基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

遼寧工程技術大學 1 前言 現(xiàn)代工業(yè)的電力拖動一般都要求局部或全部的自動化，因此必然要與各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，而電力拖動則可視為自動化電力拖動系統(tǒng)的簡稱。在這一系統(tǒng)中可對生產(chǎn)機械進行自動控制。 隨著近代電力電了技術和計算機技術的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應用，自動化電力拖動正向著計算機控制的生產(chǎn)過程自動化的方向邁進。以達到高速、優(yōu)質、高效率地生產(chǎn)。在大多數(shù)綜合自動化系統(tǒng)中，自動化的電力拖動系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成部分。另外，低成本自動化技術與設備的開發(fā)，越來越引起國內外的注意。特別對于小型企業(yè)，應用適用技 術的設備，不僅有益于獲得經(jīng)濟效益，而且能提高生產(chǎn)率、可靠性與柔性，還有易于應用的優(yōu)點。自動化的電力拖動系統(tǒng)更是低成本自動化系統(tǒng)的重要組成部分。 通常把電力電子技術分為電力電子器件制造技術和變流技術兩個分支。變流技術也稱為電力電子器件的應用技術，它包括用電力電子器件構成各種電力變換電路和對這些電路進行控制的技術，以及由這些電路構成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術。 控制理論廣泛用于電力電子技術中，它使用電力電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們日益增長的各種需求。電力電子技術可以看成是弱電控制強電的技術，是弱電與強 電這兩者的結合。自動控制理論則是實現(xiàn)這種結合的一條強有力的紐帶。另外，控制理論和自動化技術密不可分，而電力電子裝置則是自動化技術的基礎元件和重要支撐技術。 本設計報告首先根據(jù)設計要求確定調速方案和主電路的結構型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)確定下來后，重在對電路各元件參數(shù)的計算和器件的選型，包括整流變壓器 、整流元件、平波電抗器、保護電路以及電流和轉速調節(jié)器的參數(shù)計算，從而達到設計要求。 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 2 1 串級調速系統(tǒng) 1.1 主電路方案的確定 全面比較單閉環(huán)和雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，把握系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能，選擇最適合設計要求的虛 擬控制電路。根據(jù)系統(tǒng)實際，選擇 轉速，電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。 對于交流異步電動機轉差功率消耗型調速系統(tǒng)，當轉速較低時轉差功率消耗較大，從而限制了調速范圍。如果要設法回收轉差功率，就需要在異步電動機的轉子側施加控制，此時可以采用繞線轉子異步電動機。常見的繞線轉子異步電動機用轉子回路串電阻調速，這種調速方法簡單、操作方便且價格便宜，但在電阻上將消耗大量的能量，效率低，經(jīng)濟性差，同時由于轉子回路附加電阻的容量大，可調的級數(shù)有限，不能實現(xiàn)平滑調速。為了克服上述缺點，必須尋求一種效率較高、性能較好的繞線轉子異步電動機轉差 功率同饋型調速方法，串級調速系統(tǒng)就是一個很好的解決方案。 串級調速是通過繞線式異步電動機的轉子回路引入附加電勢而產(chǎn)生的。它屬于變轉差率來實現(xiàn)串級調速的。與轉子串電阻的方式不同，串級調速可以將異步電動機的功率加以應用（回饋電網(wǎng)或是轉化為機械能送回到電動機軸上），因此效率高。它能實現(xiàn)無級平滑調速，低速時機械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級調速系統(tǒng)，技術難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應用。 1.2 系統(tǒng)靜態(tài)及動態(tài)要求 若采用轉速負反饋和 PI調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜 差，不過當對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉矩，在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形，當電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。 