【導(dǎo)讀】國(guó)交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展中，它是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一種系統(tǒng)。勢(shì)，以改變轉(zhuǎn)差功率，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。串級(jí)調(diào)速完全克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。的缺點(diǎn)，它具有高效率、無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、較硬的低速機(jī)械特性等優(yōu)點(diǎn)。器的選擇，直接啟動(dòng)方式。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，

　　

【正文】 1 11 0 98 7 654321K J 0 0 4 圖 KJ041 的管腳排列 這種集成觸發(fā)電路主要用于單相、三相全控橋變流裝置，用作雙路 (相位差180 度 )脈沖移相觸發(fā)，具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好且范圍寬、對(duì)同步電壓要求低等特點(diǎn)。 （ 2） KJ004 芯片 KJ004 芯片，又叫做晶閘管移相觸發(fā)集成電路。它是雙列式直插式集成電路，由于它可以輸出兩路相位互差 180176。的移相脈沖，正負(fù)半周脈沖相位比較均衡，并且輸出負(fù)載能力大，移相性能好，而且它對(duì)同步電壓要求低，目前廣泛應(yīng)用于單相、三相全控橋式晶閘管的雙脈 沖觸發(fā)。 它的管腳圖如下，為 16 腳芯片。 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 11 0 98 7 654321K J 0 0 4 圖 KJ004 的管腳排列 同步變壓器的設(shè)計(jì) 同步變壓器，為觸發(fā)脈沖信號(hào)提供電壓幅值 Us。在 KJ004 芯片中，表中列出引腳 8 的作用為 同步電源信號(hào)輸入端，使用時(shí)要接同步變壓器的二次側(cè)， KJ004芯片所接的電壓要求為 30V，所以我們可求得同步變壓器匝數(shù)比 K 的計(jì)算公式如下： ??UUK （ ） 同步變壓器的電路圖如下所示： 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 同步變壓器電路圖 控制及偏移電源 電路如圖 所示： 圖 偏移控制電源電路圖 控制電源，包括給定電壓，負(fù)偏移電壓。而給定電壓和負(fù)偏移電壓可以由 給定電源來(lái)產(chǎn)生。上面電路圖 中的 +Uco 就是給定電壓，由固態(tài)三端穩(wěn)壓器 7815產(chǎn)生。而 —Up 就被稱(chēng)作負(fù)偏移電壓，由固態(tài)三端穩(wěn)壓器 7915 產(chǎn)生。 BR1 和 BR2橋式電路起整流的作用。 C5 為整流前濾波， C7 為整流后濾波。這個(gè)電路成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。 三相橋式逆變電路的觸發(fā)電路 觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)附錄 1）。 該電路模塊輸出的為 6 路雙脈沖，雙脈沖電路比較復(fù)雜，但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。寬脈沖觸發(fā)電路雖可以少輸出一半脈沖，但為了不使脈沖變壓器飽和，需將鐵心體積做得較大，繞組匝數(shù)較多，導(dǎo)致雙閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 漏感增大，脈沖前沿不夠 陡，對(duì)于晶閘管串聯(lián)適用不利。雖可用去磁繞組改善這種情況，但又使觸發(fā)電路復(fù)雜化。因此，常用的是雙脈沖觸發(fā)。 電動(dòng)機(jī)的保護(hù) 短路保護(hù) 電動(dòng)機(jī)短路時(shí)，短路電流很大，熱繼電器還來(lái)不及動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)可能已損壞。因此，短路保護(hù)由熔斷器來(lái)完成。熔斷器直接受熱而熔斷。在發(fā)生短路故障時(shí)，熔斷器在很短時(shí)間內(nèi)就熔斷，起到短路保護(hù)作用。由于存在熱慣性，當(dāng)發(fā)生短路事故時(shí)，熱繼電器不能立即斷開(kāi)，因此它不能用作短路保護(hù)。正是由于熱繼電器的熱慣性，才使得它在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或短時(shí)過(guò)載時(shí)不會(huì)動(dòng)作，從而避免了電動(dòng)機(jī)的不必要的停車(chē)。 一般選用熔斷器保護(hù)時(shí)，其熔絲的熔斷電流按電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍選擇，這里是繞線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)，因此在這的電流熔斷倍數(shù)選 2，計(jì)算熔斷電流為： AAII Nr 33616822 ???? 。