【正文】 26 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用與 ACR 相同的結(jié)構(gòu)，由線路組件 BG305 構(gòu)成近似的 PI調(diào)節(jié)器，如圖 54 所示。該組件原理圖如圖 53 所示。 歐姆 千歐歐歐姆千歐歐千歐千歐 千歐千歐千歐千歐千歐電流給定電流反饋過電流保護封鎖信號圖 52 電流調(diào)節(jié)器 ACR 原理圖 發(fā)裝置的選擇 觸發(fā)器是晶閘管變流裝置的一個極其重要的組成部分。如按定型的儀用交 流電流互感器產(chǎn)品來選擇，則它的二次側(cè)的整流元件和負載電阻的容量都比較大，耗散功率也多，所以在標準互感器后邊加上一組 5A/ 的交流電流互感器，電流檢測裝置如圖 51 所示。 圖 45 補償電容器接入系統(tǒng)的示意圖 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 23 5 控制回路單元電路的選擇 調(diào)速系統(tǒng)控制回路單元電路的確定是系統(tǒng)設計的重要一環(huán)。 快速熔斷器作過電流保護是半導體變流裝置中應用最普遍的保護措施。 圖 42 直流側(cè)過電壓保護 ①容阻保護參數(shù)計算：電容量 dC 由下式計算： 22fUIKC ocdd ? 式中 CdK —— 計算系數(shù)值。交流側(cè)過電壓保護措施如圖 41 所示。 晶閘管及轉(zhuǎn)子側(cè)整流元器件的計算與選擇 定電壓 TNU ： ? ? ? ?? ?VVUUU TmTN) 3 0 6~8 7 1(3 0 823~223~23~2 2??????? 實取 VUTN 1400? 。取電動機容量系數(shù) 倍，則選擇電動機額定功率 NP 為 KWKWPP LN ???? 根據(jù) 生產(chǎn)機械 轉(zhuǎn)速及傳動要求，選擇繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機： Y250M— 4 型， KWPN 90? ， min/1480rnN ? ， VU N 3801 ? ， AI N 1681 ? ， HzfN 50? ， %?? ， ?? ， VE N 3702 ? ， AI N 1642 ? ，△ /丫聯(lián)結(jié)，23 6 ,3 mkgJm ???? 。同相位的 abE 串入后，立即使 2I 增大，即 ? ?2222 22 sxr EsEI ad??? 于是，電動機的 emT 相應增大 ， 轉(zhuǎn)速將上升 ， S 減小。首先是節(jié)省了電阻上的熱能損耗；其次是改變附加電動勢的大小和方向十分靈活、方便，可做到平滑無級調(diào)速。 本調(diào)速系統(tǒng)的主要組成部分有異步電動機、轉(zhuǎn)子整流器、頻敏變阻器、有源逆變器、觸發(fā)裝置和信號檢測等元件。 內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國從 20 世紀 60 年代初，試制成功第一支晶閘管以來，晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)，也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。同時電機控制技術(shù)的不斷發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動控制技術(shù)和微機應用技術(shù)的最新發(fā)展成就。早期調(diào)速系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬調(diào)速系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。眾所周知與 直 流調(diào)速相比，由于串級調(diào)速系統(tǒng)的精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡單，長期以來在 大型 調(diào)速傳動中，占統(tǒng)治地位。 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 3 本課題國內(nèi)外研究動態(tài)及意義 在電力拖動調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機具有良好的啟動、制動和調(diào)速性能，長久以來廣泛應用。從生產(chǎn)機械要求控制的物理量來看，電力拖動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系 統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因此 串級 調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng) [1][7]。特別是 70 年代初出現(xiàn)的矢量變換控制技術(shù)以及在矢量變換基礎上相繼出現(xiàn)的磁通反饋矢量控制、轉(zhuǎn)差型 矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等實用系統(tǒng)，大大推進了交流傳 動 控制技術(shù)的發(fā)展。串級調(diào)速真的比變頻調(diào)速遜色嗎？實際上，串級調(diào)速在效率、機械特性等本質(zhì)方面，和變頻調(diào)速幾乎是完全一致的，而且高壓串級調(diào)速的經(jīng)濟性明顯 優(yōu)于變頻調(diào)速。串入附加電動勢而增加的轉(zhuǎn)差功率，回饋給電網(wǎng)或者回饋到電動機軸上使系統(tǒng)有較高的運行效率。