畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.2kw交流電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2.2kw交流電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要串級調(diào)速是通過繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢而產(chǎn)生的。它屬于變轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)串級調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級調(diào)速可以將異步電動機(jī)的功率加以應(yīng)用（回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動機(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)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和電動機(jī)定子側(cè)的無功功率。這種雙饋調(diào)速的異步電動機(jī)可以超同步和亞同步運(yùn)行，不但可以工作在電動狀態(tài)，而且可以工作在發(fā)電狀態(tài)。雙饋串級調(diào)速能實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別

2、是晶閘管低同步串級調(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)鍵詞：異步電動機(jī)；串級調(diào)速；原理；基本類型2.2kw alternating current motor concatenation control system designabstract cascade speed through the wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. it is a change to slip to achieve the cascade

3、governor. and the rotor string resistance in different ways, cascade speed asynchronous motor can be applied in power. (grid or feedback into mechanical energy sent back to motor shaft), high efficiency. the so-called double-fed governor, refers to power were fed into the induction motor stator wind

4、ings and rotor winding. usually stator windings access frequency power supply, will be received rotor winding frequency, amplitude, phase and phase sequence, we can adjust asynchronous motor torque, speed and motor stator side of the reactive power. this double-fed governor of the induction motor ca

5、n be super-synchronous and sub-synchronous operation, not only can work in the electrical state, but can also work in the state of power generation it can achieve a smooth-speed, low speed when the mechanical properties are relatively hard. scr especially low speed synchronous cascade system, the te

6、chnical difficulty of small, relatively sound performance and thus access to a wide range of applications.keywords: asynchronous motor; cascade speed; principle; basic types目 錄摘 要iabstractii第一章 概 述11.1交流電動機(jī)調(diào)速的發(fā)展概況11.2 串級調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)21.3 與變頻調(diào)速方式的比較及應(yīng)用3第二章 雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的組成42.2串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型52

7、.3 調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)82.4串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式92.5 異步電動機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性112.6 異步電動機(jī)串級調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路13第三章 串級調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計(jì)算與選擇173.1 異步電動機(jī)容量的選擇173.2 轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇17第4章 電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)294.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)294.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)31第五章 交流串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真345.1 matlab簡要介紹345.2晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真355.2.1系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置355.2.2系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置385.2.3 系統(tǒng)的仿真，仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析38第六章 結(jié)束語40參考文獻(xiàn)41謝

8、辭42附 錄43第一章 概 述1.1交流電動機(jī)調(diào)速的發(fā)展概況縱觀電力傳動的發(fā)展過程，交直流兩種傳動方式共存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中。在電力電子技術(shù)發(fā)展之前，直流電動機(jī)幾乎占壟斷地位。對于直流電動機(jī)只要改變電動機(jī)的電壓或者勵磁電流就可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，且電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩容易控制，具有良好的動態(tài)性能。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，它們相互競爭、相互促進(jìn)。 交流電動機(jī)，特別是鼠籠式異步電動機(jī)與直流電動機(jī)相比具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：制造成本低；重量輕；慣性?。豢煽啃院瓦\(yùn)行效率高；維修工作量小；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。正是由于交流電動機(jī)

9、的這種優(yōu)勢，使它在電力拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍比直流電動機(jī)廣泛得多，約占整個(gè)電力拖動總?cè)萘康?0%以上；但同時(shí)交流電動機(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)

10、速或特殊環(huán)境下應(yīng)用的場合，交流調(diào)速系統(tǒng)已顯示出無比的優(yōu)越性，電氣傳動交流化的時(shí)代隨之而來。根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： (1.1) 式中: :電機(jī)極對數(shù) :供電電源頻率:電機(jī)轉(zhuǎn)差率 因此，異步電動機(jī)有三種基本的調(diào)速方式，即改變極對數(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機(jī)串級調(diào)速具有結(jié)構(gòu)簡單，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。串級調(diào)速的控制方法多采用電動機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)pi控制。其結(jié)構(gòu)與直流電動機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)類似。但是，交流電動機(jī)中的電磁關(guān)系遠(yuǎn)比直流電動機(jī)中的電磁關(guān)系復(fù)雜。而且，串級調(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

11、種雙閉環(huán)串級調(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。1.2 串級調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn) 串級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)主要是：(1)調(diào)速范圍較大，但是過載能力隨轉(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，這也成了限制調(diào)速范圍擴(kuò)大的一個(gè)因素。對于鼓風(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)速電路很容易通過對導(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壵{(diào)速時(shí)的機(jī)械特性的直線部分的硬度較大(如圖2)，甚至較固有機(jī)械特性大。(4

