【正文】 ??? ???????NNm SSS 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 定子電阻 1r ： ??? ???? 111 AVI SUr N NN 轉(zhuǎn)子電阻 2r ： ?????? 01 43 01 03 222 AVI SEr NNN 定轉(zhuǎn)子繞組的變比 K： 9 7 7 0/3 8 ???? VVEUK NN 折算至轉(zhuǎn)子側(cè)的定子電阻 ?1r ： 0 1 7 ????? Krr 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 NM ： mNrkWnPM NNN ????? 8 0m i n/1 4 8 0909 5 5 09 5 5 0 折算至轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)漏電抗 X： ? ?? ?????????????????????????????23380210322222212121KrrMnUXNpN? 變變壓器參數(shù)初步計(jì)算 如下： 變壓器二次額定電壓 2U ： VVEDUoN28530c o s/370311c o s/11 m in22??????? ???????? ?? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 12 折算至支流側(cè)的變壓器等效電阻 rd ： ?????? 22d AVIUr N 折算至二次側(cè)的變壓器漏抗 Xs: ?????? 6 432 8 22 AVIUX Ns 平波電抗器直流電阻 LR ： ?????? 22 AVIER NNL 運(yùn)行是額定 轉(zhuǎn)矩 CNM 如下： 串調(diào)運(yùn)行直流回路額定電流 dNI ： AAIdN ??? 串調(diào)運(yùn)行是額定轉(zhuǎn)矩 CNM ： mNmNIXrEM I NdNdCN?????????? ??????? ?????????????????? ????4951571d100??? 轉(zhuǎn)矩降低系數(shù) mk : 8 0/4 9 5/ ??? NCMm MMk 時(shí)最高轉(zhuǎn)速的確定如下： 串調(diào)系統(tǒng)直流回路等效 總電阻 R： ? ?? ??????????????????????? 3 1 1 1 21???? SLdXXRrrrR 取系統(tǒng)過(guò)載系數(shù)λ =2，則有直流回路最大電流 dmI 為 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 13 AAII dNdm 4322162 ???? ? 最大電流時(shí)的電勢(shì)系數(shù) dme IC/ ： rVrAVnIXrEIC dmdodmem i n /m i n/15003301???????????????????????????? 最大電流時(shí)所對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速 maxn ： m i n/1 2 6 0m i n //m a xrrVAVICRIEndmedmdo????????? 取 m in/1260m a x rn ? ，則 m i n/4 2 0m i n/1 2 6 03131 m a xm i n rrnn ???? 轉(zhuǎn)速降低系數(shù) nk ： ??? Nn nnk 功率降低系數(shù) pk ： 7 3 5 ???? mnp kkk 機(jī)校驗(yàn)： KWPKWPk LNp 3 ????? 因此，所選電動(dòng)機(jī)容量合適。Eab 與 E2s 同相位時(shí)，可使電動(dòng)機(jī)朝著同步轉(zhuǎn)速方向加速， Eab 幅值越大，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高，當(dāng) Eab 幅值足夠大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將達(dá)到甚至超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，這稱(chēng)為超同步串級(jí)調(diào)速，這時(shí)提供 Eab 的裝置向轉(zhuǎn)子電路輸入電能，同時(shí)電源還要向定子電路輸入電能，因此又稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的雙饋行為。如果在轉(zhuǎn)子回路中不串接電阻，而串接一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) sE2 同頻率的附加電動(dòng)勢(shì) abE 如圖 31 所示，通過(guò)改變 abE 值的大小和相位，同樣也可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 為了減少串調(diào)裝置的容量和滿(mǎn)足使電動(dòng)機(jī)能完全脫離調(diào)速裝置而“高速”運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，本系統(tǒng)不使用串調(diào)裝置的直接起動(dòng)，而是采用頻敏變阻器進(jìn)行起動(dòng)。例如，軍事和宇航方面的雷達(dá)天線(xiàn)，火炮瞄準(zhǔn)，衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，各種加工設(shè)備，泵和壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，繪圖儀，掃描 儀，打印機(jī)等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)和洗衣機(jī)等的控制 [9]。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，單 片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，主要用來(lái)完成一些算法，同時(shí)還要處理一些輸入輸出、顯示任務(wù)等，單片機(jī)的使用使電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能大大提高 [10]。