【正文】 6 7 3 5 8 4 .0 2 / = 1 0 .1 0 F?? ? ? () 27 12252 .3 1 2 2 ( )70 .8 73 5 8 4 .0 2R ??? ? ? () 變壓器二次側(cè)阻容裝置參數(shù)計(jì)算： 表 變壓器連接及阻容選擇 變壓器接法 單相 三相、二次Ｙ聯(lián)結(jié) 三相二次Ｄ聯(lián)結(jié) 阻容裝置接法 與變壓器 二次側(cè)并聯(lián) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) 電容 Ｃ Ｃ 1/3C 3C C 電阻 Ｒ Ｒ 3R 1/3R R 則根據(jù)上表得到 : 電容 =C/3= F 電阻 =3R= 護(hù)裝置只能把操作過電壓一直在允許的范圍內(nèi)，因此在采用阻容保護(hù)的同時(shí)，可以設(shè)置非線性電阻。 凡超過晶閘管正常工作時(shí)承受的最大峰值電壓 mU 的都算過電壓，其中一種為操作過電壓是由晶閘管裝置的拉閘合閘和器件關(guān)斷等電磁過程引起的過電壓，這些操作過程經(jīng)常發(fā)生是不可避免的，另一種過電壓是由于雷擊等原因?yàn)閺碾娋W(wǎng)侵入的偶然性浪涌電壓，它可能比操作過電壓更高，采取過電壓保護(hù)措施后，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生的操作過電壓限制在額定電壓 TNU 以下，而希望使偶然性的浪涌電壓限制在器件 26 的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓 dsmU 和 rsmU 以下。 （ 1） 使輸出電流連續(xù)所需的電感量 當(dāng)晶閘管的控制角 ? 較大 ,負(fù)載電流小到一定程度時(shí) ,會(huì)出現(xiàn)輸出電流不連續(xù)的現(xiàn)象 ,為保證電流連續(xù) ,電樞回 路中應(yīng)有的電感量 : 1 1 2 m i n/ = 0 . 6 9 3 1 2 2 / ( 5 % 1 2 ) = 1 4 0 . 9 1 m H dL K U I? ? ? () mindI :要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值為 nom5%I , 1K = （ 2） 平波電抗器電感的計(jì)算 25 ① DL :電動(dòng)機(jī)的電樞電感 DL =eeeD IPnUK2 1 0 3 = 6 2 2 0 / 2 2 1 5 0 0 1 7 . 2 1 0 3 = 1 2 . 8 m H ? ? ? ? ? ? () 式中 P :極對(duì)數(shù) (P=2 ) D K =8~12 （無補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)） D K =5~6 （有補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)） ② BL :變壓器二次測每相的漏電感 B2L % U / 1 0 0 ( 3 . 9 5 1 2 2 ) / ( 1 0 0 1 2 ) 1 . 9 8B K eK U I m H? ? ? ? ? ? ? ? () %KU :變壓器的短路比 ,對(duì)于 100KVA 以下的變壓器 : K U %=5% B K= ③ PL :平波電抗器的電感 p1L ( 2 ) 1 4 0 . 9 1 ( 1 7 . 8 0 + 2 1 . 9 8 ) = 1 1 9 . 1 5 m H DBL L L? ? ? ? ? () （ 7）閘管的保護(hù)裝置及其計(jì)算 晶閘管雖然具備多種優(yōu)點(diǎn)，但是它承受過電流和過電壓的能力較差。22 U V TP L M L TdNKUL K K L K LIs= () 式中： PK ：限制電流脈動(dòng)的電感系數(shù)（ ms），其值從 表 2 中查 , s ：允許的電流脈動(dòng)率，一般可取 10%左右。 39。39。 平波電抗器的電感 量計(jì)算如下： : 3mi n211 103 ??dTUVI UKdL ? rLML LKLK 39。其值可取 ~ 。設(shè)每個(gè)串聯(lián)橋臂上晶閘管的數(shù)目為 N ，則每個(gè)晶閘管反向重復(fù)電壓由下式確定： AAVTUTR R M NK UKU 2)3~2(? () 式中： UTK ：電壓計(jì)算系數(shù)，如上表 , AVK ：均 壓系數(shù)，其值可取 ~ 。見上表 dNI ：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值 （ 3）逆變變壓器一次側(cè)線電流： 1 dNT IL TIIKK= () 式中： 1TI ：逆變變壓器一次側(cè)線電流 ILK ：變壓器一次側(cè)線電流計(jì)算系數(shù)。 （ 1）逆變壓器二次側(cè)線電壓： 根據(jù)最低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則確定： m a x2 m inco sdT UVUU K b= () 式中： 2TU ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓 , maxdU ：轉(zhuǎn)子整流器最大輸出直流電壓 , UVK ： 整流電壓計(jì)算系數(shù)。其值可取 ~ 。 由上式可見，整流二極管所承受的最高電壓與最低電壓與系統(tǒng)的調(diào)速范圍 D有關(guān)，調(diào)速范圍越高，元件承受的電壓越高 ， 則： K R MU 1 . 5 1 . 3 5 1 0 4 5 ( 1 1 / 2 . 1 5 ) / ( 0 . 9 3 ) = 4 1 9 V? ? ? ? ? () b. 整流二極管電流的選擇 在大容量串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，需要將幾個(gè)整流二極管并聯(lián)使用。 DPP? 該電機(jī)定額為連續(xù)定額 1S ，基本防護(hù)等級(jí)為 23IP ，基本冷卻 方法 為 1ICO ，基本結(jié)構(gòu)和安裝方式為 3IBM 表 電機(jī)型號(hào) MDXMA10022 額定功率 額定電流 轉(zhuǎn)子電壓 /電流 1045V / 627A 最高 /低 轉(zhuǎn)速 1425/690r/min 效率 77% 功率因數(shù) 控制裝置型號(hào) JC4800A/800V 轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇 18 （ 1）最大轉(zhuǎn)差率 : Dn nnS 111 m i n1m a x ???? () 式中： 1n ：電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，近似等于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。