : 2375eL GD dnTT dt?? () 或?qū)懗? : ? ? 2375M d L G D dnC I I dt?? () 式中 : LT :負(fù)載轉(zhuǎn)矩 , LI :所對(duì)應(yīng)的等效直流電流 , 8 由此可得異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)的傳遞函數(shù)為 : 2/()( ) ( )375Ed L E MEMRCn s RG D RI s I s C T ssCC??? () 其中 2375M EMGD RT CC?為機(jī)電時(shí)間常數(shù)， MT 與 R 、 EC 、 MC 都有關(guān)系，所以也不是常數(shù)，而是 dI 和 n 的函數(shù)。圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自異步電動(dòng)機(jī)軸上連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)，電流反饋信號(hào)取自逆變器交流側(cè)的電流互感器，也可通過霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。但由于其控制功率是被控電機(jī)的視在功率，受電力半導(dǎo)體器件耐壓水平的限制，高壓變頻調(diào)速裝置非常昂貴，性能價(jià)格比隨 電動(dòng)機(jī)電壓升高和容量增大而明顯下降，甚至需要節(jié)電 l0 余年才可回收設(shè)備投資。(2)調(diào)速的平滑性好，晶閘管調(diào)速電路很容易通過對(duì)導(dǎo)通角的平滑調(diào)節(jié)改變轉(zhuǎn)速。 由于繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中得到了較廣泛的應(yīng)用。 交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)相比具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：制造成本低；重量輕；慣性??；可靠性和運(yùn)行效率高；維修工作量??；能在惡劣的甚至在有易燃易爆性氣體的環(huán)境中安全運(yùn)行。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。 I 交流電動(dòng)機(jī) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 串級(jí)調(diào)速是通過繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢(shì)而產(chǎn)生的。 關(guān)鍵詞 ：異步電動(dòng)機(jī) ； 串級(jí)調(diào)速 ； 原理 ； 基本類型 II alternating current motor concatenation control system design Abstract Cascade speed through the Woundrotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to slip to achieve the Cascade governor. And the rotor string resistance in different ways, cascade speed asynchronous motor can be applied in power. (Grid or feedback into mechanical energy sent back to motor shaft), high efficiency. The socalled doublefed governor, refers to power were fed into the induction motor stator windings and rotor winding. Usually stator windings access frequency power supply, will be received rotor winding frequency, amplitude, phase and phase sequence, we can adjust asynchronous motor torque, speed and motor stator side of the reactive power. This doublefed governor of the induction motor can be supersynchronous and subsynchronous operation, not only can work in the electrical state, but can also work in the state of power generation It can achieve a smoothspeed, low speed when the mechanical properties are relatively hard. SCR especially low speed synchronous cascade system, the technical difficulty of small, relatively sound performance and thus access to a wide range of applications. Keywords: Asynchronous motor。這些與現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng) 要求的可靠性、可用性、可維修性相一致。串級(jí)調(diào)速的控制方法多采用電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán) PI 控制。(3)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性好，因?yàn)榇?jí) 調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性的直線部分的硬度較大 (如圖 2)， 3 甚至較固有機(jī)械特性大。因此只適合工藝上要求高性能調(diào)速的場(chǎng)合，如軋鋼等，不適合以節(jié)電為主要目的調(diào)速運(yùn) 行。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??? 。 (3) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 把圖 中的異步電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)子直流回路都畫成傳遞函數(shù)框圖，再考慮給定濾波環(huán)節(jié)和反饋濾波環(huán)節(jié)就可直接畫出雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示。 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)方式 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)工作正常，對(duì)系統(tǒng)的起動(dòng)與停車控制必須有合理的措施予以保證。起動(dòng)操作順序如下：先合上裝置電源總開關(guān) S ，使逆變器在 min? 下等待