若采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡 可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波 ， 而轉速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉矩）受到限制的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在系統(tǒng)遼寧工程技術大學 3 中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉速負反饋不同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，只靠轉速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動 態(tài)性能。 與帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于dmI時表現(xiàn)為轉速無靜差，這時，轉速負反饋起主調作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動保護。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。 1.3 串級調速原理及基本類型 假定異步電動機的外加電源電壓 LU 及負載轉矩 LK 都不變則電動機在調速前后轉子電流近似保持不變。若在轉子回路中引入一個頻率與轉子電勢相同，而相位相同或相反的附電勢addE則轉子電流為 ）（式常數(shù) 112020 rraddrsXREsEI式中： rR ：轉子回路電阻； 0rsX：轉子旋轉時轉子繞組每相漏抗 ； 0rE：轉子開路相電勢 ； 電動機在正常運行時，轉差率 s很小，故 rR 0rsX。忽略0rsX有 , 210 式常數(shù)addr EsE 上式中，0rK為取決于電動機的一個常數(shù)，所以，改變附加電勢可以改變轉差率 S，從而實現(xiàn)調速。 設當addE= 0 時電動機運行于額定轉速，即 NN ssnn , ,由 （ 式 1-2） 可見，當附加電動勢與轉 子相電勢相位相反時addE（前取負號），改變addE的大小，可在基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 4 額定轉速以下調速，這種調度方式稱為低同步串級調速，且附加電勢與轉子相電勢相位相同時（addE前取正號），改變addE的大小，可在額定轉速以上調速，這種調度方式稱為超同步串級調速（即 s 0）。 串級調速四種基本狀態(tài)方式下能量傳遞方式如 圖 1-1 所 示，圖中不計電動機內部各種損耗，即認定定子輸入功 率 P即為轉子輸出功率。 圖 1-1 串級調速系統(tǒng)的基本狀態(tài)方式 晶閘管低同步串級調速系統(tǒng)是在繞線轉子異步電動機轉子側用大功率的晶閘管或二極管，將轉子的轉差頻率交流電變?yōu)橹绷麟姡儆镁чl管逆變器將轉子電流返回電源以改變電機轉速的一種調速方式。 電氣 串級調速系統(tǒng) 原理圖， 見圖 1-2 遼寧工程技術大學 5 圖 1-2 電氣串級調速系統(tǒng)原理圖 1.4 電動機供電方案 的確定 變電壓調速是直流調速系統(tǒng)用的主要方法，調節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有 3種：旋轉電流機組，靜止可控整流器 ，直流斬波器和脈寬調制變換器。旋轉變流機組簡稱 G-M系統(tǒng)，用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。適用于調速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。用靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調直流靜止可控整流器又稱 V-M系電壓。通過調節(jié)觸發(fā)裝置 GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 Ud，從而實現(xiàn)平滑調速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調制交換器采用 PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調制變換 器產(chǎn)生可變的平均電壓。受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設計的技術要求和特點選 V-M系統(tǒng)。 在 V-M 系統(tǒng)中，調節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓 Ud。 由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈 動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應快、 體 積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 6 在一般情況下，晶閘管變流裝置所需的交流電供電壓與電網(wǎng)往往不一致。另外為了減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求能夠隔離，所以通常要配用整流變壓器。為了抑制諧波干擾，一般采用 接法的整流變壓器。 考慮到異步電動機輸出的最大轉矩的降低，功率因數(shù)的降低和轉子損耗增大等因素，不論對于新設計的或是改造的都應對異步電動機的容量進行 重新選擇的計算，串級調速異步電動機的容量 P 計算如下： Di PKP 式中 ，iK 串級調速系數(shù)，一般取 1.2 左右。對于在長期低速運行的串級調速系統(tǒng)，該取大一點 ； DP 按照常規(guī)運算方式計算的電動機容量。 