對(duì)于在長期低速運(yùn)行的串級(jí)調(diào) 速系統(tǒng)，應(yīng)該取大一點(diǎn)。 （ 3）當(dāng) 030p? ? 時(shí)，整流電路中會(huì)出現(xiàn) 4 個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，形成共陽極組和共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后 p? 保持為 030 ，而 ? 角繼續(xù)增大，整流電路處于第三種工作狀態(tài)，這是一種非正常的故障狀態(tài)。 轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài) （ 1）第一種工作狀態(tài)的特征是 : 000 60??? , 0p?? () 此時(shí)，轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控整流工作狀態(tài)，可稱之為第一工作區(qū)。 當(dāng)電流 dI 增大到 ? 角大于 060 時(shí)，器件在自然換相點(diǎn)處未能結(jié)束換流，從而迫使本該在自然換相點(diǎn)換流的器件推遲換流，出現(xiàn)了 強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象 ，所延遲的角度稱作 強(qiáng)迫延時(shí)換相角 p? 。 由式 可知，換相重疊角隨著整流電流 dI 的增大而增加。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時(shí)，必有器件間的換相過程，這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢同時(shí)起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降，如圖 所示。 14 1．轉(zhuǎn)子整流電路：（如圖 ） 2. 電路分析： 假設(shè)條件： （ 1）整流器件具有理想的整流特性，管壓降及漏電流均可忽略； （ 2）轉(zhuǎn)子直流回路中平波電抗器的電感為無窮大，直流電 流波形平直； （ 3）忽略電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。如果把電動(dòng)機(jī)定子看成是整流變壓器的一次側(cè)，則轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次側(cè)，與帶整流變壓器的整流電路非常相似，因而可以引用電力電子技術(shù)中分析整流電路的一些結(jié)論來研究串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路。 這樣，串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性便如圖 所示。 當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上（ 090?? ）帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)矩 串級(jí)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級(jí)調(diào)速裝置（包括兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等），實(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。當(dāng)改變逆變角 ? 時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)差率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。 在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速也是恒定的，但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。因此，可以從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。待發(fā)出給定信號(hào)后，隨著夕的增大，逆變電壓降低 ,產(chǎn)生直流電流，電動(dòng)機(jī)才逐漸加速，直至達(dá)到給定轉(zhuǎn)速。在圖 中，接觸器的工作順序?yàn)镾 — 0K — 2K ，此時(shí)不需要起動(dòng)電阻。 (2) 直接起動(dòng) 11 直接起動(dòng)又稱串級(jí)調(diào)速方式起動(dòng)，用于可在全范圍調(diào)速的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。這種起動(dòng)方式可以保證整流器與逆變器不致受到超過定額的電壓，工作安全。停車時(shí)，由于沒有制動(dòng)作用，應(yīng)先斷開 2K ，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級(jí)調(diào)速裝置脫離，再斷開 0K ，以防止當(dāng) 0K 斷開時(shí)在轉(zhuǎn)子側(cè)感生斷閘高電壓而損壞整流器與逆變器。待起 動(dòng)到所設(shè)計(jì)的min max()ns 時(shí)接通 2K ，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級(jí)調(diào)速裝置，同時(shí)斷開 1K ，切斷起動(dòng)電阻，此后電動(dòng)機(jī)就可以串級(jí)調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。起動(dòng)操作順序如下：先合上裝置電源總開關(guān) S ，使逆變器在 min? 下等待工作。從串電阻起動(dòng)換接到串級(jí)調(diào)速可以利用對(duì)電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測或利用時(shí)間原則自動(dòng)控制。