12、)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好，由前面內(nèi)容可知，串級調(diào)速回收了大部分轉(zhuǎn)差功率，保證了電動機(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)吸取無功功率(建立內(nèi)部磁場)，造成整個(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，會對電網(wǎng)造成污染。(3)串級調(diào)速只能用于繞線式異步電動機(jī)。1.3 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

13、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)速的場合，如軋鋼等，不適合以節(jié)電為主要目的調(diào)速運(yùn)行。內(nèi)反饋串級調(diào)速與變頻調(diào)速同屬高效調(diào)速方式，但其通過電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組將高壓問題轉(zhuǎn)化成低壓問題來處理，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)體器件的耐壓問題，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)

14、電效果。第二章 雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于串級調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的靜差率較大，所以開環(huán)控制系統(tǒng)只能用于對調(diào)速精度要求不高的場合。為了提高靜態(tài)調(diào)速精度，并獲得較好的動態(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)生電氣制動作用，所謂動態(tài)性能的改善只是指起動與加速過程性能的改善，減速過程只能靠負(fù)載作用自由降速。2.1雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的組成 圖2.1所示為雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號取自異步電動機(jī)軸上連接的測速發(fā)電機(jī)，電流反饋信號取自逆變器交流側(cè)的電流互感器，也可通過霍爾變換器或直流互感

15、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。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)速與動態(tài)恒流的作用。所不同的是它的控制作用都是通過異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路實(shí)現(xiàn)的。2.2串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(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調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子直流回路的動態(tài)電壓平衡方程式： (2.1)式中: :當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)子整流器輸出的空載電壓, (

16、2.2):逆變器直流側(cè)的空載電壓, (2.3):轉(zhuǎn)子直流回路總電感, (2.4):折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的異步電動機(jī)每相漏感， (2.5):折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相漏感， (2.6):平波電抗器電感, :轉(zhuǎn)差率為時(shí)轉(zhuǎn)子直流回路等效電阻: (2.7)于是式(2.1)可改寫成: (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): (2.9)式中：:轉(zhuǎn)子直流回路的時(shí)間常數(shù)， ， :轉(zhuǎn)子直流回路的放大系數(shù)，轉(zhuǎn)子直流回路的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示。需要指出，串級調(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)和放大系數(shù)都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，它們是非定常數(shù)。(2) 異步電動機(jī)的傳遞函數(shù)異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)

17、矩為: (2.10)電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式為: (2.11)或?qū)懗?: (2.12) 式中:負(fù)載轉(zhuǎn)矩,:所對應(yīng)的等效直流電流,由此可得異步電動機(jī)在串級調(diào)速時(shí)的傳遞函數(shù)為: (2.13)其中為機(jī)電時(shí)間常數(shù)，與、都有關(guān)系，所以也不是常數(shù)，而是和的函數(shù)。(3) 串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖把圖2.1 中的異步電動機(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)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.4所示。 2.3 調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)校正一般主要按抗擾性能考慮，即應(yīng)使系統(tǒng)在負(fù)載擾動時(shí)有良好的動態(tài)響應(yīng)。在采用工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，可

18、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)。但是串級調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子直流回路的時(shí)間常數(shù)及放大系數(shù)都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而異步電動機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)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)帶來一定的困難。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以先在確定的轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流的前提下，求出各傳遞函數(shù)中的參數(shù)。例如，按照要求的最大轉(zhuǎn)差率或平均轉(zhuǎn)差率來確定轉(zhuǎn)速，按額定負(fù)載或常用的實(shí)際負(fù)載來選定電流，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)檢測得到的轉(zhuǎn)速

19、和電流查表調(diào)用，就可以得到滿意的動態(tài)特性。2.4串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式串級調(diào)速系統(tǒng)是依靠逆變器提供附加電動勢而工作的，為了使系統(tǒng)工作正常，對系統(tǒng)的起動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，而使晶閘管無法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式通常有間接起動和直接起動兩種。(1) 間接起動大部分采用串級調(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，特別對于風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等機(jī)械，其調(diào)速范圍本來就不大，串級調(diào)速裝置的容量可以選擇比電動機(jī)小得多。為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，須采用間接起

