交流電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

1、遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真 學(xué)習(xí)中心： 內(nèi)蒙古學(xué)習(xí)中心 學(xué) 號(hào)： 090F 姓 名： 梅雨停 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 王旭東 2016 年 3 月 1 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師指導(dǎo)意見(jiàn)表學(xué)生姓名： 梅雨停 學(xué)號(hào)： 090F 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真 指導(dǎo)教師意見(jiàn)：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫(xiě)作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問(wèn)

2、題和不足之處。）指導(dǎo)教師結(jié)論： （合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名所在單位指導(dǎo)時(shí)間中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱意見(jiàn)表 學(xué)生姓名： 梅雨停 學(xué)號(hào)： 090F 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真 評(píng)閱意見(jiàn)：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫(xiě)作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問(wèn)題和不足之處。）修改意見(jiàn)：（針對(duì)上面提出的問(wèn)題和不足之處提出具體修改意見(jiàn)。評(píng)閱成績(jī)合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見(jiàn)。）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

3、評(píng)閱成績(jī) （百分制）： 評(píng)閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評(píng)閱人姓名所在單位評(píng)閱時(shí)間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及使用過(guò)的材料。對(duì)論文的完成提供過(guò)幫助的有關(guān)人員已在文中說(shuō)明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒(méi)有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒(méi)有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。 論文作者（簽字）： 梅雨停日期：2016年3月1日摘 要 串級(jí)調(diào)速是通過(guò)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路

4、引入附加電勢(shì)而產(chǎn)生的。它屬于變轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加以應(yīng)用（回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上），因此效率高。 所謂雙饋調(diào)速，是指將電能分別饋入異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。通常將定子繞組接入工頻電源，將轉(zhuǎn)子繞組接到頻率、幅值、相位和相序，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)定子側(cè)的無(wú)功功率。這種雙饋調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)可以超同步和亞同步運(yùn)行，不但可以工作在電動(dòng)狀態(tài)，而且可以工作在發(fā)電狀態(tài)。 雙饋串級(jí)調(diào)速能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)

5、鍵詞： 1、異步電動(dòng)機(jī) 2、串級(jí)調(diào)速 3、原理 4、基本類型 目 錄一、概述. 1（一）交流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況. 1（二）串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn). 2（三）與變頻調(diào)速方式的比較與應(yīng)用. 2二、雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).3（一）雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成. 3（二）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型. 4（三）調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì). 6（四）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)方式. 7（五）異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性. 8（六）異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路. 9三、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計(jì)算與選擇12（一）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計(jì)算與選擇. 12（二）轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇. 12四、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)

6、設(shè)計(jì)21（一）電流環(huán)的設(shè)計(jì). 21（二）轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì). 23五、交流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的仿真. 25（一）MATLAB簡(jiǎn)要介紹. 25（二）晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真. 261、系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置. 262、系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置. 283、系統(tǒng)的仿真，仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析. 28六、結(jié)束語(yǔ). 30 致謝31參考文獻(xiàn)32 一、概述（一）交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展概況縱觀電力傳動(dòng)的發(fā)展過(guò)程，交直流兩種傳動(dòng)方式共存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中。在電力電子技術(shù)發(fā)展之前，直流電動(dòng)機(jī)幾乎占?jí)艛嗟匚?。?duì)于直流電動(dòng)機(jī)只要改變電動(dòng)機(jī)的電壓或者勵(lì)磁電流就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩容易控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。隨著

7、工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，它們相互競(jìng)爭(zhēng)、相互促進(jìn)。交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)相比具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：制造成本低；重量輕；慣性??；可靠性和運(yùn)行效率高；維修工作量??；能在惡劣的甚至在有易燃易爆性氣體的環(huán)境中安全運(yùn)行。這些與現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)要求的可靠性、可用性、可維修性相一致。正是由于交流電動(dòng)機(jī)的這種優(yōu)勢(shì)，使它在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍比直流電動(dòng)機(jī)廣泛得多，約占整個(gè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康?0%以上；但同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，其可控性較差。而隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種高性能的電力電子器件產(chǎn)品的出現(xiàn)，為交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。特別是70年代

