【正文】 用于串級調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍很大．幾乎要求能從零開始調(diào)速或者生產(chǎn)機(jī)械對起(制)動的加(減)速度有一定要求的場合。 對于調(diào)速范圍較小的系統(tǒng)，若選用直接起動方式，是不經(jīng)濟(jì)的。另外，對于一個按實際調(diào)速范圍設(shè)計的調(diào)速范圍較小的串級調(diào)速系統(tǒng)，若采用直接起動，則在主回路中會造成較大的沖擊電流，且往往超過允許限度。因此，對于調(diào)速范圍較小且對起(制)動加(減)速度無特殊要求的串級調(diào)速系統(tǒng)，宜采用以下兩種起動方式。(2)并聯(lián)加起動設(shè)備的切換起動方式如上圖b示，電動機(jī)先用接觸器接入附加起動電阻器(或頻敏變阻器)起動加速(此時是斷開的)，當(dāng)加速到串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計的調(diào)速范圍最低速時，接通，這時逆變控制角應(yīng)為最小值，即對應(yīng)于最高逆變電壓。然后斷開，逐漸增大，電動機(jī)繼續(xù)加速，直到所需要的轉(zhuǎn)速．這種起動方式雖然增加了一套附加起動設(shè)備，但轉(zhuǎn)于回路主要設(shè)備的耐壓和容量只需按調(diào)運范圍的要求來選擇，從設(shè)備的總投資上來看是經(jīng)濟(jì)合理的。這種方式還有一優(yōu)點，即一旦串級調(diào)連裝置發(fā)生意外故障，異步電動機(jī)可以脫離串調(diào)狀態(tài)，而用附加起動設(shè)備正常起動到高速運行。(3)串聯(lián)起動電阻器起動方式如圖(c)所示，在起動過程中把限流的起動電阻逐漸短接，這種接線方式雖然逆變變壓器的二次側(cè)電壓只得按調(diào)速范圍的大小來選擇．但是轉(zhuǎn)子囚路主要設(shè)備元件選用的耐壓等級仍需按從零開始調(diào)速的條件來設(shè)計。起動時先將接通，當(dāng)電動機(jī)加速到串調(diào)裝置設(shè)計的調(diào)速范圍員低速時，斷開，串調(diào)裝置自動投入運行。 （c）得到改良圖 大部分采用串級調(diào)速的設(shè)備是不需要從零速到額定轉(zhuǎn)速作全范圍調(diào)速的，特別對于調(diào)速范圍不大的系統(tǒng)，串級調(diào)速裝置的容量可以選擇比電動機(jī)小得多。為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，需采用間接啟動方式，即將電動機(jī)轉(zhuǎn)子先接入電阻或頻敏變阻器啟動，待轉(zhuǎn)速升高到串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計最低轉(zhuǎn)速時，再把串級調(diào)速裝置投入運行。啟動操作順序為：先合上裝置電源總開關(guān)S，使逆變器在βmin下等待工作。然后依次接通接觸器K1，接入啟動電阻R，再接通K0，把電動機(jī)定子回路與電網(wǎng)接通，電動機(jī)便以轉(zhuǎn)子串電阻方式啟動，待啟動到所設(shè)計的最小轉(zhuǎn)速是接通K2，使電動機(jī)接到串級調(diào)速裝置，然后斷開K1，切斷啟動電阻，此后電動機(jī)就可以串級調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運行。不允許在未達(dá)到設(shè)計最低轉(zhuǎn)速以前吧電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路接到串級調(diào)速裝置，否則轉(zhuǎn)子電壓會超過整流器件的電壓定額而損壞器件，所以轉(zhuǎn)速檢測和啟動時間必須計算準(zhǔn)確。停車時，由于沒有制動作用，應(yīng)先接通K1然后斷開K2，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級調(diào)速莊子脫離，再斷開K0，以防止當(dāng)K0斷開是在轉(zhuǎn)子側(cè)感生斷閘高壓而損壞整流器與逆變器。 如果生產(chǎn)機(jī)械許可，也可以不用檢測最低轉(zhuǎn)速自動控制，而讓電動機(jī)在串電阻方式下啟動到最高速，切換到串級調(diào)速后，再按工藝要求調(diào)節(jié)到所需的轉(zhuǎn)速運行。根據(jù)以上分析，設(shè)計出整體系統(tǒng)電路圖。（見附圖）6系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真和調(diào)試在設(shè)計電路時,要對所設(shè)計的電路的性能進(jìn)行預(yù)計、判斷和校驗。過去常用數(shù)學(xué)和物理這兩種方法,它們對設(shè)計規(guī)模較小的一般電路是可行的。隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,電路品種日新月異,規(guī)模越來越大,同時對電路的可靠性、性價比也越來越高,原來的方法已完全不能適應(yīng)電路的要求?？刂葡到y(tǒng)的計算機(jī)法仿真是一門涉及到控制理論、計算機(jī)技術(shù)的綜合性新興學(xué)科。