它能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，低速時機械特性也比較硬。尤其在高壓大容量風機泵類節(jié)能方面，串級調(diào)速的某些優(yōu)勢表現(xiàn)的更為明顯。這些新型的交流傳動控制技術(shù)與高性能的變頻器相結(jié)合，就有可能使利用交流電動機構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)在性能上與高精度的直流伺服系統(tǒng)相匹配。 許多生產(chǎn)機械要求電動機既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速的起動和制動，這就需要電力拖動系統(tǒng)具有四象限運行的特性，也就是需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。早期是交流電動機拖動直流發(fā)電機給直流電動機供電，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電 流以改變其輸出電壓，達到直流電動機調(diào)速目的。在調(diào)速要求性能 較高的場合，一般都采用 串級 調(diào)速系統(tǒng) [11]。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用微機，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。正是這些技術(shù)的進步使電動機控制技術(shù)在近二十多年來發(fā)生了翻天覆地的變換。目前，晶閘管供電的串級調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟各部門得到了廣泛的應用。整流器和逆變器均采用三相橋式電路。 繞線轉(zhuǎn)子電動機的串級調(diào)速，在負載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，異步電動機的電磁功率 ??? 1emem TP 常數(shù)，轉(zhuǎn)子銅損耗 emCu SPP ?2 與轉(zhuǎn)差成正比，所以轉(zhuǎn)子銅損耗又稱為轉(zhuǎn)差功率。隨著 S 的減小， 2I 開始減小 , emT 也相應減小，直到轉(zhuǎn)速上升到某個值， 2I 減小到使得 emT 復原到與負載轉(zhuǎn)矩平衡時，升速過程結(jié)束，電動機便在高速下穩(wěn)定運行。 電動機的校驗 為了進行電動機校驗，并計算串級調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能，需要知道系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)，特別是異步電動機本身的參數(shù)。 流 TNI ： AAIKI dmbTN)318~()2~()2~( t????? 實取 AITN 400? 。 圖 41 交流側(cè)過電壓保護 ①阻容保護參數(shù)計算：由于逆變變壓器容量 90kVA5kVA，故變壓器一次側(cè)、二次側(cè)均設置阻容保護環(huán)節(jié)。對于三相橋式電路 370000?CdK 2oI —— 折算至變壓器二次側(cè)的空載電流（ A）。本系統(tǒng)采用與晶閘管和硅整流元件串聯(lián)的保護線路。為了滿足系統(tǒng)靜、動態(tài)品質(zhì)要求，必須正確、合理地選擇各信號檢測與控制環(huán)節(jié)的器 件。這樣整流后的輸出電流為；若負載電阻選擇 ?10 ，則輸出的最大電壓為 12V，經(jīng)分壓即可得到 0~10V 的輸出信號；負載電阻的耗散功率為 WAV ?? 。它的設計合理，性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定，將直接提高整個調(diào)速系統(tǒng)運行的可靠性。 圖 53 觸發(fā)裝置組件原理圖 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)的選擇 測環(huán)節(jié)和電壓隔離器。調(diào)節(jié)器的設置，使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定值 *nU 變化，穩(wěn)態(tài)時無靜差，對負載變化起抗干擾作用；其輸出幅值決定最大電流。 對本系統(tǒng)來說，若從抗干擾能力角度出發(fā)，電流閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)均應按典型Ⅱ型系統(tǒng)設計。 圖 62 電流閉環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 利用結(jié)構(gòu)圖變換，并把給定濾波作用合并起來，等效于環(huán)內(nèi)，則得到圖 63a單位反饋形式。 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 32 千歐 千歐千歐千歐千歐M歐千歐圖 64 ACR 調(diào)節(jié)器參數(shù)圖 閉環(huán)動態(tài)參數(shù)計算。觸發(fā)電路電氣原理圖如圖 610 所示 。