8、初出現(xiàn)的矢量變換控制技術(shù)以及在矢量變換基礎(chǔ)上相繼出現(xiàn)的磁通反饋矢量控制、轉(zhuǎn)差型矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等實(shí)用系統(tǒng)，大大推進(jìn)了交流傳運(yùn)控制技術(shù)的發(fā)展。這些新型的交流傳動(dòng)控制技術(shù)與高性能的變頻器相結(jié)合，就有可能使利用交流電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)在性能上與高精度的直流伺服系統(tǒng)相匹配。特別是在一些大容量、高轉(zhuǎn)速或特殊環(huán)境下應(yīng)用的場(chǎng)合，交流調(diào)速系統(tǒng)已顯示出無(wú)比的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)交流化的時(shí)代隨之而來(lái)。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：n=601（1-s）PP: 電機(jī)極對(duì)數(shù)1 :供電電源頻率s :電機(jī)轉(zhuǎn)差率因此，異步電動(dòng)機(jī)有三種基本的調(diào)速方式，即改變極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率和改變供電電源頻率。由于繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速具

9、有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中得到了較廣泛的應(yīng)用。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。其結(jié)構(gòu)與直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)類似。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。而且，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的繞線式大道理轉(zhuǎn)子需接入整流器等非線性元件，使其內(nèi)部的電磁關(guān)系更為復(fù)雜。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。 （二）、串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)串級(jí)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)主要是：1調(diào)速范圍較大，但是過(guò)載能力隨轉(zhuǎn)速降低而減小，限制了調(diào)速范圍的擴(kuò)大；另外因轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差功率越大，所需整流器、逆變裝置的容量也越大，這也成

10、了限制調(diào)速范圍擴(kuò)大的一個(gè)因素。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。2調(diào)速的平滑性好，晶閘管調(diào)速電路很容易通過(guò)對(duì)導(dǎo)通角的平滑調(diào)節(jié)改變轉(zhuǎn)速。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，甚至較固有機(jī)械特性大。4調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好，由前面內(nèi)容可知，串級(jí)調(diào)速回收了大部分轉(zhuǎn)差功率，保證了電動(dòng)機(jī)的效率，減小了電能的浪費(fèi)。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。串級(jí)調(diào)速的缺點(diǎn)：1逆變變壓器本身體積較大，成本偏高；在向電網(wǎng)饋送有功功率的同時(shí)還要從電網(wǎng)吸取無(wú)功功率(建立內(nèi)部磁場(chǎng))，造成整

11、個(gè)調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)偏低，如高速滿載運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)只有0.6，這是不能達(dá)到全國(guó)供用電規(guī)則相關(guān)規(guī)定的。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。3串級(jí)調(diào)速只能用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)。（三）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)。但由于其控制功率是被控電機(jī)的視在功率，受電力半導(dǎo)體器件耐壓水平的限制，高壓變頻調(diào)速裝置非常昂貴，性能價(jià)格比隨 電動(dòng)機(jī)電壓升高和容量增大而明顯下降，甚至需要節(jié)電l0余年才可回收設(shè)備投資。因此只適合工藝上要求高性能調(diào)速的場(chǎng)合，如軋鋼等，不適合以節(jié)電為主要目的調(diào)速運(yùn)

12、行。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速與變頻調(diào)速同屬高效調(diào)速方式，但其通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組將高壓?jiǎn)栴}轉(zhuǎn)化成低壓?jiǎn)栴}來(lái)處理，所以控制功率僅為被控電機(jī)容量的50，解決了目前電力半導(dǎo)體器件的耐壓?jiǎn)栴}，是高壓恒速電機(jī)改成調(diào)速電機(jī)的最佳方案。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。二、 雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的靜差率較大，所以開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)只能用于對(duì)調(diào)速精度要求不高的場(chǎng)合。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。由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器是不可控的，系統(tǒng)本身不能產(chǎn)生電氣制動(dòng)作用，所謂動(dòng)態(tài)性能的改善只是指

13、起動(dòng)與加速過(guò)程性能的改善，減速過(guò)程只能靠負(fù)載作用自由降速。（一） 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2.1所示為雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自異步電動(dòng)機(jī)軸上連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)，電流反饋信號(hào)取自逆變器交流側(cè)的電流互感器，也可通過(guò)霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。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。圖2.1所示的系統(tǒng)與直流不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，具有靜態(tài)穩(wěn)速與動(dòng)態(tài)恒流的作用。所不同的是它的控制作用都是通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路實(shí)現(xiàn)的。圖2.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖（a）主電路（b）等效電

