【文章內(nèi)容簡介】 旋轉(zhuǎn)交流機組：用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 （ 2） 直流斬波器或者脈寬調(diào)制變換器：用恒定直流電源或者不可控整流電源供電，利用直流斬波器 或者脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的直流平均電壓。 （ 3） 靜止可控整流器：用靜止的可控整流器，如晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。 本文選取晶閘管可控整流器，以獲得可以調(diào)節(jié)的直流電壓。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓 Uc，便可調(diào)節(jié)整流電壓 Ud，實現(xiàn)平滑調(diào)速。 由 晶閘管變流裝置直接給直流電動機供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)，簡稱 VM 系統(tǒng)。其原理如圖 22 所示。圖中 VT 是晶閘管變流裝置，可以是單向、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓Uc 來移動觸發(fā)脈沖的相位 ，以改變整流電壓 Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。用觸發(fā)脈沖的相位控制整流電壓的平均值是晶閘管整流器的主要特點，而且該系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點，因此，在工業(yè)上得到普遍應(yīng)用。 但是晶閘管還存在以下問題： （ 1） 晶閘管的單向?qū)щ娦越o系統(tǒng)的可逆運行帶來一些困難； （ 2）脈動電流造成較大的諧波分量，流入電網(wǎng)后對電網(wǎng)不利，同時增加了電機發(fā)熱。 （ 3）晶閘管的過載能力較小，要限制過電流和反向過電壓，以及電壓變化 (du/dt)和電流變化率（ di/dt），因此必須要有可靠的保 護裝置和散熱條件； （ 4）整流電路的脈波數(shù)是有限的，比直流電機每對級下?lián)Q向片的數(shù)目要少的多，因此除非主電路電感無窮大，否則 VM 系統(tǒng)的電流脈動總比 GM 系統(tǒng)更為嚴重。脈動電流產(chǎn)生脈動的轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械不利。 目前在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖 23所示，習慣將其中陰極連接在一起的 3 個晶閘管（ VT VT VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的 3 個晶閘管（ VT VT VT6）稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按圖 22 VM系統(tǒng) 華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 從 1 至 6 的順序?qū)ǎ瑸榇藢⒕чl管按圖示的順序編號 ，即共陰極組中與 a、 b、 c 三相電源相接的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT5，共陽極組中與 a、 b、 c 三相電源相接的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT6 錯誤 !未找到引用源。 。這樣晶閘管就按照 1 到 6 的順序?qū)恕? 圖 23 三相橋式全控整流電路原理圖 下面簡單介紹一下其工作原理： 6 個晶閘管的脈沖按 1 到 6 個順序，相位依次相差 60176。；共陰極的組的 3 個晶閘管脈沖依次相差 120176。，共陽極組的 3 個晶閘管脈沖也依次相差 120176。；同一相的上下兩個橋壁的晶閘管脈沖相差 180176。每個時刻均需 2 個晶閘管同時導通，形成 向負載供電的回路，一個晶閘管是共陽極組的，一個是共陰極組的，且兩個晶閘管不在同一相。采用雙脈沖觸發(fā)，兩個脈沖前沿相差 60176。，脈寬一般為 20176。 30176。當給定某一觸發(fā)角時，共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的相電壓與共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的相電壓之差，即為輸出整流電壓，這樣通過改變觸發(fā)角的大小，就可以改變輸出整流電壓了。 開環(huán)系統(tǒng)的電氣原理 由于面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法是以調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)的。按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，需要從 Simulink 和 SimPower System 模塊庫中找到對 應(yīng)的模塊，按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進行建模。開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖如下 24 圖所示。從圖中可以看出，該系統(tǒng)主要由給定環(huán)節(jié)，脈沖觸發(fā)器，晶閘管整流橋，平波電抗器，直流電動機組成。直流電動機電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器 L 供電，通過改變觸發(fā)器的移相控制信號 Uc 來調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。 華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 24 開環(huán)系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖 單閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理 單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖如下 圖 25： 圖 25 單閉環(huán)系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖 在電 動機軸上安裝一臺測速發(fā)電機 TG，從而引出與被調(diào)量 — 轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓 Un，與轉(zhuǎn)速給定電壓 Un*相比較后，得到偏差電壓 錯誤 !未找到引用源。 ，經(jīng)放大器 A，產(chǎn)生觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 Uct，用以控制電動機轉(zhuǎn)速。