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計算機(jī)為工具，對系統(tǒng)進(jìn)行實驗研究的一種方法。系統(tǒng)仿真就是用模型代替實際系統(tǒng)進(jìn)行實驗和研究，而計算機(jī)仿真能夠為各種試驗提供方便、靈活可靠的數(shù)學(xué)模型。目前應(yīng)用的比較多的是MATLAB ,它包含了強(qiáng)大的仿真器和仿真庫。使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱，從元件庫中選取所需的元件,連接好原理圖,加上激勵源,然后單擊仿真按鈕即可自動開始,可以同時觀察復(fù)雜的模擬信號和數(shù)字信號波形,以及得到電路性能的全部波形。本畢業(yè)設(shè)計的仿真用的就是MATLAB軟件。 主電路的仿真設(shè)計主電路由三相對稱交流電壓源、二極管轉(zhuǎn)子整流器、晶閘管逆變器、電抗器、逆變變壓器、繞線式交流異步電動機(jī)、電動機(jī)信號分配器等部分組成，組成圖（見附錄3）.對三相對稱交流電壓源的設(shè)置，打開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置的主要參數(shù)有交流峰值電壓、相位和頻率。三相電源的相位互差120176。角。設(shè)置交流峰值電壓為220V，頻率為50Hz。在“PowerSystem”工具箱中有一個電動機(jī)模塊庫，他包含了直流電動機(jī)、異步電動機(jī)、同步電動機(jī)級其他各種電動機(jī)模塊。其中，模塊庫中有兩個異步電動機(jī)模型，一個是標(biāo)幺值單位制（PU unit）下的異步電動機(jī)模型，另一個是國際單位制（SI unit）下的異步電動機(jī)模型，本設(shè)計采用后者。描述異步電動機(jī)模塊性能的狀態(tài)方程包括電氣和機(jī)械兩個部分，電氣部分有5個狀態(tài)方程，機(jī)械部分有2個狀態(tài)方程。該模塊有4個輸入端子，4個輸出端子。模塊的前3個輸入端子（A、B、C）為電動機(jī)的定子電壓輸入，第四個輸入端一般接負(fù)載，為加到電動機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載，該端子可直接接SIMULINK信號。模塊的前3個輸出端子（a、b、c）為轉(zhuǎn)子電壓輸出，一般短接在一起，活連接其他附加電路，當(dāng)異步電動機(jī)為鼠籠式電動機(jī)時，電動機(jī)模塊將不顯示輸出端子（a，b，c）。第4個輸出端為m端子。異步電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置可以通過電動機(jī)模塊的參數(shù)對話框來輸入，有關(guān)的參數(shù)設(shè)置如下：繞線類型（Rotor type）列表框：分繞線式（Wound）和鼠籠式（Squirrelcage）兩種，此處選擇前者。參考坐標(biāo)系（Reference frame）列表框：有靜止坐標(biāo)系（Stationary）、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系（Rotor）和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（Synchronous），此處竄同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。額定參數(shù)：額定功率Pn（單位為Kw），線電壓Vn（單位為V），頻率f（單位為Hz）；定子電阻Rs（Stator）（單位為Ω）和漏感（Lls）（單位為H）；轉(zhuǎn)子電阻Rr（Rotor）（單位為Ω）和漏感（Lls）（單位為H）；互感（Mutual inductance）Lm（單位為H）；轉(zhuǎn)動慣量（Inertia）J（單位為Kg.㎡），極對數(shù)P。（見附錄2）所示。對串級調(diào)速系統(tǒng)中的元件模塊的參數(shù)設(shè)置完以后，將整個串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路圖全部選定然后右擊鼠標(biāo)，在出現(xiàn)的菜單欄中選擇并點擊Create Subsystem選項，從而對串級調(diào)速系統(tǒng)主電路圖進(jìn)行了封裝，得到主電路子系統(tǒng)Subsystem1。 主電路子系統(tǒng)圖 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置建立雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型，通過對主電路和控制電路的模塊設(shè)計以及每個模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，最終得到了雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖（見附錄3）. 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析仿真所選擇的算法為ode23tb；仿真“Start time”設(shè)置為0，“Stop time”設(shè)置為5。