14、路（二） 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在圖2.1所示的系統(tǒng)中，可控整流裝置、調(diào)節(jié)器以及反饋環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖均與直流調(diào)速系統(tǒng)中相同。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。1 轉(zhuǎn)子直流回路的傳遞函數(shù)根據(jù)圖2.2的等效電路圖可以列出串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子直流回路的動(dòng)態(tài)電壓平衡方程式：sUd0-Ui0=LdIddt+RId （2.1）式中： Ud0:當(dāng)s=1時(shí)轉(zhuǎn)子整流器輸出的空載電壓,Ud0=2.34Er0cosp (2.2) Ui0:逆變器直流側(cè)的空載電壓, Ui0=2.34Er2cos (2.3)L:轉(zhuǎn)子直流回路總電感, CMId-ILGD2375 dndt (2.4)

15、LD: 折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的異步電動(dòng)機(jī)每相漏感, LD=XDO1=XDO21 (2.5) LT :折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相漏感, LT=XT1=XT21 (2.6) LL:平波電抗器電感， R: 轉(zhuǎn)差率為s時(shí)轉(zhuǎn)子直流回路等效電阻:R=3XD0S+3XT+2RD+2RT+RL (2.7) 于是式（2.1）可改寫(xiě)成：UD0-nn0Ud0-Ui0=Ldlddt+RId (2.8) 將式（2.8）兩邊取拉氏變換，可求得轉(zhuǎn)子直流回路的傳遞函數(shù): IdsUd0-Ud0n0ns-Ui0=KLrTLs+1 (2.9) 式中： TLs:轉(zhuǎn)子直流回路的時(shí)間常數(shù)， TLs=LR , KLr:轉(zhuǎn)子直流回路的放大系數(shù)，

16、KLr=1R , 轉(zhuǎn)子直流回路的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3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)TLs和放大系數(shù)KLr都是轉(zhuǎn)速n的函數(shù)，它們是非定常數(shù)。2 異步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的電磁 轉(zhuǎn)矩為: Te=10Ud0-3XD0IdId=CMId (2.10) 圖2.3轉(zhuǎn)子直流回路動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為： Te-TL=GD2375dndt (2.11)或?qū)懗桑篊MId-IL=GD2375dndt (2.12) 式中： TL:負(fù)載轉(zhuǎn)矩， IL:所對(duì)應(yīng)的等效直流電路，由此可得異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)的傳遞函數(shù)為: nsIds-ILs=R/CEGD2R375CECM

17、s=RCETMs (2.13) 其中TM=GD2R375CECM 為機(jī)電時(shí)間常數(shù)，TM與R、CE、CM、都有關(guān)系，所以也不是常數(shù)，而是Id和n的函數(shù)。3 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖把圖2.1 中的異步電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)子直流回路都畫(huà)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(huà)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2.4所示。圖2.4雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（三）調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正一般主要按抗擾性能考慮，即應(yīng)使系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)時(shí)有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。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)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

18、。但是串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子直流回路的時(shí)間常數(shù)TLs及放大系數(shù)KLr都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM又是轉(zhuǎn)速和電流的函數(shù)，這就給調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難。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Id的前提下，求出各傳遞函數(shù)中的參數(shù)。例如，按照要求的最大轉(zhuǎn)差率Smax或平均轉(zhuǎn)差率1/2Smax來(lái)確定轉(zhuǎn)速，按額定負(fù)載或常用的實(shí)際負(fù)載來(lái)選定電流，然后按定常系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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。如果采用微機(jī)數(shù)字控制，可以按照不同的轉(zhuǎn)速和電流事先計(jì)算好參數(shù)的變化，用表格的方式存入微機(jī)，實(shí)時(shí)控制時(shí)可根據(jù)檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)速和電流查表調(diào)用，就可以得到