只要轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，該系統(tǒng)就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，該系統(tǒng)可大大減少轉(zhuǎn)速降落。該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、平波電抗器、直流電動機、速度反饋環(huán)節(jié)等部分組成。 華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理如圖 26 所示。雙閉環(huán)直 流調(diào)速系統(tǒng)的特點是電動機的轉(zhuǎn)速和電流分別由兩個獨立的調(diào)節(jié)器控制，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定 。因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電動機電樞的電流。當轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用使輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動機電流增加，從而使電動機獲得加速轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)速上升。當實際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出減小，即電流給定減小，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動機電流下降，電動機將因為電磁轉(zhuǎn)矩減小而減速。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達到限幅值時，電流環(huán)即以最大電流限制 Idm ，實現(xiàn)電動機的加 速，使電動機的啟動時間最短，在可逆調(diào)速系統(tǒng)中實現(xiàn)電動機的快速制動；在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，由于晶閘管整流器不能通過反向電流，因此不能產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩而使電動機快速制動 。 圖 26 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié) 本章先介紹了本篇論文采用的仿真軟件 — Matlab/Simulink 的主要情況；討論了直流調(diào)速系統(tǒng)的幾種調(diào)速方法和系統(tǒng)仿真的理論基礎(chǔ)；簡要介紹了常用的 VM 系統(tǒng)及其工作原理；最后列出了本文仿真的開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理，以便 于 下一章節(jié)的仿真 。華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 3 調(diào)速系統(tǒng)的建 模與仿真 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是比較簡單的調(diào)速系統(tǒng)，一般滿足不了工業(yè)生產(chǎn)隊調(diào)速系統(tǒng)的要求，通常需要設(shè)置反饋環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的機械性能。 開環(huán)建模過程 在 Simulink 仿真中為了簡化模型，有利于仿真，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交流電源，直流電動機勵磁由直流電源（ simulink 中選取的）直接供電。觸發(fā)器連接同步電壓，觸發(fā)器的控制角（ alpha— deg 端）通過了移相控制環(huán)節(jié)（ shifter），移相控制模塊的輸入是移相控制信號，輸 出是控制角。移相控制信號在仿真中由常數(shù)模塊設(shè)定。 本次建立的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖如下所示： 圖 31 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖 系統(tǒng)由控制電路建模和主電路建模兩部分組成。系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)定簡要敘述如下： （一）主電路的建模和參數(shù)設(shè)定 開環(huán)系統(tǒng)的主電路主要由三相對稱交流電壓源，晶閘管整流橋，平波電抗器，直流電動機等部分構(gòu)成。由于同步脈沖觸發(fā)器和晶閘管整流橋是不可分割的兩個環(huán)節(jié)，所以通常作為一個整體來討論，故將觸發(fā) 器歸于主電路建模。 三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)定。從模塊組里選取一個交流電壓源模塊， 為了得到建模需要的三相交流電，可以通過 復制得到 3 個電壓源模塊，再使三個電壓源 的 一端接地。雙擊電壓源模塊 A，可設(shè)定參數(shù)，如下圖 32 所示。 B 相和 C 相的設(shè)置不同于 A相 （電源模塊可在旁邊編輯其名稱，這里編輯為 A 相、 B 相、 C 相） 。 華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 32 A 相電源參數(shù)設(shè)定 A 相的幅值取 220V，初相位設(shè)置為 0，頻率為 50Hz，其他設(shè)定為默認。 B 相和 C 相設(shè)定的方法和 A 相相同，注意將初相位分別設(shè)定為 120 和 240。這樣就得到了三相對稱交流電源。 晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)定。從模塊組選取“ Universal Bridge”模塊，雙擊打開以設(shè)定參數(shù)，參數(shù)設(shè)定如下圖 33。 當采用三相整流橋時，橋臂數(shù)取 3；電力電子元件選取晶閘管。如果仿真結(jié)果不理想，則要通過仿真實驗不斷的進行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù) 如圖 33 所示 。 平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)定。從模塊組中選取“ Series RLC Branch”模塊，雙擊打開以設(shè)置參數(shù)。參數(shù)設(shè)定要求類型 選擇電感 L 就可以得到電抗器。平波電抗器的電感值是通過仿真實驗比較后得到的優(yōu)化參數(shù)。 直流電動機的建模和設(shè)定。從模塊組中選取“ DC Machine”模塊。直流電動機的勵磁繞組接直流恒定勵磁電源；電樞繞組經(jīng)平波電抗器接晶閘管的輸出；電動機經(jīng) TL 端口接恒轉(zhuǎn)