20、動方式，即將電動機(jī)轉(zhuǎn)子先接入電阻或頻敏變阻器起動，待轉(zhuǎn)速升高到串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最低轉(zhuǎn)速時(shí)，才把串級調(diào)速裝置投人運(yùn)行。由于這類機(jī)械不經(jīng)常起動，所用的起動電阻等都可按短時(shí)工作制選用，容量與體積都較小。從串電阻起動換接到串級調(diào)速可以利用對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測或利用時(shí)間原則自動控制。圖2.5所示是間接起動控制原理圖。起動操作順序如下：先合上裝置電源總開關(guān)，使逆變器在下等待工作。然后依次接通接觸器，接人起動電阻，再接通，把電機(jī)定子回路與電網(wǎng)接通，電動機(jī)便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動。待起動到所設(shè)計(jì)的時(shí)接通，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級調(diào)速裝置，同時(shí)斷開，切斷起動電阻，此后電動機(jī)就可以串級調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)

21、行。不允許在未達(dá)到設(shè)計(jì)最低轉(zhuǎn)速以前就把電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級調(diào)速裝置聯(lián)通，否則轉(zhuǎn)子電壓會超過整流器件的電壓定額而損壞器件，所以轉(zhuǎn)速檢測或起動時(shí)間計(jì)算必須準(zhǔn)確。停車時(shí)，由于沒有制動作用，應(yīng)先斷開，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路與串級調(diào)速裝置脫離，再斷開，以防止當(dāng)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。如果生產(chǎn)機(jī)械許可，也可以不用檢測最低轉(zhuǎn)速自動控制，而讓電動機(jī)在串電阻方式下起動到最高速，切換到串級調(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。但電動機(jī)要先升到最高轉(zhuǎn)速，再通過減速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，對于有些生產(chǎn)機(jī)械是不允許的。(2) 直接起動直

22、接起動又稱串級調(diào)速方式起動，用于可在全范圍調(diào)速的串級調(diào)速系統(tǒng)。在起動控制時(shí)讓逆變器先于電動機(jī)接通交流電網(wǎng)，然后使電動機(jī)的定子與交流電網(wǎng)接通，此時(shí)轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)，可防止因電動機(jī)起動時(shí)的合閘過電壓通過轉(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)?，此時(shí)不需要起動電阻。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，直流回路無電流，電動機(jī)尚不能起動。待發(fā)出給定信號后，隨著夕的增大，逆變電壓降低,產(chǎn)生直流電流，電動機(jī)才逐漸加速，直至達(dá)到給定轉(zhuǎn)速。2.5 異步電動機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性在串級調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量、分別與異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩

23、有關(guān)。因此，可以從電動機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步電動機(jī)在串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。1.異步電動機(jī)串級調(diào)速機(jī)械特性的特征(1)理想空載轉(zhuǎn)速在異步電動機(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。在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的極對數(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)。當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)（），轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成 : (2.14):異步電動機(jī)在串級調(diào)速時(shí)對應(yīng)于某一 角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取，則: (2.15)由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速為： (2.16)式中:異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速. (

24、2)特性分析:從式（1.2）和式（1.3）可知，在串級調(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（1.1）還可看出，在不同的角下，異步電動機(jī)串級調(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 串級調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(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，異步電動機(jī)串級調(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

25、最高速的特性上（）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，使串級調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。 這樣，串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性便如圖2.6所示。 2.6 異步電動機(jī)串級調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路從圖1.1中可以看出，異步電動機(jī)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動機(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

26、頻率是一樣的，而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢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：（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窮大，直流電流波形平直；（3）忽略電動機(jī)勵磁阻抗的影響。換相重疊現(xiàn)象： 設(shè)電動機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動勢為、。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時(shí)

27、，必有器件間的換相過程，這時(shí)處于換相中的兩相電動勢同時(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: (2.17)其中: :時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。由式2.7可知，換相重疊角隨著整流電流的增大而增加。當(dāng) 較小，在之間時(shí)，整流電路中各整流器件都在對應(yīng)相電壓波形的自然換相點(diǎn)處換流，整流波形正常。當(dāng)電流增大到角大于時(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。由此可見，串級調(diào)速時(shí)的異步電動機(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) （1）

28、第一種工作狀態(tài)的特征是: , (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)。（2）第二種工作狀態(tài)的特征是: ， (2.19) 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)，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)。（3）當(dāng)時(shí)，整流電路中會出現(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，此后保持為，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)。圖2.9 轉(zhuǎn)子整流電路第三章 串級調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計(jì)算與選擇3.1 異步電動機(jī)容量的選擇考慮到異步電動機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩的降低，功率因數(shù)的降低和

