【正文】 圖 2— 2 斬波串調(diào)主電路波形 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 為了提高靜態(tài)調(diào)速精度及獲得較好的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)采用具有電流負(fù)反饋與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的雙閉環(huán)控制方式。雙閉環(huán)系統(tǒng)是一種具有電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，較單閉環(huán)系統(tǒng)有著更為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特 性。下面將著重介紹雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理。 轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)： 圖 2— 3 為具有雙閉環(huán)控制的繞線異步電動(dòng)機(jī)斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。該調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子斬波閉環(huán)控制。圖中轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自于增量式光電編碼器，電流反饋信號(hào) Ui 取自直流主回路中設(shè)置的霍爾電流傳感器。 ASR, ACR 分別為速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，均為 PI 調(diào)節(jié)器，由數(shù)字信號(hào)處理信號(hào)（ DSP)產(chǎn)生。由于受斬波器開關(guān)作用的影響，整流 器輸出電流 Id 是脈動(dòng)的，會(huì)引起轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，為抑制轉(zhuǎn)子電流的斬波脈動(dòng)率，在直流主回路中串接一個(gè)平波電抗器。 PWM 為脈寬調(diào)制器，Un 斷開 UiIdIc hUzT?ttttt ( a )( b )( c )( d )( e ) 23 用于產(chǎn)生斬波器的脈沖信號(hào)。 圖 2— 3 有轉(zhuǎn)子斬波器的異步電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)調(diào)速中的特點(diǎn)是 :在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很快的加大到允許過(guò)載能力值 Idm ，并且保持不變，在這個(gè)條件下，轉(zhuǎn)速 n得到線性增長(zhǎng)，當(dāng)升到需要的大小時(shí)，電機(jī)的電流急劇下降到克服負(fù)載所需的電流值 Ifz 。這就要求在起動(dòng)過(guò)程中，把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)量，使之維持為電機(jī)允許的最大值 Idm ，并保持不變。因此需要有一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。來(lái)自速度給定電位器的信號(hào)與速度反饋信號(hào)比較后，偏差信號(hào)送到速度調(diào)節(jié)器的輸入端，速度調(diào)節(jié)器的輸出端再送到電流調(diào)節(jié)器的輸入端。電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓再作為導(dǎo)通比為 a的控制電壓加至 PWM 后與 PWM 內(nèi)的載波比較以產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈沖波。該脈沖波經(jīng)隔離去改變斬波器的占空比 ? ，可以調(diào)整轉(zhuǎn)子電流，從而改變電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均采用 PI 調(diào)節(jié)器。由于用了這兩個(gè)調(diào)節(jié)器，一方面便于調(diào)整，另一方面使系統(tǒng)更容易完成對(duì)轉(zhuǎn)速與電流的調(diào)節(jié)作用。兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間是串級(jí)連接的關(guān)系。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)是內(nèi)環(huán) 。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是外環(huán)。 斬波串調(diào)系統(tǒng)的建模 繞線式異步電動(dòng)機(jī)斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主電路主要由晶閘管三相全控橋式有源逆變器、三相橋式二極管轉(zhuǎn)子整流器、繞線式異步電動(dòng)機(jī)、逆變變壓器、濾波電抗器、斬波器件 IGBT、二極管和電容等組成。 主電路的建模 M C L 2 L 1TND I G C T隔離電路T M S 320 LF 2407 AACRA S RUiUiUgUpU c tP W M 控制逆變控制電路霍爾電流傳感器增量式光電編碼器 24 根據(jù)三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主電路組成框圖，利用Simulink 和 Power System 工具箱，在同步電源與六脈沖觸發(fā)器模型封裝后，將六脈沖觸發(fā)器輸出的脈沖放大，與其它模塊連接即可建立主電路，與實(shí)際電路不同的是，這里的電流反饋信號(hào)直接引用了晶閘管有源逆變器輸出的電流，轉(zhuǎn)速反饋直接采用電機(jī)輸出信號(hào)測(cè)量分路器中的電機(jī)轉(zhuǎn)速 m? (rad/s)。（ 6 脈沖觸發(fā)電路仿真如下圖） 圖 2— 4 6 脈沖觸發(fā)電路仿真模 型 系統(tǒng)的建模 利用 Simulink 和 Power system 工具箱，然后按系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)關(guān)系連接起來(lái)，即得到繞線式異步電動(dòng)機(jī)斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型（主電路仿真模型見錄）。如圖 2— 5所示。 圖 10— 5 斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 圖 2— 5 25 斬波串調(diào)系統(tǒng)的仿真 系統(tǒng)的仿真參數(shù) 電機(jī)參數(shù) :額定功率 np =280KW，線電壓 nu =220V，頻率 f =50HZ，定子電阻SR = ? 和漏感 ISL =2mh，轉(zhuǎn)子電阻 /rR = ? 。