19、滿意的動(dòng)態(tài)特性。(四)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(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(shì)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?？偟脑瓌t是在起動(dòng)時(shí)必須使逆變器先于電機(jī)接上電網(wǎng)，停車時(shí)則比電機(jī)后脫離電網(wǎng)，以防止逆變器交流側(cè)斷電，而使晶閘管無(wú)法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。 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。1間接啟動(dòng)大部分采用串級(jí)調(diào)速的設(shè)備是不需要從零速到額定轉(zhuǎn)速作全范圍調(diào)速的，特別對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等機(jī)械，其調(diào)速范圍本來(lái)就不大，串級(jí)調(diào)速裝置的容量可以選擇比電動(dòng)機(jī)小得多。為了使串級(jí)調(diào)速裝置不受過(guò)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

20、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。由于這類機(jī)械不經(jīng)常起動(dòng)，所用的起動(dòng)電阻等都可按短時(shí)工作制選用，容量與體積都較小。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(cè)或利用時(shí)間原則自動(dòng)控制。圖2.5所示是間接起動(dòng)控制原理圖。起動(dòng)操作順序如下：先合上裝置電源總開(kāi)關(guān)S，使逆變器在minb下等待工作。然后依次接通接觸器K1，接人起動(dòng)電阻R，再接通K0，把電機(jī)定子回路與電網(wǎng)接通，電動(dòng)機(jī)便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動(dòng)。待起動(dòng)到所設(shè)計(jì)的nmin(smax)時(shí)接通K2，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級(jí)調(diào)速裝置，同時(shí)斷開(kāi)K1，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

21、續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 圖2.5串接調(diào)速系統(tǒng)間接啟動(dòng)控制原理圖不允許在未達(dá)到設(shè)計(jì)最低轉(zhuǎn)速以前就把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級(jí)調(diào)速裝置聯(lián)通，否則轉(zhuǎn)子電壓會(huì)超過(guò)整流器件的電壓定額而損壞器件，所以轉(zhuǎn)速檢測(cè)或起動(dòng)時(shí)間計(jì)算必須準(zhǔn)確。停車時(shí)，由于沒(méi)有制動(dòng)作用，應(yīng)先斷開(kāi)K2，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(kāi)K0，以防止當(dāng)K0斷開(kāi)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。如果生產(chǎn)機(jī)械許可，也可以不用檢測(cè)最低轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制，而讓電動(dòng)機(jī)在串電阻方式下起動(dòng)到最高速，切換到串級(jí)調(diào)速后，再按工藝要求調(diào)節(jié)到所需要的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這種起動(dòng)方式可以保證整流器與逆變器不致受到超過(guò)定額的電壓，工作安全。但電動(dòng)機(jī)要先升到最高轉(zhuǎn)速

22、，再通過(guò)減速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，對(duì)于有些生產(chǎn)機(jī)械是不允許的。2 直接啟動(dòng)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)。在起動(dòng)控制時(shí)讓逆變器先于電動(dòng)機(jī)接通交流電網(wǎng)，然后使電動(dòng)機(jī)的定子與交流電網(wǎng)接通，此時(shí)轉(zhuǎn)子呈開(kāi)路狀態(tài)，可防止因電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的合閘過(guò)電壓通過(guò)轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置，最后再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。在圖2.5中，接觸器的工作順序?yàn)?SK0K2，此時(shí)不需要起動(dòng)電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路接通時(shí)，由于轉(zhuǎn)子整流電壓小于 逆變電壓，直流回路無(wú)電流，電動(dòng)機(jī)尚不能起動(dòng)。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。（五）異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性在

23、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量、分別與異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。因此，可以從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手來(lái)分析異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。1.異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性的特征(1)理想空載轉(zhuǎn)速在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)，其理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定不變，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，調(diào)速性能差。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(chǎng)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)。當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)（Id=0），轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成 : K1s0Er0=K2U2Tcos (2.14)S0: 異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)對(duì)應(yīng)

24、于某一 角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取K1=K2,則： s0=U2TEr0cos (2.15)由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速n0為：n0=nsyn1-s0=nsyn1-U2TcosEr0 (2.16)式中nsyn:異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。（2）特性分析：從式（2.15）和式（2.16）可知，在串級(jí)調(diào)速時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的。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。由式（2.14）還可看出，在不同的b角下，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性是近似平行的，其工作段類似于直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速的機(jī)械特性。2. 機(jī)械特性的斜率與最大轉(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

