【導(dǎo)讀】國交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展中，它是結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一種系統(tǒng)。勢，以改變轉(zhuǎn)差功率，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。串級調(diào)速完全克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。的缺點，它具有高效率、無級平滑調(diào)速、較硬的低速機械特性等優(yōu)點。器的選擇，直接啟動方式。首先根據(jù)設(shè)計要求確定調(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)，具有輸出負載能力大、移相性能好且范圍寬、對同步電壓要求低等特點。 （ 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，正負半周脈沖相位比較均衡，并且輸出負載能力大，移相性能好，而且它對同步電壓要求低，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 同步變壓器，為觸發(fā)脈沖信號提供電壓幅值 Us。在 KJ004 芯片中，表中列出引腳 8 的作用為 同步電源信號輸入端，使用時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（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，負偏移電壓。而給定電壓和負偏移電壓可以由 給定電源來產(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 就被稱作負偏移電壓，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。這個電路成對稱結(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)控制的異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 21 漏感增大，脈沖前沿不夠 陡，對于晶閘管串聯(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)。 電動機的保護 短路保護 電動機短路時，短路電流很大，熱繼電器還來不及動作，電動機可能已損壞。因此，短路保護由熔斷器來完成。熔斷器直接受熱而熔斷。在發(fā)生短路故障時，熔斷器在很短時間內(nèi)就熔斷，起到短路保護作用。由于存在熱慣性，當發(fā)生短路事故時，熱繼電器不能立即斷開，因此它不能用作短路保護。正是由于熱繼電器的熱慣性，才使得它在電動機起動或短時過載時不會動作，從而避免了電動機的不必要的停車。 一般選用熔斷器保護時，其熔絲的熔斷電流按電動機額定電流的 ～ 倍選擇，這里是繞線異步電動機，因此在這的電流熔斷倍數(shù)選 2，計算熔斷電流為： AAII Nr 33616822 ???? 。選擇額定電流為 355A、額定電壓為 的熔斷器，其型號 過載保護 過載是指電動機在大于其額定電流的情況下運行，但過載電流超過額定電流的倍數(shù)要小些。通常在額定電流的 倍以內(nèi)。引起電動機過載的原因很多，如負載的突然增加，缺相運行以及電 網(wǎng)電壓降低等。若電動機長期過載運行，其繞組的溫升將超過允許值而使絕緣材料變脆、老化、壽命縮短，嚴重時會使電動機損壞。 過載保護裝置要求具有反時限特性，且不會受電動機短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，所以通常用熱繼電器作過載保護。當有 6 倍以上額定電流通過熱繼電器時，需經(jīng) 5 秒后才動作，這樣在熱繼電器未動作前，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載保護時，還必須裝有熔斷器或抵壓斷路器的短路保護裝置。由于過載保護特性與過電流保護不同，故不能用過電流保護方法來進行過載保護。這里我們選用一 個熱繼電器進行保護，其額定電流為 AII NP ?? ，選擇型號為 TKN12SC 的熱繼電器。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 瞬時停電保護 當發(fā)生電壓瞬時增大幅度降低時，串級調(diào)速裝置不能正常運行，其原因是 ： （ 1） 晶閘管逆變側(cè)失電，元件換流失??； （ 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，電動機轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生過電壓。 為了防止串級調(diào)速裝置發(fā)生故障，需要采取瞬時停電保護，主要措施有： （ 1） 在電壓瞬時降低時，借助電壓降低檢測電路，使逆變角減至 最小，并 設(shè)法強迫關(guān)斷逆變器中晶閘管。電流過零后，封鎖觸發(fā)脈沖。 （ 2） 用電容器維持控制電源，使控制單元延時失電，防止繼電器、接觸器釋放； （ 3） 電壓恢復(fù)時，用過壓吸收回路吸收電動機轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生的過電壓。 雙閉環(huán)控制的異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 23 4 本系統(tǒng)控制回路的設(shè)計 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理 圖 是雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)圖，該串級調(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 fiU 從電流互感器 TA 取出，速度反饋信號 fnU 取自測速發(fā)電機 TG。為防止逆變器逆變顛覆，當電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓 KU 為零時，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)器用來控制電動機的轉(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物理量，所以被控制的參數(shù)很容易調(diào)整。這兩個調(diào)節(jié)器互相聯(lián)系，互相制約，使系統(tǒng)對于給定的電流、速度都是無靜差的。利用電流負反饋與速度調(diào)節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)在升速過程中實現(xiàn)恒流升速，具有較好的加速特性。在電網(wǎng)電壓波動時，電流環(huán)及時調(diào)整轉(zhuǎn)子電流，以保持所需要的電磁轉(zhuǎn)矩。當電磁轉(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調(diào)速不能產(chǎn)生電氣制動轉(zhuǎn)矩，故減速過程只能靠負載轉(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（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)控制的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)計算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖如圖 所示，動態(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間常數(shù)： mssTV 0 1 ?? 低速時靜差率要求的速度降： m i n/ in rnSn n ?????? （ ） 由于采用了抑制零點漂移的 PI 調(diào)節(jié)器，故穩(wěn)態(tài)時的速度降必須滿足 nIKK iK dnfnnf ??39。 ，則： 39。 ??????? nK IKnK fn dnfi （ ） 因為 039。RKR nn? （ ） 雙閉環(huán)控制的異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 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 maxSS? 時的 LnLn TK與 值可按定常系統(tǒng)設(shè)計，保證系統(tǒng)具有良好的性能。 雙閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)計算 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 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。取： 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（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，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 ??? （ ） 又因為 111921 ??? sTi ， 116821 ?? ? sT i 滿足iic TT ??? 2121 及?的條件，故電流環(huán)可等效為慣性環(huán)節(jié)，則