和漏感 /IrL =2mH，互感mL = mH，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J = 2Kg m? ，極對(duì)數(shù) P =2，三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。 設(shè)置仿真的終止時(shí)間為 l Os，仿真算法選擇 ode23tb, ode23tb 屬于 TRBDF2算法，適合與求解剛性問(wèn)題，對(duì)于求解允許誤差比較寬的問(wèn)題結(jié)果好。相對(duì)允許誤差為 210? ,絕對(duì)允許誤差為 auto，變步長(zhǎng) 。仿真菜單 選正常仿真。 按照斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)先單元、后系統(tǒng) 。先開環(huán)、后閉環(huán) 。先內(nèi)環(huán)、后外環(huán) 。先調(diào)穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的調(diào)試原則進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。優(yōu)化后的主要環(huán)節(jié)參數(shù)如下 : 交流電源 :工頻、相電壓有效值 127V。脈沖觸發(fā)器開關(guān)信號(hào)為 ” 0” ，即開放觸發(fā)器 。晶閘管逆變橋參數(shù) :通態(tài)內(nèi)阻 ? ，通態(tài)電感 0，冷態(tài)電阻 10? ，冷態(tài)電感 6e? F。二極管整流橋參數(shù) :通態(tài)內(nèi)阻 ? ，通態(tài)電感 0，管壓降 ，冷態(tài)電阻 10? ，冷態(tài)電感 6e? F。負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 為 30N178。 m，脈沖放大器系數(shù)取100。速度給定選階躍給定。其仿真結(jié)果如圖 2— 6。 該仿真結(jié)果是采用“ outl”模塊觀察的仿真輸出結(jié)果，該輸出模塊會(huì)將數(shù)據(jù)返回到 MATZAB 命令窗口中，并自動(dòng)用一個(gè)名為“ yout”的變量保存起來(lái)。 MATLAB也會(huì)自動(dòng)將每個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)存入 MATLAB 命令中，用“ tout”這個(gè)變量保存起來(lái)。將控制系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)與時(shí)間數(shù)據(jù)都返回到 MATLAB 命令窗口之后，可以用繪圖命令 plot(tout, yout)在命令窗口里繪制出圖形，并能對(duì)圖形進(jìn)編輯。 圖 2— 6 仿真結(jié)果 26 仿真結(jié)果分析 從系統(tǒng)仿真結(jié)果可以看出 : (1)對(duì)階躍輸入信號(hào)，由圖 2— 6 可見 :穩(wěn)態(tài)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給定轉(zhuǎn)速的良好跟隨，且穩(wěn)態(tài)無(wú)差 。而在動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程中，仿真系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)階躍給定信號(hào)的跟蹤有一定的偏差。 (2)調(diào)速范圍寬，由圖 2— 6 可見，轉(zhuǎn)速 可從 500r/min 至 780r/min(由于轉(zhuǎn)子整流器、逆變變壓器等裝置的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速 )之間連續(xù)可調(diào)。 結(jié)論 通過(guò)繞線式異步電動(dòng)機(jī)斬波串調(diào)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)和分析可得出以下結(jié)論 : (1)以系統(tǒng)的電氣原理圖為基礎(chǔ)，無(wú)需推導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，直接調(diào)用Simulink 和 Power System 工具箱中的元件模塊就可進(jìn)行系統(tǒng)的建模與仿真，這種面向系統(tǒng)電氣原理圖的仿真方法簡(jiǎn)單、直觀且建模周期短。 (2)面向系統(tǒng)電氣原理圖仿真方法是正確、可行的。 (3)用面向系統(tǒng)電氣原理圖的仿真方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真 分析，可以很方便地對(duì)各種工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證、節(jié)約大量人力物力，從而實(shí)現(xiàn)高效、成功的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析。 (4)斬波串調(diào)系統(tǒng)的仿真模型是正確的，可以作為后續(xù)斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)，加以開發(fā)和利用。 小結(jié) 27 經(jīng)過(guò)兩周的努力，這次的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)終于完成了。這是我和同學(xué)們共同努力的結(jié)果，它增進(jìn)了我們的團(tuán)結(jié)互助的意識(shí)，這也是我們參加工作后所必需的。 在這次電氣傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，首先我通過(guò)認(rèn)真的準(zhǔn)備，對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)有了更深的了解，對(duì)以前沒有弄清楚的問(wèn)題在這次設(shè)計(jì)中通過(guò)親自 動(dòng)手查證，論證，都一一解決了。特別是對(duì)這門課程中比較重要的知識(shí)，同時(shí)通過(guò)此次設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了掌握這門技術(shù)的興趣和決心。在此要感謝我們的指導(dǎo)老師胡老師和陳老師的悉心指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我和同學(xué)通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，并向老師請(qǐng)教等方式來(lái)完成我們的設(shè)計(jì)。 不久我們將走上工作崗位，希望能夠綜合應(yīng)有所學(xué)理論知識(shí)去分析解決實(shí)際工程問(wèn)題，將設(shè)計(jì)應(yīng)有于實(shí)踐，展現(xiàn)出大學(xué)生應(yīng)該具有的技術(shù)理論知識(shí)水準(zhǔn)。