【正文】 ontrol speed regulation system. In the development of ac speed regulation technology in China. It is a system of simple structure, rapid development, wider application. Its basic principle is to put the rotor AC electromotive force into DC emfs by Uncontrolled rectifier circuit. Taking advantage of working in a state of threephase inverter controlled rectifier circuit for an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to change the slip power, in order to realize speed regulation. Cascade speed regulation pletely overes the drawback of rotor series resistance speed control, it has high efficiency, stepless smooth speed regulation, a hard low mechanical properties etc. the design of the double closed loop of asynchronous motor cascade speed control mode， It mainly includes the design of speed control mode, main wiring ,the main circuit, protective circuit , the choice of the trigger and direct startup mode。 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，由于高壓大電流晶閘管的出現(xiàn)，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)獲得了空前的發(fā)展。在 “定子反饋 ”方案中，輔助繞組與定子繞組電氣上絕緣，通過(guò)磁耦合，即 電磁感應(yīng)，將轉(zhuǎn)差功率經(jīng)過(guò)定子繞組反饋到電網(wǎng)，這就是我們所說(shuō)的 “內(nèi)饋 ”串調(diào)。國(guó)內(nèi)最先是由屈維謙在 80 年代后期提出內(nèi)饋串級(jí)調(diào)速方案的。隨著電力電子技術(shù)和控制策略的發(fā)展，新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略被不斷提出。 如今節(jié)約能源、更加合理地、有效地利用能源是一項(xiàng)艱巨、利國(guó)利民造福 子孫的長(zhǎng)期工作，也是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。 本次設(shè)計(jì)的目的 本設(shè)計(jì)選題的目的：采用雙閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)不僅具有明顯的節(jié)能效果，還具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 工作任務(wù) : 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 (1)完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)； (2)完成系統(tǒng)的啟動(dòng)、檢測(cè)與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)； (3)完成調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算； (4)完成系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)，元、器件和設(shè)備的選擇（參數(shù)計(jì)算，型號(hào)選擇等）； (5)繪制完整的電氣系統(tǒng)原理圖； (6)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 MATLAB 仿真。 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) 3 2 本系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速方案的比較和選擇 串級(jí)調(diào)速原理 M3 ~ U R U I L D S E 2 0 U d U iI d 圖 串級(jí)調(diào)速方式原理圖 圖 是串級(jí)調(diào)速方式原理圖，圖中異步電動(dòng)機(jī) M 以轉(zhuǎn)差率 s 運(yùn)行，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 20sE 經(jīng)三相不可控整流裝置 UR 整流，輸出直流電壓 dU 。兩個(gè)整流裝置的電 壓 dU 與 iU 的極性以及電流 dI 的方向如圖所示?？刂?? 使它增大，則逆變電壓 iU 立即減??；但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速因存在著機(jī)械慣性尚未變化，所以 dU 仍維持原值，根據(jù)式（ ）、（ ）就使轉(zhuǎn)子直流回路電流 dI 增大，相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流也增大，電機(jī)就加速；在加速過(guò)程中轉(zhuǎn)子整流電壓隨之減小，又使電流 dI減小，直至 dU 與 iU 依式（ ）取得新的平衡，電機(jī)進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)以較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。以上就是繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為 Id 近似為恒值。在加速 過(guò)程中， S 減小，電流 Id 及整流電壓隨之減小直至達(dá)到新的平衡，電動(dòng)機(jī)仍進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)以較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)： (1)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角 β實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速； (2)系統(tǒng)能把異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損耗后的轉(zhuǎn)差功率得到有效的利用，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)同軸上裝有一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)差功率經(jīng)整流后傳給直流電動(dòng)機(jī)，后者把部分功率變成機(jī)械功率，再幫助異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載，從而是轉(zhuǎn)差功率得到利用。增大 If 可使電動(dòng)機(jī)減速，反正加速。則負(fù)載所得到的機(jī)械功率 PL 應(yīng)是異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩者軸上輸出功率之和，并恒等于電動(dòng)機(jī)定子出入功率， 而與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，選擇電氣串級(jí)調(diào)速能更好的滿足調(diào)速要求。