從產(chǎn)品手冊中選擇的電動機容量 P DP 本設計采用內反饋串級 調速電機及其控制裝置技術手冊提供的有關數(shù)據(jù)設計而成。 該電機定額為連續(xù)定額 S1，基本防護等級為 IP23，基本冷卻方法為 ICO1，基本結構和安裝方式為 IBM3。 控制電機型號 JRNT1512-4 最高 /最低 轉速 1480/690r/min 額定功率 45kW 效率 95% 定子電壓 /電流 380V/85.9A 功率因數(shù) 0.87 轉子電壓 /電流 340V/81A 控制裝置型號 JC4-800A/800V 表 1-1 繞線式異步電動機 由于調速范圍小，且對動、靜態(tài)性能有一定性能要求，選用晶閘管串級調速雙 閉環(huán)調速系統(tǒng)比較合適。整流器采用三相橋式全控整流電路。 2 電動機容量校核 （一） 最大轉差率 DnnnS 111m in1m a x 式中 ： 1n ：電動機的同步轉速，近似等于電 動機的額定轉速 ； minn ： 串級調速系統(tǒng)的最低工作轉速 ； 遼寧工程技術大學 7 D ： 調速范圍 m inm axnnD 轉差率 S = （ 1500-1480） /1500 = 0.0133； 最大轉差率 Smax = (1480 690) / 1480 = 0.5337； 調速范圍 D = 1n / minn =1480/690=2.1449； （二） 轉子整流器的最大輸出電壓 DEKU rUVd 113 0m a x 式中： 0rE：轉子開路相電勢 ； UVK：整流電壓計算系數(shù)，見 表 2-1； 則 VUd 8.9115.21134035.1m a x （三） 最大直流整流電流 dNMIVNMd IKII 1.11.1 2m a x 式中： M ：電動機的電流過載倍數(shù)，近似等于轉矩過載倍數(shù) 2； I2N ：轉子 線電流額定值 ； KIV ： 整流電壓計算系數(shù)，見 表 2-1； IdN：轉子整流器輸出直流電流額定值 ； IdN= I2N/ KIV； 1.1： 考慮到轉子電流畸變等因素的影響而引如的系數(shù) ； 型號 KIT KUT KUV KIV KIL STK KL K 三相帶中線 0.367 2 0.67 0.577 0.472 1.35 1 0.866 三相橋 0.367 2 1.35 0.815 0.816 1.05 2 0.5 雙三相橋串聯(lián) 0.367 2 2.7 0.816 1.578 1.03 4 0.36 0.52 雙三相橋并聯(lián) 0.184 2 1.35 0.418 0.789 1.03 1 0.26 0.32 表 2-1 變流器主電量計算系數(shù) 1 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 8 則 AId 188.219813.08121.1m a x （五） 最大直流整流電阻 0 3 2 2.0810 1 3 3.03 4 03 322ISEnnnsR（六） 定子電阻 0323.09.853 0133.038095.095.0111 3I nnn SUr 定轉子繞組的變比 kM = 06.1340 38095.095.021 E Unn 折算到轉子側的定子電阻 r1 = 0 2 8 7.00 3 2 3.006.1 2kr2m1 （七） 電動機額定轉矩 MNMNn PMnnn 29114804596559655 （八） 折算到轉子側的漏抗 4 4 1.006.10 3 2 3.00 3 2 3.02 9 122 1 0233 8 02 1 023222222122121MnMnM KrrMUX3 整流二極管的選擇 3.1 整流二極管電壓的選擇 設每個橋臂上串聯(lián)的整流二極管數(shù)目為 N=3，則每個二極管的反向重復峰值 KRMU為 遼寧工程技術大學 9 NKDEKUAVnUTK R M 113322 式中： UTK： 電壓計算系數(shù)，見上表 2-1； nE2：轉子開路相電勢 ； AVK：均壓系數(shù)，一般取 0.9。對于元件不要串聯(lián)時取 1 ； 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)的調速范圍 D 有關，調速范圍越高，元件承受的電壓越高 。 則： VUK R M 13639.0 15.21134035.15.1 3.2 整流二極管電流的選擇 在大容量串級調速系統(tǒng)中，需要將幾個整流二極管并聯(lián)使用。設并聯(lián)支路數(shù)為 Np = 3 則每個整流二極管的電流計算如下： PACdITF NKIKI m a x25.1 式中 ： K ：電流計算系數(shù)，見 表 2-1； I ：轉子整流器最大直流整流電流 ； K ：均流系數(shù)。其值可取 0.8 0.9， 對于元件不并聯(lián)的情況下取 1 ； AI F 937.1439.0 188.219184.0 4 逆變變壓器的參數(shù)計算 4.1 概述 對于不同的異步電動機轉子額定電壓和不同的調速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側電壓與其匹配；同時也希逐轉子電路與交流電網(wǎng)之間實行電隔離，因此一般串級調速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。 