【正文】 的過(guò)程中，希望各位能夠提出寶貴的意見(jiàn)，作進(jìn)一步的改進(jìn)。采用串級(jí)調(diào)速后，按電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩值降低為原來(lái)的 %計(jì)算 [1]，本電動(dòng)機(jī)仍近似具有2倍（ ?? ）的轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力，能夠滿(mǎn)足工藝 所提出的要求。圖 21所示的是本系統(tǒng)所采用方案的示意框圖。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。其中主電路包括整流、逆變、逆變變壓器和元器件的保護(hù)等；控制電路包括調(diào)節(jié)器、觸發(fā)電路、保護(hù)電路等。根據(jù)轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓和調(diào)速范圍的要求，本系統(tǒng)之逆變變壓器的副邊線(xiàn)電壓應(yīng)為 727伏（詳見(jiàn)第三章的計(jì)算）。因此，選用兩臺(tái)副邊額定線(xiàn)電壓為 400 伏的普通電力變壓器。 （３）系統(tǒng)在調(diào)速范圍不大的情況下運(yùn)行時(shí)，可以只投入其中一組逆變器，把另一組逆變器切除，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)。 （４）通過(guò)將兩逆變器的不同脈沖移相方式進(jìn)行組合，可以改善串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的功率因素，減少電網(wǎng)電壓波形的畸變，提高運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性等。主電路原理圖見(jiàn)附錄 1。因此，一般需要配置逆變變壓器。 逆變變壓器原副邊的接線(xiàn)方式 如果逆變變壓器二次側(cè)繞組接成星形 [1]，并將其中點(diǎn)與電網(wǎng)的中點(diǎn)相連，則當(dāng)一次側(cè)加入正弦波電壓時(shí)，將由于變壓器磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性，而使各相激磁電流也為非正弦，其中包含三次諧波分量，該三次諧波電流可以通過(guò)中線(xiàn)流回。不含三次諧波的激磁電流將產(chǎn)生具有平頂波形的磁通，該磁通在變壓器的繞組中產(chǎn)生具有尖頂波形的電壓，從而使電壓為非正弦的。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，逆變變壓器的一次繞組一般應(yīng)接成三角形，以使激磁電流的三次諧波在三角形中以環(huán)流形式存在，從而使二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)是正弦的。這樣，在三角形繞組中便有三次諧波電流，從而使每相繞組中的電壓是正弦的 。 逆變變壓器二次電壓的計(jì)算 逆變變壓器的二次電壓，可以根據(jù)使最低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子最大整流電勢(shì)與逆變器最大逆變電勢(shì)相等的原則來(lái)確定。 將式 32代入 31，得 DEDdE a x ???????? ?? （ 33） 三相橋式逆變器的最大逆變電 壓為 m in2m in c o ?? BEE ? （ 34） 式中 min? —— 最小逆變角 令 maxmax ?EEd ? ，則可由式 為 m in22 cos11?DBEDE ?????? ?? （ 35） 若用 BE 和 DE 分別表示變壓器二次側(cè)最大線(xiàn)電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定（開(kāi)路）線(xiàn)電壓，則式 35也可寫(xiě)成如下形式 mincos11?DBEDE ?????? ?? （ 36） 由式 36 可知，逆變變壓器二次電勢(shì)除與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電勢(shì)有關(guān)外，還與調(diào)速范圍 D 和逆變角 min? 有關(guān)。 關(guān)于最小逆變角的確定，對(duì)于只運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，一般取 ??30min? （ 37） 因此，每一臺(tái)逆變變壓器的二次線(xiàn)電勢(shì)便可由上式 36得到： 3 6 28 6 9 4 0311c o s11m in?? ?????? ???????? ?? ? DBEDE （伏） 逆變變壓器容量的計(jì)算 逆變變壓器的容量，可有兩種近似的計(jì)算方法，一 種是根據(jù)已選定的電動(dòng)機(jī)容量，來(lái)近似確定逆變變壓器的容量；另一種是根據(jù)逆變變壓器二次側(cè)等效線(xiàn)電流 BI（但對(duì)具有平方轉(zhuǎn)矩的泵類(lèi)設(shè)備，則應(yīng)按最高轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的最大電流進(jìn)行計(jì)算）和二次最高線(xiàn)電勢(shì) BE 來(lái)確定。 