為了使串級(jí)調(diào)速裝置不受過電壓損壞，須采用間接起動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子先接入電阻或頻敏變阻器起動(dòng)，待轉(zhuǎn)速升高到串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最低轉(zhuǎn)速時(shí)，才把串級(jí)調(diào)速裝置投人運(yùn)行。 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)方式通常有間接起動(dòng)和直接起動(dòng)兩種。 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)方式 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是依靠逆變器提供附加電動(dòng)勢而工作的，為了使系統(tǒng)工作正常，對(duì)系統(tǒng)的起動(dòng)與停車控制必須有合理的措施予以保證。如果用模 擬控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，則當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速或電流改變時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能就要變壞。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以先在確定的轉(zhuǎn)速 n 和負(fù)載電流 dI 的前提下，求出各傳遞函數(shù)中的參數(shù)。在采用工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，可以像直流調(diào)速系統(tǒng)那樣，電流環(huán)按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 Ⅱ 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 (3) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 把圖 中的異步電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)子直流回路都畫成傳遞函數(shù)框圖，再考慮給定濾波環(huán)節(jié)和反饋濾波環(huán)節(jié)就可直接畫出雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示。需要指出，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子直流回路傳遞函數(shù)中的時(shí)間常數(shù) LsT 和放大系數(shù) LrK 都是轉(zhuǎn)速 n 的函數(shù)，它們是非定常數(shù) 。在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路中，不少物理量都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，所以要單獨(dú)處理。所不同的是它的控制作用都是通過異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路實(shí)現(xiàn)的。為了防止逆變器逆變顛覆，在電流調(diào)節(jié)器 ACR 輸出電壓為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖輸出相位角為 min??? 。 雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成 圖 2 . 1 雙 閉 環(huán) 控 制 的 串 級(jí) 調(diào) 速 系 統(tǒng) 圖 。為了提高靜態(tài)調(diào)速精度，并獲得較好的動(dòng)態(tài)特性，須采用閉環(huán)控制，通常采用具有電流反饋與轉(zhuǎn)速反饋 的雙閉環(huán)控制方式。采用這種調(diào)速方案可以用比變頻調(diào)速低得多的成本獲得非常好的節(jié)電效果。因此只適合工藝上要求高性能調(diào)速的場合，如軋鋼等，不適合以節(jié)電為主要目的調(diào)速運(yùn) 行。 與變頻調(diào)速方式的比較及應(yīng)用 變頻調(diào)速是交流電機(jī)調(diào)速中最優(yōu)越的調(diào)速方式，調(diào)速性能好，具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，適合各種類型交流電動(dòng)機(jī)。 (2)逆變裝置將直流逆變成交流時(shí)，將附帶產(chǎn)生較多諧波分量，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。另外，由于整流逆變電路只需要對(duì)轉(zhuǎn)差功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此其容量要求低，可以明顯節(jié)省調(diào)速電路成本。(3)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性好，因?yàn)榇?jí) 調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性的直線部分的硬度較大 (如圖 2)， 3 甚至較固有機(jī)械特性大。對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)類負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小，能夠用較小容量的整流器、逆變裝置獲得較大的調(diào)速范圍。因此，這種雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的參 數(shù)計(jì)算，調(diào)試比較困難，在設(shè)計(jì)中往往采用近似法，式湊法，反復(fù)調(diào)試才能得到較好的結(jié)果。但是，交流電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系遠(yuǎn)比直流電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系復(fù)雜。串級(jí)調(diào)速的控制方法多采用電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán) PI 控制。 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： 2 psfn /)1(60 1 ??