畫好雙閉環(huán)三相異步電機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖后，選擇好算法，并運行軟件，通過示波器來觀察輸出波形。當(dāng)發(fā)現(xiàn)波形與理論值相差太遠(yuǎn)時，要對模塊的參數(shù)重新設(shè)置，并不斷的調(diào)試，最終得到仿真圖。 仿真結(jié)果從仿真結(jié)果可以看出，在穩(wěn)態(tài)時，仿真系統(tǒng)的實際速度對給定速度的跟蹤性能不太理想；在過渡過程時，仿真系統(tǒng)實際速度對階躍信號的跟蹤有一定的偏差。7結(jié)論本次設(shè)計我主要包括串級調(diào)速主電路，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，觸發(fā)控制器，保護(hù)電路的選擇和相關(guān)參數(shù)的計算，最終設(shè)計出整體電路圖。設(shè)計中完成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，啟動、檢測與保護(hù)電路原理圖，調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)參數(shù)的計算系統(tǒng)主回路圖和完整的電氣系統(tǒng)原理圖。最后通過MATLAB的建模與仿真發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)時，仿真系統(tǒng)的實際速度對給定速度的跟蹤性能不太理想；在過渡過程時，仿真系統(tǒng)實際速度對階躍信號的跟蹤有一定的偏差。謝辭在畢業(yè)論文完成之際，四年的大學(xué)生涯也即將落下帷幕，短暫的大學(xué)生活將在我的腦海里留下永恒的記憶。在短短的兩個多月里，過去四年囫圇吞棗般地學(xué)習(xí)在此時有了更進(jìn)一步的消化和吸收。在這里，我特別向方瑋老師致以最誠摯的謝意。方老師廣闊的思路、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、孜孜不倦的教導(dǎo)讓我順利的走到現(xiàn)在，順利走向人生的下一個站口。此外，在整個過程中專業(yè)的很多同學(xué)提供了許多幫助和意見，在此表示衷心的感謝。 最后，感謝所有關(guān)心、支持、幫助我的人，衷心祝愿他們身體健康、生活快樂！ 參考文獻(xiàn)[1] .[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.[2] [R].上海：上海大學(xué)，1983.[3] [R].貴州：貴州鑫晟煤化有限公司，2008.[4] [M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1984.[5] [M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1991.[6] 鄭益飛．新型串級調(diào)速系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D]．安徽：安徽理工大學(xué)，2009．[7] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.[8] 陳伯時，[J].電工技術(shù)學(xué)報，2000（5）[9] [M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1991.[10] 馮垛生，[M].廣州：廣東高等教育出版社，1998.[11] 劉穎．現(xiàn)代串級調(diào)速系統(tǒng)不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速控制及穩(wěn)定性分析[D]．河北：華北電力大學(xué)，2009．[12] [M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.[13] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.[14] [M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1995.[15] [M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.[16] [M].西安：高等教育出版社，2003.[17] H Konrad . High frequency power amplifier [P].外國專利：DE10001827,2001719.[18] 王兆安、[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [19]基于 MATLAB ，上海 200093,張經(jīng)偉，鄒 軒，朱燕燕.[20]，秦　蕾[21]電力拖動交流調(diào)速系統(tǒng)（第二版），華中科技大學(xué)出版社，姜泓 趙洪恕主編。[22]電氣傳動自動控制系統(tǒng)，北京工業(yè)大學(xué)出版社，易繼鍇 江祥賢 侯媛彬 楊玉珍主編。附錄1 觸發(fā)電路圖附錄2 串級調(diào)速主電路MATLAB仿真模型附錄3 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真模型39