25、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。由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得多。3 轉(zhuǎn)子回路電阻的影響當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上（=900）帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級(jí)調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。這樣，串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性便如圖2.6所示。圖2.6異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 a)大電機(jī) b）小電機(jī)（六） 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路從圖2.1中可以看出，異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子

26、整流器的供電電源。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(lái)研究串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路。但是，兩者之間還存在著一些顯著的差異，主要是：整流電路的不同點(diǎn):（1）一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的，而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值與頻率都是變化的，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而變化；（2）異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也與轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差率有關(guān)；（3）由于異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值較大，所以出現(xiàn)的換相重疊現(xiàn)象比一般整流電路嚴(yán)重，從而在負(fù)載較大時(shí)會(huì)引起整流器件的強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象。1轉(zhuǎn)子整流電路：

27、（如圖2.7）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(wú)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。 換相重疊現(xiàn)象：設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Era、Erb、Erc。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時(shí)，必有器件間的換相過(guò)程，這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢(shì)同時(shí)起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降，如圖2.8所示。根據(jù)電力電子技術(shù)中介紹的理論，換相重疊角為:=arccos1-2sXD0Id6sE0=arccos1-2XD0Id6E0 (2.17)其中；XD0:s=1時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。

28、由式2.7可知，換相重疊角隨著整流電流Id的增大而增加。當(dāng)Id較小，在00 600之間時(shí)，整流電路中各整流器件都在對(duì)應(yīng)相電壓波形的自然換相點(diǎn)處換流，整流波形正常。當(dāng)電流Id增大到角大于600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。由此可見(jiàn)，串級(jí)調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路有兩種正常工作狀態(tài)。 轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)第一種工作狀態(tài)的特征是； 00600，p=0 (2.18)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)。第二種工作狀態(tài)的特征是: =600，00p300 （2.1

29、9）這時(shí)，由于強(qiáng)迫延遲換相的作用，使得整流電路好似處于可控的整流工作狀態(tài)，p角相當(dāng)于整流器件的控制角，這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。當(dāng)p=300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(yáng)極組和共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后p保持為300，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)。三、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計(jì)算與選擇（一）異步電動(dòng)機(jī)容量的選擇考慮到異步電動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩的降低，功率因數(shù)的降低和轉(zhuǎn)子損耗增大等因素，不論對(duì)于新設(shè)計(jì)的或是改造的都應(yīng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行重新選擇的計(jì)算，串級(jí)調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的容量P計(jì)算如下： P=KiPD (3.1)Ki:串級(jí)調(diào)速系數(shù)，一

30、般取1.2左右。對(duì)于在長(zhǎng)期低速運(yùn)行的串級(jí)調(diào) 速系統(tǒng)，應(yīng)該取大一點(diǎn)。 PD: 按照常規(guī)運(yùn)算方式計(jì)算的電動(dòng)機(jī)容量。PPD該電機(jī)定額為連續(xù)定額S1，基本防護(hù)等級(jí)為IP23，基本冷卻方法為ICO1，基本結(jié)構(gòu)和安裝方式為IBM3（二）轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇1 最大轉(zhuǎn)差率:Smax=n1-nminn11-1D (3.2)式中： n1: 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。 nmin: 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的最低工作轉(zhuǎn)速 D=nmaxnmin=n1nmin (3.3)轉(zhuǎn)差率：s=(1500-1425)/1500=0.05 （3.4）最大轉(zhuǎn)差率：smax=(1484-690)/1484=0.535 (

31、3.5)調(diào)速范圍：D=nmax/nmin=1425/690=2.07 (3.6)2 轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓: U2max=3KUVE20(1-1D) (3.7)式中： E20：轉(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì) KUV:整流電壓計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)表1：Udmax=1.3510451.1/2.15=755V (3.8)3 最大直流整流電流： Idmax=1.1LMI2NKIV=1.1LMIdr (3.9)式中： LM: 電動(dòng)機(jī)的電流過(guò)載倍數(shù)，近似等于轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)2， I2N:轉(zhuǎn)子線電流額定值， KIV:整流電壓計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)表3.2 Idr: 轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值 Idr=I2N/KVI ,考慮到轉(zhuǎn)子電流畸變等因