29、轉(zhuǎn)子損耗增大等因素，不論對于新設(shè)計(jì)的或是改造的都應(yīng)對異步電動機(jī)的容量進(jìn)行重新選擇的計(jì)算，串級調(diào)速異步電動機(jī)的容量計(jì)算如下： (3.1) ：串級調(diào)速系數(shù)，一般取1.2左右。對于在長期低速運(yùn)行的串級調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)該取大一點(diǎn)。 ：按照常規(guī)運(yùn)算方式計(jì)算的電動機(jī)容量。該電機(jī)定額為連續(xù)定額，基本防護(hù)等級為，基本冷卻方法為，基本結(jié)構(gòu)和安裝方式為表3.1電機(jī)型號 mdxma100-22額定功率2.2kw額定電流4.8/8.3a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)0.80控制裝置型號jc4-800a/800v3.2 轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇（1）最

30、大轉(zhuǎn)差率: (3.2)式中： ：電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，近似等于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 ：串級調(diào)速系統(tǒng)的最低工作轉(zhuǎn)速 (3.3)轉(zhuǎn)差率: (3.4)最大轉(zhuǎn)差率: (3.5) 調(diào)速范圍 : (3.6)（2）轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓: (3.7)式中：轉(zhuǎn)子開路相電勢 ：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見表1：表3.2:變流器主電量計(jì)算系數(shù)符號三相帶中線三相橋雙三相橋串聯(lián)雙三相橋并聯(lián)0.3670.3670.3670.1840.671.352.71.350.5770.8150.8160.4080.4720.8161.5780.7891.351.051.031.0312410.8660.50.260.520.260.52 (3

31、.8)（3）最大直流整流電流: (3.9)式中： ：電動機(jī)的電流過載倍數(shù)，近似等于轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)2, ：轉(zhuǎn)子線電流額定值,：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見表3.2 ：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值 , 考慮到轉(zhuǎn)子電流畸變等因素的影響而引如的系則: (3.10)(4) 整流二極管的選擇: a.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，則每個(gè)二極管的反向重復(fù)峰值為 (3.11)式中： 電壓計(jì)算系數(shù)，見表3.2， ：轉(zhuǎn)子開路相電勢， ：均壓系數(shù)，一般取0.9,對于元件不需要串聯(lián)時(shí)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(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： (3

32、.12) b. 整流二極管電流的選擇在大容量串級調(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)為則每個(gè)整流二極管的電流計(jì)算如下： (3.13)式中： ：電流計(jì)算系數(shù)，見表3.2, ：轉(zhuǎn)子整流器最大直流整流電流, ：均流系數(shù)。其值可取。對于元件不并聯(lián)的情況下取1（5）逆變器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇a.逆變變壓器的參數(shù)計(jì)算 對于不同的異步電動機(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，因此一般串級調(diào)速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。（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： (

33、3.14)式中： ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓, ：轉(zhuǎn)子整流器最大輸出直流電壓, ：整流電壓計(jì)算系數(shù)。見上表,：最小逆變角，一般取30o（2）逆變變壓器二次側(cè)線電流： (3.15)式中： ：逆變變壓器二次側(cè)線電流 ：整流電流計(jì)算系數(shù)。見上表：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： (3.16)式中：逆變變壓器一次側(cè)線電流 ：變壓器一次側(cè)線電流計(jì)算系數(shù)。見上表 ： 逆變變壓器的變比(4) 逆變變壓器等值容量： (3.17)式中：變壓器等值容量計(jì)算系數(shù)，見上表.b.晶閘管的參數(shù)計(jì)算（1）晶閘管額定電壓的選擇在大容量晶閘管串級調(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

34、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： (3.18)式中：電壓計(jì)算系數(shù)，如上表, ：均壓系數(shù)，其值可取。對于元件不需串聯(lián)的情況下取1, ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓.（2）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，則每個(gè)晶閘管的額定電流為: (3.19)式中：電流計(jì)算系數(shù)，見上表,：轉(zhuǎn)子整流器最大直流整流電流,：均流系數(shù)。其值可取。對于元件不并聯(lián)的情況下取1.(6)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：1.使串級挑速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)；2.減小電流脈動，把直流回路中的脈動分量在電動機(jī)轉(zhuǎn)子中造成的附加損耗控制在允許的