4.2 逆變壓器二次側參數(shù)的初步計算 （一） 逆變壓器二次側電壓 根據(jù)最低轉速時轉子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則確定： 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 10 m i nm a x2 co s UVdT KUU 式中 ： U ：逆變變壓器二次側線電壓 ； U ： 轉子整流器最大輸出直流電壓 ； K ： 整流 電壓計算系數(shù) ， 見表 2-1； ： 最小逆變角，一般取 30 ； 即， VUT 9086 6.067.08.912 （二） 逆變變壓器折算至直流側電抗 ， %5% ku取 03.0813 9005.03%22IUuXnTkT則， 折算到直流側等效電阻 024.081334001.0301.022IErnnT（三） 平波電抗器直流電阻 024.081334001.0301.022IErnnd（四） 在串級調速狀態(tài)運行時的額定轉速 當 S=1 時，電動機定子折算到直 流側的等效電阻為 1.73r1 ，故電動機額定轉矩 IIXrUM dndnMdkn m 273.11 101 IIrEn dndnn X 373.173.1565.9 121 考慮到換相重疊角 的影響，并經(jīng)線性 化處理，上式中 Idn 為 AAI I ndn 7.1068173.1 373.1 3 2 遼寧工程技術大學 11 則 mNmNM kn 1.2787.1067.106441.030287.073.134035.11500 565.9 轉矩降低系數(shù)為 96.0291 1.278 MMKnknM（五） 串級 調速狀態(tài)運行時最高轉速的確定 直流回路總等效電阻為 XrrrR TdTM mXm 222 式中 ， 電動機折算到直流側的等效電阻，可按功率相等的原則進行折算，即 rIrIrrI MnMdnn 273.1 3232221222 得 658.0093.03024.0019.00322.00287.073.1 R （六） 最大電流時的電動勢系數(shù)為 ： 1110m i n )/(306.01500 188.2191441.030287.073.134035.1/373.1 rVrnIXUC dmMde（七） 最 大轉速 ： m i n/1 0 2 7m i n/3 0 6.0 6 5 8.01 8 8.2 1 93 4 035.10m a x rrC RIUnedmd 則 m in/34 231m a xm i n rnn （八） 轉速降低系數(shù) 69.01 4 8 01 0 2 7m a x nnKnn（九）電動機 校驗 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 12 kWkWkWKpnL 4568.3769.026 或 kWkWkWKP pn 2605.3169.045 即，所選電動機符合要求。 所以， IIdmd 時 ， 換相重疊角 為 6028.533402441.0188.21921c o s221c o s 121 nMdmEXI 系統(tǒng)工作在第一工作區(qū)。 4.3 逆變變壓器 計算 77.01500 34215001m i n1m a x nnS n 逆變變壓器二次側線電壓 VVESU nTn 30330c os 34077.0c osm i n2m a x2 又因為 AII nT 8122 逆變變壓器計算容量為 AkWIUS TTnT 5.42108130333 322 逆變變壓器一次側電流 108.081330305.002.081330301.0301.057.6438034250032211XIUrUSITTTnTnnTTAA因此 R 修正為 R 664.0 遼寧工程技術大學 13 m i n/1024306.0 664.0188.21934035.10m a x rCedmd RIUn 符合前面所取的 nmax值 5 硅整流元件及晶閘管的選擇 （一） 參數(shù)計算 IKI dmIAVT )25.1()( 式中 368.0K I （ 三相橋式電路、電感性負載 ） AAI AVT 161121188.219368.0)25.1()( 取 AI AvT 150)( 因為 VVUU Tnm 42830322 2 VUU mT 1284856)32( 取 VU T 1200 選擇硅整流元件 ZP150-12六只，晶閘管 KP150-12六只。 （二）調速系統(tǒng)的 保護 晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。設計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否可靠地正常運行的關鍵。 （ 1） 過電壓保護 不能從根本上消除過電壓的根源，只能設法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內，這是過電壓保護的基思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非先行元件限制過電壓 的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。實用中常視需要在電路的不同部位選用不同的方法，或者在同一部位同時用兩種不同保 護方法。以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。 1、 交流側過電壓保護 本設計采用阻容保護 即在變壓器二次側并聯(lián)電阻 R和電容 C進行保護。如 圖 5-1 所示： 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 14 變壓器接法 單相 三相、二次聯(lián)結 三相二次聯(lián)結 阻容裝置接法 與變壓器二次側并聯(lián) Y聯(lián)結 D聯(lián)結 Y聯(lián)結 D 聯(lián)結 電容 1/3C 3C C 電阻 3R 1/3R R 表 5-1 變壓器連接及阻容選擇 對于三相電路， 和 的值可按 表 5-1 換算。 