32、素的影響而引如的系則:Idmax=1.12627/0.813=1697A (3.10)4 整流二極管的選擇：（1）整流二極管電壓的選擇：設(shè)每個(gè)橋臂上串聯(lián)的整流二極管數(shù)目為N=3，則每個(gè)二極管的反向重復(fù)峰值 UKRM為： UKRM233KUTE2n1-1DKAVN (3.11)式中： KUT:電壓計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)表3.2， E2n:轉(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì)， KAV: 均壓系數(shù)，一般取0.9,對(duì)于元件不需要串聯(lián)時(shí)取1。由上式可見(jiàn)，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：UKRM1.51.3510451-1/2.15/0.93=419V （3.12）（2

33、）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。設(shè)并聯(lián)支路數(shù)為 Np= 3則每個(gè)整流二極管的電流計(jì)算如下: IF1.52KITIdmaxKACNp (3.13)式中： KIT:電流計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)表3.2， Idmax:轉(zhuǎn)子整流器最大直流整流電流， KAC: 均流系數(shù)。其值可取0.80.9。對(duì)于元件不并聯(lián)的情況下取15 逆變器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇（1）逆變變壓器的參數(shù)計(jì)算對(duì)于不同的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓和不同的調(diào)速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側(cè)電壓與3其匹配,同時(shí)也希逐轉(zhuǎn)子電路與交流電網(wǎng)之間實(shí)行電隔離，因此一般串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。逆變壓器二次側(cè)線電壓：

34、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： UT2=UdmaxKUVcosbmin (3.14)式中： UT2：逆變變壓器二次側(cè)線電壓， Udmax：轉(zhuǎn)子整流器最大輸出直流電壓， KUV：整流電壓計(jì)算系數(shù)。見(jiàn)上表， bmin：最小逆變角，一般取300，逆變變壓器二次側(cè)線電流： IT2=KIVIdN (3.15)式中：IT2：逆變變壓器二次側(cè)線電流， KIV：整流電流計(jì)算系數(shù)。見(jiàn)上表， IdN：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值，逆變變壓器一次側(cè)線電流 IT1=KILIdNKT (3.16)式中：IT1：逆變變壓器一次側(cè)線電流， KIL：變壓器一次側(cè)線電流計(jì)算系數(shù)。見(jiàn)上表， KT：

35、逆變變壓器的變比逆變變壓器等值容量 ST=KSTKIVUT2IdN (3.17)式中：KST：變壓器等值容量計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)上表，（2）晶閘管的參數(shù)計(jì)算 晶閘管額定電壓的選擇在大容量晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，單個(gè)晶閘管的額定電壓不能滿足要求，需要幾個(gè)晶閘管串聯(lián)使用。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： URRM23KUTUT2KAVNA (3.18)式中：KUT：電壓計(jì)算系數(shù)，如上表 KAV：均壓系數(shù)，其值可取9.08.0。對(duì)于元件不需串聯(lián)的情況下取1, UT2：逆變變壓器二次側(cè)線電壓，晶閘管額定電流的選擇設(shè)每個(gè)橋臂并聯(lián)元件支路數(shù)為NP，則每個(gè)晶閘管的額定電流為:I

36、F1.52KITIdmaxKACNp (3.19)式中：KIT：電流計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)上表， Idmax：轉(zhuǎn)子整流器最大直流整流電流， KAC：均流系數(shù)。其值可取9.08.0。對(duì)于元件不并聯(lián)的情況下取1.平波電抗器電感量的計(jì)算轉(zhuǎn)子直流回路平波電抗器的作用是：使串級(jí)挑速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)。減小電流脈動(dòng)，把直流回路中的脈動(dòng)分量在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中造成的附加損耗控制在允許的范圍內(nèi)。平波電抗器的電感量計(jì)算如下：保證電流連續(xù)所需要的電感量:L1=d13KUVUT2Idmin103-KLLMLr (3.20)式中：1：正比與直流電壓中的交流分量的電感計(jì)算系數(shù)，從下圖中查, UT2：逆變變壓器二次側(cè)線電