35、范圍內(nèi)。平波電抗器的電感量計(jì)算如下：a.保證電流連續(xù)所需要的電感量: - (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, ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓, ：系數(shù)，見上表,：直流回路最小工作電流 （a）, ： 異步電動機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的每相電感量, ： 逆變變壓器折算到二次側(cè)的每相電感量.b. 限制電流脈動的電感量: (3.21)式中：限制電流脈動的電感系數(shù)（ms），其值從表2中查,：允許的電流脈動率，一般可取10%左右。表3.3:電感量計(jì)算系數(shù)短路電壓百分值的感抗分量三相帶中線三相橋雙三相橋串聯(lián)或并聯(lián)1.930450111830400861730360066163

36、0320048c. 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:流過電抗器的電流和電抗器的電感量。（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: (3.22):要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值為,（2）平波電抗器電感的計(jì)算:電動機(jī)的電樞電感= (3.23) 式中:極對數(shù)() （無補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)） （有補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)）:變壓器二次測每相的漏電感 (3.24):變壓器的短路

37、比,對于100kva以下的變壓器: :平波電抗器的電感 (3.25)（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。為了使器件能長期的運(yùn)行，必須采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置。1.過電壓保護(hù)凡超過晶閘管正常工作時(shí)承受的最大峰值電壓的都算過電壓，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)峰值電壓和以下

38、。(1)交流側(cè)過電壓保護(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)過電壓保護(hù)電容c和電阻r的公式： (3.26) (3.27)其中： :變壓器每相平均計(jì)算容量, :變壓器二次相電壓有效值, :變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù),100kva以下 (3.28):變壓器的短路比,100kva以下 (3.29)由以上的公式可得: (3.30) (3.31) 變壓器二次側(cè)阻容裝置參數(shù)計(jì)算：表3.4 變壓器連接及阻容選擇變壓器接法單相三相、二次聯(lián)結(jié)三相二次聯(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1/3c3cc電阻3r1/3rr則根據(jù)上表得到: 電容=c/3=3

39、.37f 電阻=3r=24.21 b.壓敏電阻保護(hù)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。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:(壓敏電阻承受的額定電壓峰值)c.晶閘管關(guān)斷過電壓保護(hù)晶閘管在開關(guān)過程中瞬時(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。為了使開關(guān)過程中的電壓分配均勻，應(yīng)對晶閘管并聯(lián)電容c。為了防止晶閘管導(dǎo)通瞬間，電容c對晶閘管放電造成過大的，還應(yīng)在電容支路中串聯(lián)電阻r。這樣就采用rc回路來進(jìn)行抑制。電容值: (3.32)電阻值： (3.33)式中：器件的額定電流，

40、：變壓器每相的漏感。d.過電流保護(hù)由于過載短路，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，都會產(chǎn)生過電流。過電流的保護(hù)措施有數(shù)種，我們這里采用快速熔斷器來防止晶閘管過電流的損壞。其原理圖如下：第4章 電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)4.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)電流環(huán)的動態(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4.1）（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)t:表4.1 整流電路形式平均失控時(shí)間（ms）單相半波10單相橋式（全波）5三相半波3.33三相橋式，六相半波1.67三相橋式電路的平均失控時(shí)間（2）電流濾波時(shí)間常數(shù):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)有因此

41、?。?）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 （4.1）:整流裝置滯后時(shí)間常數(shù),:電流濾波時(shí)間常數(shù)。（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)而且: （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： （4.3）3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算acr超前時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益，要求時(shí)，應(yīng)取 ,因此: （4.4）于是，acr的比例系數(shù)為： （4.5）3.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： （4.6）取40k （4.7）取0.75f （4.8）取0.2f電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖4.2所示：4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(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)

42、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: ,（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)為:,根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)為:2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求無靜差，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： (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)： （4.10）轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： （4.11）因此asr的比例系數(shù)為： （4.12）所用運(yùn)算放大器取=40k，各電阻和電容值計(jì)算如下： （4.13）取470k （4.14）取0.2f （4-15）取1f轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原

43、理圖如圖4.4所示：第五章 交流串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真5.1 matlab簡要介紹matlab是一種科學(xué)計(jì)算軟件。matlab是matrix laboratory（矩陣試驗(yàn)室）的縮寫，這是一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計(jì)算語言。 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，也是國內(nèi)外高校教學(xué)和科學(xué)研究的常用軟件。matlab由美國math works公司于1984年開始推出，歷經(jīng)升級，到2001年已經(jīng)有了6.0版，現(xiàn)在matlab