在計算出上述參數(shù)值的基礎上，完成了系統(tǒng)的建模，最后對工作過程進行詳細分析總結(jié)，基本上實現(xiàn)了晶閘管串級調(diào) 速系統(tǒng)的主電路設計、控制電路設計以及工程上的運用 ，主要概括為以下三點 ： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)抗擾動能力強，電流環(huán)能較好地克服電網(wǎng)電壓波動的影響，而轉(zhuǎn)速環(huán)能抑制其環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)擾動影響，并最終消除轉(zhuǎn)速偏差； 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)采用 PI 調(diào)節(jié)器，可實現(xiàn)無靜差； 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性；同時具有較好的動態(tài)特性，動態(tài)響應快，超調(diào)量小； 在設計中由于時間倉促，有些地方做的還不足，其中保護電路設計不太具體，控制電路中觸發(fā)環(huán)節(jié)的設計也沒有詳細列出?，F(xiàn)代電力電子基礎 [M].北京：清華大學出版社， 1995 [6] 陳志明電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 20xx [8]廖曉忠 這次設計讓我把所學知識聯(lián)系到一起，并應用到實際設計中去，對知識的掌握幫助很大，還有本次設計讓我學會怎么來學習些全新的知識，鍛煉了我的學習能力，為以后工作奠定了基礎。系統(tǒng)調(diào)試基本上與直流拖動雙閉環(huán)系統(tǒng)相似。根據(jù)圖 63b，取 ?? 時，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)可近似為 12 /1)( )()( ??? ? sTsu sIsW iid ? 用上述等效環(huán)節(jié)代替圖 71 中的電流閉環(huán)后，整個調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖 65a 所示。內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 30 實踐證明，若取 msToi ? ，則可將其脈動分量衰減到原來的 1%左右）。 轉(zhuǎn)速環(huán)的擾動量主要是負載。 歐 2 W歐 2W千歐 歐 2W電壓隔離器圖 54 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電壓隔離器 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 27 6 調(diào)節(jié)器的工程設計 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工程設計是在已知對系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的要求情況下，以頻率法為工具，將系統(tǒng)進行合理簡化，采用設置校正裝置的方法，使整個系統(tǒng)近似成典型的低階結(jié)構(gòu) 。本系統(tǒng)采用永磁式直流側(cè)速發(fā)電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測。集成電路觸發(fā)器具有性能可靠、線性度好、功耗低、體積小、用戶使用方便的優(yōu)點，故本系統(tǒng)采用 KCZ6 集成六脈觸發(fā)組件。 歐姆歐姆 圖 51 電流檢測裝置示意圖 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 24 為了保證檢測精度，電流互感器的鐵心采用軟磁性材料，且在正常工作時不飽和。 三相橋式有源逆變器中，交流側(cè)有效電流 2I 與直流電流 dI 之間有著近似的比例關(guān)系，即 dII ? 。當線路一旦出現(xiàn)短路故障，能保證在裝置損壞之前，快速切斷短路電流。 ②壓敏電阻參數(shù) 根據(jù)交流側(cè)壓電阻計算方法，實選 MY31620/1 型 1 只， 其額定電壓為 620V，通流容量為 1kA，并聯(lián)接在逆變變壓器直流側(cè)。變壓器二次阻容吸收裝置參數(shù)計算如下： 阻容裝置采用△接法，計算方法同上，則有 FFU SiC t??3 0 8103056%623222???????? 取 FC ? ? 2C 的耐壓值 VVUC C ???? 2R 電阻值 ?????????? 3 0 %% 3222tkiUSU 取 ?? 阻容電流 CI ： AVVFsf C UI Cc102616?????????????? 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 19 電阻功率 WARI CRP )4~3( 22121 ?????? 根據(jù)上述計算，實選阻容裝置為：油浸電阻 F? ， 630V， 3 支；繞線電阻 ?8 ， 100W， 3 支。 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院畢業(yè)設計說明書（論文） 16 平波電抗器的計算 按異步電動機的漏感 MLL ： mHmHXL ML )3 1 4/105 3 (/ 30 ???? ? 逆變變壓器的 漏感 1L ： mHmHXL s )3 1 4/(/ 301 ???? ? 按電流連續(xù)要求的電感量 crlL ： mHmHLLIL MLdmc r lU16)(22 1 3 0 86 9 )(26 9 12???????????? 按限制電流脈動要求的電感量 mlL ： mHmHLLIUfUULMLdddmml)(23083002)(2/1031223???????????????? 實選為 的電抗器，其尺寸較小，造價較低。 參數(shù)計算如下： 額定轉(zhuǎn)差率 NS ： 0 1 33 5 001 4 801 5 0000 ????? n nnS NN 臨界轉(zhuǎn)差率 mS ： ? ?? ?321211212?????????????????