37、壓, KUV：系數(shù)，見(jiàn)上表, Idmin：直流回路最小工作電流 （A）, LM：異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的每相電感量, LT：逆變變壓器折算到二次側(cè)的每相電感量.限制電流脈動(dòng)的電感量:L2=KPKUVUT2sIdN-KLLM-KLLT (3.21) KP: 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。平波電抗器的電感量的選擇及計(jì)算在使用晶閘管裝置時(shí),為了提高它對(duì)負(fù)載供電的性能和提高運(yùn)行的安全可靠性,常在直流側(cè)使用帶有空氣隙的鐵芯電抗器,本節(jié)著重于電抗器的計(jì)算,電抗器的主要參數(shù)是:流過(guò)電抗器的電流和電抗器的電感量。使輸出電流連續(xù)所需的電感量當(dāng)晶閘管

38、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:L1=K1U2/Idmin=0.693122/5%12=140.91mH (3.22)Idmin：要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值為5%Inom,K1=0.693平波電抗器電感的計(jì)算LD：電動(dòng)機(jī)的電樞電感LD=KDUe2PneIe103=6220/22150017.2103=12.8mH (3.23)式中P:極對(duì)數(shù)(P=2) KD=812（無(wú)補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)） KD=56（有補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)）LB:變壓器二次測(cè)每相的漏電感LB=KBUK%U2/100Ie=3.95122/10012=1.98mH ( 3.

39、24)UK%變壓器的短路比,對(duì)于100KVA以下的變壓器:UK%=5% KB=3.9LP：平波電抗器的電感LP=L1-LD+2LB=140.91-17.80+21.98=119.15mH (3.25)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(guò)電流和過(guò)電壓的能力較差。為了使器件能長(zhǎng)期的運(yùn)行，必須采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置。過(guò)電壓保護(hù)凡超過(guò)晶閘管正常工作時(shí)承受的最大峰值電壓Um的都算過(guò)電壓，其中一種為操作過(guò)電壓是由晶閘管裝置的拉閘合閘和器件關(guān)斷等電磁過(guò)程引起的過(guò)電壓，這些操作過(guò)程經(jīng)常發(fā)生是不可避免的，另一種過(guò)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(guò)電壓更高，采取過(guò)電

40、壓保護(hù)措施后，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生的操作過(guò)電壓限制在額定電壓UTN以下，而希望使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓Udsm和Ursm以下。交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)a.阻容保護(hù)在變壓器二次并聯(lián)電阻和電容，構(gòu)成阻容保護(hù)電路。計(jì)算單相變壓器交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)電容C和電阻R的公式：C6i0%SU22 (3.26)R2.3U22SUK%i0% (3.27)其中： S:變壓器每相平均計(jì)算容量, U2:變壓器二次相電壓有效值, i0%:變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù),100KVA以下i0%=7 (3.28)UK%:變壓器的短路比,100KVA以下UK%=5 (3.29)由以上的公式可得: C673584.02/=10

41、.10F (3.30)R2.31222.02=0.87 (3.31)變壓器二次側(cè)阻容裝置參數(shù)計(jì)算：則根據(jù)上表得到:電容=C/3=3.37F 電阻=3R=24.21壓敏電阻保護(hù)護(hù)裝置只能把操作過(guò)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。它們接近于穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓一直在允許范圍之內(nèi)。壓敏電阻可按下式選取它的額定電壓Ue: Ue/89(壓敏電阻承受的額定電壓峰值)晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓保護(hù)晶閘管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中瞬時(shí)電壓的分配決定于晶管的結(jié)電容、導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間等等差別。為了使開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓分配均勻，應(yīng)對(duì)晶閘管并聯(lián)電容C。為了防止晶閘管導(dǎo)通瞬間，電容C對(duì)晶閘管放電造

42、成過(guò)大的di/dt，還應(yīng)在電容支路中串聯(lián)電阻R。這樣就采用RC回路來(lái)進(jìn)行抑制。電容值:C=2510-3IT=410-311.92=4.24F (3.32)電阻值： R=13LB/C1/2=21.98/0.062/1=1.37 (3.33)式中： IT：器件的額定電流，LB：變壓器每相的漏感。過(guò)電流保護(hù)由于過(guò)載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)通和反向擊穿，以及在逆變時(shí)換流失敗等原因，都會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流。過(guò)電流的保護(hù)措施有數(shù)種，我們這里采用快速熔斷器來(lái)防止晶閘管過(guò)電流的損壞。其原理圖如下：四、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)（一）電流環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示：電流環(huán)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算：1. 時(shí)間常數(shù)的確定（按表4.