而且 通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)，全數(shù)字化控制系統(tǒng)，能與管理計(jì)算機(jī)、過(guò)程計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程電控裝置進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化分級(jí)控制。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高集成化、小型化、高可靠性及低成本。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，更為經(jīng)濟(jì)可靠、性能優(yōu)越的晶閘管變流器出現(xiàn)了，由晶閘管變流器（ VT）向電動(dòng)機(jī)（ M）供電的系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng) V— M 系統(tǒng)。這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。 而異步電動(dòng)機(jī)有三種基本的調(diào)速方式，即改變極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率和改變供電電源頻率。但普遍的共識(shí)是：⑴ 效率高； ⑵ 調(diào)速平滑即無(wú)級(jí)調(diào)速； ⑶ 調(diào)速范圍寬； ⑷ 調(diào)速產(chǎn)生的負(fù)面影響（如諧波、功率因數(shù)等）小； ⑸ 成本低廉。 本設(shè)計(jì)介紹了一種雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的工作原理、組成及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)作了較為詳細(xì)的論述，分析了交流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的主要特征，并據(jù)此對(duì)其與正常 接線(xiàn)或轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)的效率做了一般性的定性分析和比較。 設(shè)計(jì)（論文）題目： 某機(jī)械廠 65KW 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分： 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)共 43 頁(yè)，設(shè)計(jì)圖紙 2 張。 本設(shè)計(jì)報(bào)告首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來(lái)后，對(duì)電路各元件參數(shù)的計(jì)算和器件選型，包括 逆變 變壓器、整流元件、平波電抗器、保護(hù)電路以及電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，其可控性較差。 電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在功率可控電源和控制電路的實(shí)現(xiàn)上，最大限度的使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，從而盡可能的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，電氣傳動(dòng)技術(shù)以電動(dòng)機(jī)控制為控制對(duì)象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下組成電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。由于調(diào)速系統(tǒng)中，電氣傳動(dòng)技術(shù)的研究和應(yīng)用，已達(dá)到比較成熟的地步， 應(yīng)用相當(dāng)普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。從 20 世紀(jì) 60 年代，第一代電力電子器件 —— 晶閘管（ SCR）發(fā)展至今，已經(jīng)歷了第二代有自關(guān)斷能力的電力電子器件 —— GTR、 GTO、 MOSFET，第三代復(fù)合場(chǎng)控器件 — — IGBT、 MCT 等，如今正蓬勃發(fā)展的第四代產(chǎn)品 —— 功率集成電路（ PIC）。特別是采用了微機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能及強(qiáng)大的抗干擾能力，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。采用晶閘管串級(jí)調(diào)速后，按電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩值降低為原來(lái)的 %計(jì)算，本電動(dòng)機(jī)仍近似具有 倍 ( ?? )的轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力，能夠滿(mǎn)足工藝提出的要求。 補(bǔ)償電容 圖 21 機(jī)械廠 傳動(dòng)系統(tǒng)框圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 7 3 串級(jí)調(diào)速的基本原理 在異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速中 , 如果不在轉(zhuǎn)子回路串接電阻，而是引入一個(gè)附加電動(dòng)勢(shì) Ef，且令 Ef 的頻率和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率相等，則轉(zhuǎn)子回路的總電動(dòng)勢(shì)即為轉(zhuǎn)子電動(dòng) 勢(shì) E2 和附加電動(dòng)勢(shì) Ef 的代數(shù)和，從而使轉(zhuǎn)子電流隨著二者的相互關(guān)系而變化。隨著 S 增大，轉(zhuǎn)子電流 2I 開(kāi)始回升， emT 也相應(yīng)回升，直到轉(zhuǎn)速降至某個(gè)值，串入反相位 abE 的幅值越大，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速就越低。 