選擇額定電流為 355A、額定電壓為 的熔斷器，其型號(hào) 過(guò)載保護(hù) 過(guò)載是指電動(dòng)機(jī)在大于其額定電流的情況下運(yùn)行，但過(guò)載電流超過(guò)額定電流的倍數(shù)要小些。通常在額定電流的 倍以?xún)?nèi)。引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載的原因很多，如負(fù)載的突然增加，缺相運(yùn)行以及電 網(wǎng)電壓降低等。若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行，其繞組的溫升將超過(guò)允許值而使絕緣材料變脆、老化、壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)損壞。 過(guò)載保護(hù)裝置要求具有反時(shí)限特性，且不會(huì)受電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作，所以通常用熱繼電器作過(guò)載保護(hù)。當(dāng)有 6 倍以上額定電流通過(guò)熱繼電器時(shí)，需經(jīng) 5 秒后才動(dòng)作，這樣在熱繼電器未動(dòng)作前，可能使熱繼電器的發(fā)熱元件先燒壞，所以在使用熱繼電器作過(guò)載保護(hù)時(shí)，還必須裝有熔斷器或抵壓斷路器的短路保護(hù)裝置。由于過(guò)載保護(hù)特性與過(guò)電流保護(hù)不同，故不能用過(guò)電流保護(hù)方法來(lái)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。這里我們選用一 個(gè)熱繼電器進(jìn)行保護(hù)，其額定電流為 AII NP ?? ，選擇型號(hào)為 TKN12SC 的熱繼電器。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 瞬時(shí)停電保護(hù) 當(dāng)發(fā)生電壓瞬時(shí)增大幅度降低時(shí)，串級(jí)調(diào)速裝置不能正常運(yùn)行，其原因是 ： （ 1） 晶閘管逆變側(cè)失電，元件換流失敗； （ 2） 因失電導(dǎo)致繼電器和接觸器等釋放，一次側(cè)回路的斷路器跳閘； （ 3） 電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生過(guò)電壓。 為了防止串級(jí)調(diào)速裝置發(fā)生故障，需要采取瞬時(shí)停電保護(hù)，主要措施有： （ 1） 在電壓瞬時(shí)降低時(shí)，借助電壓降低檢測(cè)電路，使逆變角減至 最小，并 設(shè)法強(qiáng)迫關(guān)斷逆變器中晶閘管。電流過(guò)零后，封鎖觸發(fā)脈沖。 （ 2） 用電容器維持控制電源，使控制單元延時(shí)失電，防止繼電器、接觸器釋放； （ 3） 電壓恢復(fù)時(shí)，用過(guò)壓吸收回路吸收電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生的過(guò)電壓。 雙閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 4 本系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理 圖 是雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)圖，該串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是具有電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的雙閉環(huán)控制的系統(tǒng)。途中速度調(diào)節(jié)器 ASR、電流調(diào)節(jié)器 ACR 均采用PI 調(diào)節(jié)器。電流反饋信號(hào) fiU 從電流互感器 TA 取出，速度反饋信號(hào) fnU 取自測(cè)速發(fā)電機(jī) TG。為防止逆變器逆變顛覆，當(dāng)電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓 KU 為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖初始相位角，使 030min ???? 。隨著電流調(diào)節(jié)器的輸出增加， ? 角向090 方向變化。速度調(diào)節(jié)器用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流調(diào)節(jié)器用以控制直流回路電流，由于他們只控制一個(gè)物理量，所以被控制的參數(shù)很容易調(diào)整。這兩個(gè)調(diào)節(jié)器互相聯(lián)系，互相制約，使系統(tǒng)對(duì)于給定的電流、速度都是無(wú)靜差的。利用電流負(fù)反饋與速度調(diào)節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)在升速過(guò)程中實(shí)現(xiàn)恒流升速，具有較好的加速特性。在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，電流環(huán)及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)子電流，以保持所需要的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩變化是，速度環(huán)還有良好的抗 干擾穩(wěn)速性能。