43、1）（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)T:三相橋式電路的平均失控時(shí)間TS=0.0017s（2）電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi: 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有Toi=3.33ms因此取Toi=2ms=0.002s（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)Ti按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 Ti=Ts+Toi=0.0037s (4.1) Ts:整流裝置滯后時(shí)間常數(shù), Toi:電流濾波時(shí)間常數(shù)。（4）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)I5% 而且：TITi=0.03/0.0037=8.1110 (4.2)因此可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函為： WACRs=Kiis+1is (4.3)3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)

44、的計(jì)算ACR超前時(shí)間常數(shù)：i=TI=0.03s電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益，要求i5%時(shí)，應(yīng)取KITi=0.5,因此:KI=0.5/Ti=0.5/0.0037=135.1I/s (4.4)于是，ACR的比例系數(shù)為:Ki=KIiR/KS=135.10.030.5/0.0540=1.013 (4.5)4.調(diào)節(jié)器中的電阻及電容計(jì)算所用運(yùn)算放大器取R0=40K，各電阻和電容值計(jì)算如下：Ri=KiR0=1.01340K (4.6)取40KCo=i/Ri=0.03106/40103=0.75F (4.7)取0.75FCoi=4Toi/R0=40.2106/40103=0.2F (4.8)取0.2F電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖

45、4.3所示:(二) 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4.3所示：轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算：1時(shí)間常數(shù)的確定（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為:2Ti=0.0074s，（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)為:Ton,根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)為:Tn=2Ti+Ton=0.0174s2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為:WASRs=Knns+1ns (4.9)3. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5, ASR超前時(shí)間常數(shù)：n=hTn=50.01

46、74=0.087s (4.10)轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益：KN=h+1/2h2Tn2=5+1/2250.=369.4-2 (4.11)因此ASR的比例系數(shù)為：Kn=h+12h2Tn2=62250./s2=11.7 (4.12) 所用運(yùn)算放大器取R0=40K，各電阻和電容值計(jì)算如下:Rn=KnR0=11.740K=468K (4.13) 取470KCn=nRn=0.08706470103=0.185F (4.14) 取0.2FCon=4TonR0=40.011064103=1F (4.15) 取1F轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理圖如圖4.4所示：五、交流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的仿真（一）MATLAB簡(jiǎn)要介紹MATLAB是一種科學(xué)

47、計(jì)算軟件。MATLAB是MatrixLaboratory（矩陣試驗(yàn)室）的縮寫(xiě)，這是一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計(jì)算語(yǔ)言。早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題。由于它使用方便、輸入快捷、運(yùn)算高效、適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴(kuò)展的空間，因此特別受到用戶的歡迎，使它成為在科技界廣為使用的軟件，也是國(guó)內(nèi)外高校教學(xué)和科學(xué)研究的常用軟件。MATLAB由美國(guó)Mathworks公司于1984年開(kāi)始推出，歷經(jīng)升級(jí)，到2001年已經(jīng)有了6.0版，現(xiàn)在MATLAB6.1、6.5、7.0版都已相繼面世。MATLAB比較易學(xué)，它只有一種數(shù)據(jù)類型（即64位雙精度二進(jìn)制），一種標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出語(yǔ)句，它用解釋方式工作，不需要編譯。1993年出現(xiàn)了SIMULINK，這是基于框圖的仿真平臺(tái)，SIMULINK掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB的強(qiáng)大計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算，尤其是不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊庫(kù)，為系統(tǒng)的仿真提供了極大的便利。在SIMULINK平臺(tái)上，拖拉和連接典型的模塊就可以繪制仿真對(duì)象的模型框圖，并對(duì)模型進(jìn)行仿真。在SIMULINK平臺(tái)上，仿真模型的可讀性很強(qiáng)，這就避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函數(shù)仿真時(shí)，需要記憶大量的M函數(shù)的麻煩，對(duì)廣大的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是好的福音，現(xiàn)在的MATLAB都同時(shí)捆綁了SIM