44、6.1、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，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，為系統(tǒng)的仿真提供了極大的便利。在simulink平臺上，拖拉和連接典型的模塊就可以繪制仿真對象的模型框圖，并對模型進(jìn)行仿真。在simulink平臺上，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

45、要記憶大量的m函數(shù)的麻煩，對廣大的工程技術(shù)人員來說，這無疑是好的福音，現(xiàn)在的matlab都同時(shí)捆綁了simulink，matlab不再是單純的“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，已經(jīng)成為了一個(gè)高級計(jì)算和仿真平臺。simulink原本是為控制系統(tǒng)的仿真建立的工具箱，在使用中易編程、易拓展，并且可以解決matlab不易解決的非線性、變系數(shù)等問題。它能支持離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)的仿真、支持連續(xù)離散混合的系統(tǒng)仿真等。從simulink4.1版開始，有了電力系統(tǒng)模塊庫，該模塊庫主要由加拿大hydro quebec和tecsim international公司共同開發(fā)。在simulink環(huán)境下用電力系統(tǒng)模塊庫的模塊，可以方便地進(jìn)

46、行rlc電路、電力電子電路、電機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真。本設(shè)計(jì)中電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的仿真就是在matlab/simulink環(huán)境下，主要使用電力系統(tǒng)模塊庫和simulink兩個(gè)模塊庫進(jìn)行。通過電力電子電路和電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真，不僅展示了matlab/simulink的強(qiáng)大功能，并且可以學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)仿真的方法和技巧，研究電路和系統(tǒng)的原理和性能。5.2晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真5.2.1系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置1主電路的建摸和參數(shù)設(shè)置 晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對稱交流電壓源，繞線式交流異步電動機(jī)，二級管轉(zhuǎn)子整流器，平波電抗器，晶閘管逆變器，逆變變壓器，電機(jī)測試信號分配器等部分組成

47、。圖5.1是晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)除三相對稱交流電源，電機(jī)信號分配器之外的主電路子系統(tǒng)仿真模型。圖5.2是晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)主電路子系統(tǒng)接上同步觸發(fā)脈沖器，測試信號分配器等模塊后的仿真模型。 在圖5.1和5.2的仿真模型中，同步脈沖觸發(fā)器，電機(jī)測試信號分配器，平波電抗器，交流繞線式異步電動機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置在前面已討論，此處主要討論二級管轉(zhuǎn)子整流器，晶閘管逆變器，逆變變壓器的建模和參數(shù)設(shè)置問題。（1） 二級管轉(zhuǎn)子整流器建模和參數(shù)設(shè)置。在三相電氣子模塊庫中，找到“6脈沖二級管橋”模塊，并將其標(biāo)簽為“轉(zhuǎn)子整流橋”圖5.3是“轉(zhuǎn)子整流器”的參數(shù)設(shè)置情況。（2） 晶閘管逆變器的建模和參數(shù)設(shè)置。同樣在三相電

48、氣子模塊庫中，找到“6脈沖晶閘管橋”模塊，并將其標(biāo)簽為“逆變橋”。圖5.4是“晶閘管逆變器”的參數(shù)設(shè)置情況。（3） 逆變變壓器的建模和參數(shù)設(shè)置。還是在三相電氣子模塊庫中，找到“ygy線性變壓器”模塊，并將其標(biāo)簽為“ygy逆變變壓器”。圖5.5是“逆變變壓器”的參數(shù)設(shè)置情況。將各模塊按電氣原理結(jié)構(gòu)圖所示的關(guān)系連接，就可得到上述仿真模型。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)建的晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖5.6所示。其中的子系統(tǒng)由圖5.2封裝得到。2控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置由圖5.6可知，晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的控制電路包括給定環(huán)節(jié)，速度調(diào)節(jié)器asr，電流調(diào)節(jié)器acr，三個(gè)限幅器，速度和電流反饋環(huán)節(jié)等。這些與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路仿真模型沒有什么區(qū)別，同步脈沖觸發(fā)器也一樣。晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)比較復(fù)雜，為了得到較好的性能，在控制電路的參數(shù)設(shè)置時(shí)，需要進(jìn)行多次試探加以摸索，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。5.2.2系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)比較后，所選擇的算法為ode15tb;仿真start time設(shè)為0；st