由于此同步晶閘管串級(jí)調(diào)速不能產(chǎn)生電氣制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故減速過(guò)程只能靠負(fù)載轉(zhuǎn)矩自由降速，與晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)相似。 M3 ~T G~R P ~ U R U I T 1 T A B C G T P L D C i R 1 39。 R i R 0 / 2 R 0 / 2 C 0 i R 0 / 2 R 0 / 2 C 0 i U f i R 0 / 2 R 0 / 2 R 0 / 2 R 0 / 2 C 0 n U f n R n 39。 R n C n A S R U i* 圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 A S R A C R11?sTo n11?sTo i1?sTkss1/1?sTRlsTRmeC11?sTo n?1?sTo i?Un( s )+_Uf nUi( s )+_Uf iUc( s )Ud 0( s )+_E ( s )+_Id l( s )Id 圖 雙閉環(huán)控制的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)計(jì)算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖如圖 所示，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，取速度給定電壓 VUn 10?? 。 速度反饋系數(shù)： ? ? 1m i nm a x m i n/ 10 ??????? rVnn UK gnfn （ ） 取電流給定電壓 ： VUi 10? 電流反饋系數(shù)： AVIUKdmifi /* ??? （ ） 取電流調(diào)節(jié)器輸出電壓最大值： VUKm 5? 晶閘管放大倍數(shù)： 30c os424c os 0m i n2 ????? KmnTV UUK ? （ ） 晶閘管逆變器的滯后時(shí)間常數(shù)： mssTV 0 1 ?? 低速時(shí)靜差率要求的速度降： m i n/ in rnSn n ?????? （ ） 由于采用了抑制零點(diǎn)漂移的 PI 調(diào)節(jié)器，故穩(wěn)態(tài)時(shí)的速度降必須滿(mǎn)足 nIKK iK dnfnnf ??39。 ，則： 39。 ??????? nK IKnK fn dnfi （ ） 因?yàn)? 039。RKR nn? （ ） 雙閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 取 ?? KR 100 ???? KR n 1 2 3 0101 2 339。 若取 12539。 ?nK ?? KRn 125039。 電流環(huán)： 12539。39。 ?? ni KK ?? KRi 125039。 m i n/ 39。 rKK IKn fnn dnfi ?????? （ ） 靜差率： 456 in ????? n nS nn 由前述分析可知， LnLn TK與 均為轉(zhuǎn)差率 S 的函數(shù)，故電流環(huán)為非定常系數(shù)，但當(dāng) maxSS? 時(shí)的 LnLn TK與 值可按定常系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)具有良好的性能。 雙閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 由 ?R 公式中，將 maxSS? 帶入可以推得 39。12m a x1??????????? ??TdTMLnXmrrrSXmrK?? （ ） ? ? msKIT LnLn )(210 ??????? ? （ ） 由于電流環(huán)超調(diào)量小，故電流環(huán)按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。?。? FCi ?10? 則： msCRT ii 000 ??? （ ） msTTT Vii ?????? （ ） 令： msTLni ??? ?????? ?? ifiVi TKK LK （ ） ??? KRKR ii （ ） FRCiii ?? ?? （ ） FRTC oioi ? 0 ?? （ ） 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 ACR 調(diào)節(jié)器 圖 圖 ASR 調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 由于系統(tǒng)要求抗擾性能及跟隨性好，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 Ⅱ 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且取5?h 。 取 msTT in 102 00 ?? ， FRTCoon ?24on ?? （ ） msTTT ion ??? ?? （ ） mshT in 67?? ?? （ ） 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率： 11 4512 12 1 ??????? shhc ??? （ ） 又因?yàn)? 111921 ??? sTi ， 116821 ?? ? sT i 滿(mǎn)足iic TT ??? 2121 及?的條件，故電流環(huán)可等效為慣性環(huán)節(jié)，則