本系統(tǒng)采用 D-Y 連接。 S=1.9299KVA， U2=120V 變壓器勵磁電流百分數(shù) Iem 取值：當 S=1 10KVA 時，對應的 Iem=4 1， 所以 Iem取 3。 C 6IemS/U22= 6334103/1202=14.17F 選取 20F的鋁電解電容器。 變壓器短路電壓比選?。?S=1 10KVA， I =1 5，所以 I 取 3。 2.3 U22/S =2.31202/1.9299103 =9.37 即， 選取電阻為 ZB1-10 的電阻。 （二） 直流側過電壓保護 直流側保護可采用與交流側保護相同保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護 ,如圖 (3-2)所示。 U1MA=（ 1.8-2.2） UDC=(1.8-2.2) 230=414-460V 圖 5-1 阻容保護電路圖 遼寧工程技術大學 15 選 MY31-440/5 型壓敏電阻。允許偏差 +10（ 484V）。 晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 查 表 5-2； 晶閘管額定電流 /A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /F 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 電阻 / 100 80 40 20 10 5 2 圖 5-2 壓敏電阻保護的接法 抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 的 1.1 1.15 倍 得 C=0.1F， R=100。 選 R為 0.2F的 CZJD-2型金屬化紙介質電容器。 PR=fCUm210-6=500.210-6( 120)210-6=0.4510-6W 即 ， 選 R 為 20普通金屬膜電阻器， RJ-0.5。 二、 電流保護 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施。快速熔斷器可以安裝在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯(lián)。 1） 交流側快速熔斷器的選擇 I2=5.37A 選取 RLS-10 快速熔斷器，熔體額定電流 6A。 2）晶閘管串連的快速熔斷器的選擇 I=I2=5.37A， IT= 3.11A 選取 RLS-10快速熔斷器，熔體額定電流 4A。 3）電壓和電流上升率的限制 電壓上升率 ：正相電壓上升率 較大時，會使晶閘管誤導通。因 此作用于晶閘管的正相電壓上升率應有一定的限制。 造成電壓上升率 過大的原因一般有兩點：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管換相時相當于線電壓短路，換相結束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成 過大 。 限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使 降低。 電流上升率 ：導通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 16 壞。因此對晶閘管的電流上升率 必須有所限制。 產(chǎn)生過大的原因，一般有：晶閘管導通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直 流側保護電容充電；直流側負載突然短路等等。 限制 ，除在阻容保護中選擇合適的電阻外，也可采用與限制相同的措施，即在每個橋臂上串聯(lián)一個電感。 限制 和 的電感，可采用空心電抗器，要求 L（ 20 30） H；也可采用鐵心電抗器， L值可偏大些。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導線繞上一定圈數(shù)，或在導線上套上一個或幾個磁環(huán)來代替橋臂電抗器。 所以 ， 為了防止每個橋臂上串聯(lián)一個 30H 的電感。 6 平波電抗器電感量的計算 6.1 轉子直流回路平波電抗器的作用 一，使串級挑速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)； 二，減小電 流脈動，把直流回路中的脈動分量在電動機轉子中造成的附加損耗控制在允許的范圍內。 6.2 電感 的計算 一、電動機等效電感 mHmHfXL MM 4.1502 10441.02 10 313 二、逆變變壓器等效電感 mHmHfXL TT 34.0502 10108.02 10 313 三、 按電流連續(xù)要求的電感量 )(23m i n21 LIUKL TdTId L 式中 ， AIdndI 35.5%5m i n 693.0K I （ 三相橋式全控電路） 即， mHLd 24.19)34.04.1(27.1 0 605.033 0 36 9 3.01 遼寧工程技術大學 17 四、 按限制電流脈動要求的電感量 )(23/2 10)/( 23222 LLISUfUUL TMdniTnddmd 式中 ， Udm 最低次諧波電壓幅值 ； U2 逆變變壓器二次側相電壓有效值 ； fd 最低次諧波頻率，對于三相橋式電路 ； Si 電流脈動系數(shù)，要求 Si =0.05； 8.02UU dm （三相橋式全控電路） ； 則 ， mHL d 7.7)34.04.1(27.10605.0 3/3033002 108.0321 選取平波電抗器，當 I =106.7A 時電感量 為 8mH， I =5.35A 時電感量不小于 20mH。 