串級(jí)調(diào)速的調(diào)速性能比較好，但獲得附加電動(dòng)勢(shì) Eab 的裝置比較復(fù)雜，成本較高，且在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較低，因此串級(jí)調(diào)速最適用于調(diào)速范圍不太大（一般 2~4）的場(chǎng)合。實(shí)選變壓器型號(hào)及規(guī)格： ZJ— 90/ 型， 90kVA,接法為 yd11。 調(diào)速裝置的保護(hù) 由于半導(dǎo)體元器件的過(guò)載能力差，為了使調(diào)速裝置能可靠長(zhǎng)期工作，除了合內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 17 理地選擇元件之外，還必須針對(duì)元器件工作條件采取可靠的保護(hù)措施。 直流側(cè)與交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)方法相同。 過(guò)電流保護(hù) 快速自動(dòng)開(kāi)關(guān)保 護(hù) 為了防止變流裝置逆變失敗及直流側(cè)短路，實(shí)行過(guò)載保護(hù)，本系統(tǒng)采用了 DS— 6/8 快速自動(dòng)開(kāi)關(guān)接在被保護(hù)的直流電路內(nèi)。 利用電容器改善功率因數(shù)方便易行，故應(yīng)用較廣。因此，本系統(tǒng)采用交流電流互感 器 做為電流檢測(cè)裝置。 為了滿(mǎn)足造紙工藝要求，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，電流調(diào)節(jié)采用近似的 PI 調(diào)節(jié)器，由高增益線(xiàn)性組件 BG305 構(gòu)成，電流調(diào)節(jié)器 ACR 的原理如圖 52 所示?？刂?KC41 端子 7 的邏輯電平，可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖的封鎖與開(kāi)放。 為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)與控制回路隔離，本系統(tǒng)設(shè)置了直流電壓隔離器，轉(zhuǎn)速檢測(cè)和電壓隔離環(huán)節(jié)電路如圖 54 所示。 電流反饋系數(shù) ? ： 取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值 Vuim * ? ，則有 AVAVIudmim / ???? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)放大系數(shù) ?nK ： ) 1 1 9 0 ()/( m i n????????? nSIK dNn ?? 實(shí)取 80??nK ，則 ?????????? MkkRKR onn 取電流環(huán)的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù) ??? ni KK ，則 ??????? MkRR ni 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降 Nn? ： m i n/)0 1 1 9 0 ()/(rKIn ndNN??????? ?? 低速時(shí)靜差率 S： %1%m i n?????? n nS N 滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能要求。 電流閉環(huán)由串調(diào)系統(tǒng)直流主回路形成的大慣性環(huán)節(jié)與晶閘管 逆 變器、電流檢測(cè)及反饋濾波等小慣性群組成。 圖 63 電流閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及其化簡(jiǎn)圖 a) 單位反饋式結(jié)構(gòu)圖 b) 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖 為把電流環(huán)節(jié)校正成典型Ⅰ型，顯然 ACR應(yīng)采用 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù) ACRW為 ? ?ssKW iiiAC R ?? 1?? 要計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) iK 和 i? ，需知道電動(dòng)機(jī)逆變裝置的有關(guān)參數(shù)。調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 )1()1()1()1()(221????????sTssKSTsTsKsWnnNnnnn?????內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 33 圖 65 轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及其簡(jiǎn)化圖 a) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 b) 簡(jiǎn)化圖 圖 66 校正后的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 不考慮負(fù)載擾動(dòng) 時(shí) ，校正后的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 66 所示 要計(jì)算 ASR 的 參數(shù) nK 和 i? ，首先需確 定電動(dòng) 機(jī)的積分 時(shí)間常數(shù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 34 ]375/([ 21 mCGDT ?和轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) onT 。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試時(shí)每個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)在實(shí)際整定值是靠調(diào)試結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)而最后確定下來(lái)的。交流調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 [3] 錢(qián)平基于晶閘管的柔性交流