機(jī)械串級(jí)調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，其特點(diǎn)是系統(tǒng)在低速時(shí)能夠產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩輸出，因而適應(yīng)一些需要低速大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)的場(chǎng)合，如螺紋鋼線材軋機(jī)。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 3 本系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主電路的組成及工作原理 本系統(tǒng)主電路如圖 所示，系統(tǒng)主電路由三相繞線異步電動(dòng)機(jī)、整流裝置、逆變裝置、逆變變壓器和平波電抗器組成。若增大逆變角 β，則逆變電壓減小，但電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速因存在機(jī)械慣性尚未變化，所以，整流電壓仍維持原值，因而直流回路電流 Id 及轉(zhuǎn)子電流 I2 相應(yīng)增大，使電機(jī)加速。同理，減小 β值可以使電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。該型號(hào)電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表 ： 表 電動(dòng)機(jī) YR250M4 參數(shù)表 電動(dòng)機(jī)型號(hào) YR250M4 額定功率（ nP ） 90KW 滿載時(shí)轉(zhuǎn)速 ( n ) 1457r/min 效率（ ? ） 91% 功率因數(shù)（ ?cos ） 同步轉(zhuǎn)速 ( 0n ) 1500r/min 靜差率 (S) ?S 調(diào)速范圍 (D) D=3 轉(zhuǎn)子電壓 ( nU2 ) 524V 轉(zhuǎn)子電流 ( nI2 ) 109A 定子電壓（ nU1 ） 380V 定子電流（ nI1 ） 極對(duì)數(shù)（ P） 4 頻率（ f） 50HZ 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2mkg? ） 額定轉(zhuǎn)矩 （ 2）電動(dòng)機(jī)容量校核 1）電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算 額定轉(zhuǎn)差率： 14571500101 ????? n nnS n () 定子電阻： ??? ???? 111nnnI SUr () 轉(zhuǎn)子電阻： ?????? 02 222nnnISUr () 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) 7 定子繞阻的變化： 524 21 ????nnM U UK () 折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的定子電阻： ??? 39。r ，故電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為： dndnMndndnMdKn IIXrUnIIXmrUT ?????? ?????? ????????? ?????? ??? ??? 339。 121101 () 考慮到換相重疊角 ? 的影響，并經(jīng)過(guò)線性處理，上式中 dnI 為： AII ndn 3 2 ????? () 即 )( ????????? ??????? NT kn ?() 轉(zhuǎn)矩降低系數(shù) ??? nKnM TTK () 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 5）串級(jí)調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速的確定： 直流回路總等效電阻為 TMdTM XmXmrrrR ?? 222 ?????? （ ） 式中電動(dòng)機(jī)折算到直流側(cè)的等效電阻，可按功率相等原則進(jìn)行折算，即 ? ? ? ? ? ?MnMdnn rIrIrrI 3239。( 21 rrrM ?? () ???????????? )( ??R () 若串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) ?? ，則直流回路最大電流 dmI 為 AII dndm ???? ? () 最大電流時(shí)電勢(shì)系數(shù)為： ? ? 1m i n/ )()339。 dmd II? 時(shí)換相重疊角 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) 9 0011 60225242 os)221(c os2???????? ? ?????? ??nMdmUXI? () 系統(tǒng)工作在第一工作區(qū)。其目的是： （ 1） 把可控整流裝置與交流電 網(wǎng)隔離，以抑制電網(wǎng)的浪涌對(duì)晶閘管的影響； （ 2）能取得與被控異步電機(jī)工作相匹配的逆變電壓并有合理的控制。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 硅整流元件及晶閘管的選擇 （ 1）整流裝置 如圖 為三相不可控整流電路，該裝置的作用是將轉(zhuǎn)子側(cè)的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流電壓。下面，討論在上述條件下通過(guò)計(jì)算選擇硅整流二極管的方法。 ? ? dmAVT IKI 1)( 2~? （ ） 式中 ?K （三相橋式電路、電感性負(fù)載） AAVIT 1 9 0~1 4 5 83 6 )2~()( ???? （ ） 取 AI AVT 200)( ? 可以選取型號(hào)為 KK200A 的晶閘管 6 個(gè) 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) 11 平波電抗器電感量的計(jì)算與選擇 在可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子整流回路中必須串接平波電抗器，其主要原因有如下幾點(diǎn)： （ 1）電流脈動(dòng)分量在電機(jī)轉(zhuǎn)子中造成的附加損耗限制在允許范圍內(nèi)； （ 2）使電動(dòng)機(jī)在最小工作電流時(shí)任能保證電流的連續(xù)，避免電流斷續(xù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。 串入電感量計(jì)算： 電動(dòng)機(jī)的等效電感 DL 為： mHmHfXL MM 3 ??? ??? ? （ ） 逆變變壓器的等效電感 DL 為： mHmHfXL TT 3 ??? ??? ? () 按電流連續(xù)要求的電感量 )(23m i n21 TMdTId LLIUKL ??? () 式中 AII dnd %5m in ?? () ?IK mHL d )( ?????? () 考慮限制電流連續(xù)時(shí)的電感量 2dL 為： )(23210)( 23222 TMdninTddmd LLISUfUUL ???? ? () )( 4243002 32 ???????? ? () ? 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 式中： dmU 最低次諧波電壓幅值 df 最低次諧波頻率，對(duì)于三相橋式電路 iS 電流脈動(dòng)系數(shù)，要求 ?iS 對(duì)于三相橋式電路， 2 ?UUdm 。 晶閘管保護(hù)裝置的參數(shù)計(jì)算 過(guò)電壓保護(hù) （ 1）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 常用的交流測(cè)過(guò)電壓保護(hù)措施有阻容保護(hù)和非線性電阻保護(hù)。逆變變壓器側(cè)的阻容保護(hù)裝置如圖 所示。 對(duì)于三相電路， R 和 C 的數(shù)值可按下表 進(jìn)行換算： 表 ：三相電路 R 和 C 值換算表 變壓器二次測(cè)聯(lián)結(jié)方式 單相 三相 ? 聯(lián)結(jié) 三相 ? 聯(lián)結(jié) 阻容裝置聯(lián)結(jié)方式 跨接 ? ? ? ? 電 容 C C C/3 3C C 電 阻 R R 3R R/3 R 所以 : 1）根據(jù)公式（ ）可知，電動(dòng)機(jī)測(cè)的阻容保護(hù) DR 和 DC 值為： 2263131 USICC emD ??? F?)35 2 4(8 0 0 4