7 啟動方式的確定 用串級調速裝置啟動時，啟動電流 AARUUI TndST 188.219296664.0 30c o s30334035.1c o s m i n20 由于 II dmST ，則需要在轉子回路中串聯(lián)頻敏變阻器啟動，待 S=0.79，即 n=315r/min時串級調速裝置再投入運行。 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 18 8 雙閉環(huán) 控制系統(tǒng) 的 參數(shù) 計算 一、 雙閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)計算 （ 1） 取速度給定電壓 VU gn 10 速度反饋系數(shù) 1m i nm a xmi n )/(0146.03421027 10 rVnn UK gnfn （ 2） 取電流給定電壓 VU gi 10 電流反饋系數(shù) AVIUKdmgifn /046.0188.21910 （ 3） 取電流調節(jié)器輸出電壓最大值 VU km 5 ； 晶閘管電壓放大倍數(shù) 5248.525 30c os303c os m i n2 kmTnVUUK （ 4） 晶閘管逆變器的滯后時間常數(shù) mssT V 7.10 0 1 7.0 低速時靜差率要求的速度降 m i n/42.334201.0m i n rnSn n 由于采用了抑止零點漂移的 PI 調節(jié)器，故穩(wěn)態(tài)時的速度降必須滿足 ： nIKK K dnfnnfi 則 9942.30 4 6.0 7.1 0 61 4 6.0 nK IKKfndnfin因為 ， RR nn K 0 取 kR 100 kR n 9 9 01099 若取 110Kn kR n 1 1 0 0 遼寧工程技術大學 19 電流環(huán) 110 KK ni kR i 1 1 0 0 故 m i n/08.3046.01107.106146.0 rKKIKnfnndnft 靜差率 01.00 09 0.03 4208.3m i n n nS nn （二） 雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)計算 由前述分析可知， KLn 與 TLn 均為轉差率 S 的函數(shù)，故電流環(huán)為非定常系統(tǒng)，但當SS max 時的 KLn 與 TLn 值可按定常系統(tǒng)設計，保證系統(tǒng)具有良好的性能。 （ 1）電流環(huán)參數(shù)計算 由 E 公式知，將 SS max 代入可以推得 XrrrSXK TdTMLn mmr 273.1273.112m a x1 93.1 msKLT LnLn 2693.134.04.1210 由于要求電流環(huán)超調量小，故電流環(huán)按典型 I 型系統(tǒng)設計。 取 ufC i 10 則 msmsCRT ii 5.24 1104 000 msTTT Vii 2.47.15.20 令 msT Lni 9.25 故， FRCRKRTKKLKiiiiiifiVi05.43.223.02.4146.052248.1320 基于串級調速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 20 （ 2）速度環(huán)參數(shù)計算 由于系統(tǒng)要求抗擾性能及跟隨性能好，轉速環(huán)按典型 型系統(tǒng)設計，且取 h=5。 取 msTT i 52 00 uFRTC nn 24000 msTTT inn 4.1320 msh T nn 67 轉速環(huán)截止頻率 1114512 12 1 shhc 又因為 11 1 92 1 sT 11 6 821 sTi 滿足 Tc 21及 T i21的條件，故電流環(huán)可等效為慣性環(huán)節(jié)。 則 2222206680134.052 152 1 sh TTKniN 若按 22 6703.81 sTKiN 兩種計算結果基本一致，取 2670 sK N 。 統(tǒng)飛輪矩按電動飛輪矩的 1.5 倍考慮，即 GD2=1.5 0.1=0.15N m 9 系統(tǒng)總體結構設計 9.1 供電系統(tǒng)的設計結構 圖 9-1 三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負載和反電動勢阻感負載供電（即用于直流遼寧工程技術大學 21 電機 傳動），下面主要分析阻感負載時的情況，對于帶反電動勢阻感負載的情況，只需在阻感負載的基礎上掌握其特點，即可把握其工作情況。 當 60o時， Ud 波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓 Ud 波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流 Id 波形不同，電阻負載時 Id 波形與 Ud 的波形形狀一樣。而阻感負載時 ， 由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。圖 6 和圖 7 分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負載 =0o和 =30o的波形。