因此，逆變變壓器的容量可根據(jù)下式確定 3103 ??? BBB IEP （千伏安） （ 310） 根據(jù)已知條件可得： 7861012553623103 33 ??????? ??BBB IEP （千伏安） 根據(jù)以上計(jì)算，選用兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的三相電力變壓器，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 型號(hào)： SJ1000千伏安； 電 壓： ； 電流： ； 接線(xiàn)方式：△ /Y11。 有源逆變晶閘管元件的計(jì)算與選擇 晶閘管的反向重復(fù)峰值電壓 RRMV 與串聯(lián)數(shù)目的確定 晶閘管反向重復(fù)峰值電壓 [15] RRMV ，是指在觸發(fā)極斷路的情況下，可施加重復(fù)頻率為 50 赫、持續(xù)時(shí)間不大于 10毫秒的反向最大脈沖電壓，其值規(guī)定為反向不重復(fù)電壓的 80%，一般約等于晶閘管的阻斷 重復(fù)峰值電壓。 BE =362（伏） 則 ????? RMR R M VV （伏） 在大型晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，常需要幾個(gè)晶閘管串聯(lián)，此時(shí)，若所選晶閘管的反向重復(fù)峰值電壓為 RRMV ，則三相橋式有源逆變器中每個(gè)橋臂上串聯(lián)元件的數(shù)目 sn ，可根據(jù)下式求出 RRMJYBUWs VK EKKn 2? （ 312） 式中 WK —— 考慮網(wǎng)壓升高而引入的系數(shù)，其值可取為 ； JYK —— 均壓系數(shù)，一般取為 ； UK —— 電壓儲(chǔ)備系數(shù)，取為 2~3； BE2 —— 逆變變壓器二次線(xiàn)電壓的峰值。 晶閘管額定電流與并聯(lián)支路數(shù)的確定 標(biāo)定的晶閘管額定電流 [4]，是指正弦半波（導(dǎo)通角為 ?180 ）電流的平均值，而表征元件發(fā)熱的應(yīng)該是電流的有效值，正弦半波電流的平均值為 ???? ? mmF IttdII ?? ? s in21 0 （ 313） 有效值 ? ? 2s i n21 20 mm ItdtII ?? ? ??? ? （ 314） 由式 313 和 314 得 FII ? （ 315） 對(duì)于三相橋式電路， dI 是額定整流電流，與 FI 的關(guān)系如下 ddF III 1 ?? （ 316） 轉(zhuǎn)子的額定線(xiàn)電流為 1255 安，所以 2 5 ???FI 安，所以選擇標(biāo)定的晶閘管額定電流應(yīng)大于 安。此時(shí)，若選用每個(gè)元件的額定平均電流為 FI ，則每個(gè)橋臂上并聯(lián)的支路數(shù) Pn 為 FJLdiIP IK IKKn m ax? （ 317） 式中 IK —— 電流儲(chǔ)備系數(shù)，其值可取為 2~3； iK —— 三相橋式線(xiàn)路系數(shù)，取 ； JLK —— 均流系數(shù)，其值可取 ； maxdI —— 轉(zhuǎn)子回路的最大直流電流，其值 應(yīng)取與系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電流值。 需要指出，由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中晶閘管一直工作在逆變狀態(tài)，所以在選擇晶閘管時(shí)應(yīng)該使各主要參數(shù)比較接近，最好選關(guān)斷時(shí)間較短的元件。 轉(zhuǎn)子整流器用的硅整流二極管，是在低頻率、大電流下工作，所承受的電壓與調(diào)速范圍有關(guān)。 每個(gè)橋臂上串聯(lián)的硅整流元件數(shù) sn ，也可以根據(jù)式 312確定為 R R MJYDUWR R MJYDUWsVKEDKKVKESKKn 2112m a x ?????? ??? （ 318） 式中 UK —— 電壓儲(chǔ)備系數(shù)，其值一般取 ~2左右； DE2 —— 轉(zhuǎn)子線(xiàn)電壓峰值； maxS —— 最大轉(zhuǎn)差率（即調(diào)速深度）； RRMV —— 二極管反向重復(fù)峰值電壓； WK —— 考慮網(wǎng)壓升高而引入的系數(shù)，其值可取為 ； JYK —— 均壓系數(shù)，一般取為 ； ??????????????? ??R R MJYDUWs VKEDKKn 即每個(gè)橋臂上串聯(lián)的硅整流元件數(shù)為 1個(gè)。 則 767236223 ?????R R MV (伏 ) 。 所以，硅整流二極管的選擇如下： 硅整流二極管： 500 安 /800 伏的不可控元件，每個(gè)橋臂上的元件為一串四并，轉(zhuǎn)子整流橋共用 24只硅整流元件。如果電抗器的電抗不是足夠大，那么在正常工作狀態(tài)下電流就可能不連續(xù)了。 （ 2）電抗器應(yīng)能保證串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的逆變器不產(chǎn)生嚴(yán)重的提前短路現(xiàn)象。 （ 3）轉(zhuǎn)子回路的直流電路中電流 dI 實(shí)際上帶有交流成分的脈動(dòng)直流，其脈動(dòng)的程度與線(xiàn)路形式、 ? 角以及電抗器 dL 有 關(guān)，該脈動(dòng)成分將增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗。 （ 4）電抗器還有限制短路電流上升率的作用。如果電抗器的電感足夠大，則此時(shí)可以限制電流上升率，使 dtdi 不致過(guò)大，從而保證直流回路的快速開(kāi)關(guān)在短路電流值允許范圍以?xún)?nèi)時(shí)及時(shí)地?cái)嚅_(kāi)電路。 )22( 2 BDdLBd LLIEL ??? （毫亨） （ 320） 式中 dLI —— 電流連續(xù)臨界值，其值可根據(jù)具體情況選取，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的 5%~10%； BE2 —— 逆變變壓器的二次相電勢(shì)； DL —— 折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)每相漏抗； BL —— 折算到二次側(cè)的變壓器每相漏抗。每臺(tái)電抗器的電阻為 ? ? )( ??? ????????? ?????? SdDWSlrd（歐） 三臺(tái)電抗器的總電阻為 ???? dd rR (歐 ) （ 2）電抗器的總電抗為 ???dL （毫亨） 第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的控制部分由三部分組成，即觸發(fā)裝置、調(diào)節(jié)裝置和過(guò)流過(guò)壓保護(hù)裝置。 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù) 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)原理 晶閘管（包括整 流二極管）對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流都非常敏感，當(dāng)外加反向電壓超過(guò)晶閘管反向重復(fù)峰值或流過(guò)的電流超過(guò)晶閘管的額定電流一定值時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致元件損壞。 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)流事故，一般是由于顛覆、缺相運(yùn)行、負(fù)載增加造成過(guò)載等原因引起的，特別是發(fā)生顛覆時(shí)，回路內(nèi)將產(chǎn)生很大的短路電流。因 此，對(duì)于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，為了保證顛覆時(shí)不致?lián)p壞元件和設(shè)備，常采用快速熔斷器 [6]和在直流回路中加入快速開(kāi)關(guān)，以進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。 考慮到起動(dòng)電流比額定電流大一些，為保證正常起動(dòng)查表 113a，選取 RSL2021快速熔斷器，熔體額定電流 2021 安。 直流回路中快速開(kāi)關(guān)的選擇： KP9 型， 2021 安，快速開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)額定電流為2021 安。另外，異步電動(dòng)機(jī)的激磁電流 通常是定子額定電流的 30%~70%，這說(shuō)明電機(jī)中存有很大的磁場(chǎng)能量。 為了避免法身上述情況，在操作順序上應(yīng)考慮過(guò)壓?jiǎn)栴}，為此，在事故或正常停車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)子回路或直流回路斷開(kāi)以前，應(yīng)考慮向轉(zhuǎn)子接入電阻，以提供一條轉(zhuǎn)子閉合通路，然后再斷開(kāi)定子電流。 其 R， C 的計(jì)算如下： ? ?uFUSiC 220%6 ??? （ 41） ? ????? %%022iuSUR k （ 42） 式中 S —— 變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為 VA； 2U —— 變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為 V； %0i —— 變壓器勵(lì)磁電流百分值， 10~2021kVA的變壓器，其值取為 4~10； %ku —— 變壓器的短路電壓百分值， 10~2021kVA變壓器，其值為 5~10。 ? ? %% 2022 ????????iuSUR k（歐） 圖 41 交流側(cè)阻容保護(hù)電路 電容 C 的交流耐壓 ? ， CU 為正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓的有效值。 除了考慮以上的情況以外，應(yīng)還有過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)裝置，下面將設(shè)計(jì)。下面分別說(shuō)明各環(huán)節(jié)的工作原理。 圖 41 直流電壓變換器（ YB）原理圖 直流電壓變換器由上、下兩部分組成，下部分的電路即為一個(gè)高頻方波電壓發(fā)生器，其輸出電壓的頻率約為 4000 赫，該方波電壓信號(hào)通過(guò)變壓器 1B 的次級(jí)繞組加到上面部分的電路上，作為調(diào)制和解調(diào)電源。 （二）過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)（ GY、 GL） 過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)的原理圖如圖 42 所示。 調(diào)整 GY，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率 S 超過(guò) ? ?. m a xm a x ?SS 。該 6 伏電壓送至下一級(jí)綜合保護(hù)電路中去。此電路的輸入端為二極管 21 DD、 所組成的邏輯或門(mén)。 圖 43 綜合保護(hù)電路（ ZH）原理圖 （四） 控制電路的直流電源 由于放大器輸入電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移向控制電壓CU 又為正電壓，故給定電壓就得取正電壓，轉(zhuǎn)速反