交流電動機串級調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

1、word格式文檔遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：交流電機串級調(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: 090F31141095姓 名：梅雨停專 業(yè)：電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師：王旭東2016 年 3 月 1 日中國地質(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）指導(dǎo)教師指導(dǎo)意見表學(xué)生姓名：梅雨停 學(xué)號：090F31141095 專業(yè)： 電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 交流電機用級調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真才旨導(dǎo)教加息見：（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻資料的掌握；所用資料、實驗 結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻引用的規(guī)范性等。還須

2、明確指出論文中存在的問題和不足 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)時間中國地質(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（論文）評閱教師評閱意見表學(xué)生姓名：梅雨停 學(xué)號：090F31141095 專業(yè)：電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：交流電機管級調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真評閱意見：（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）修改意見：（針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意

3、見。）畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱成績（百分制）： 評閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評閱人姓名所在單位評閱時間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文交流電機用級調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨立完成， 不包含他人成果及使用過的材料 對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(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日專業(yè)整理摘 要審級調(diào)速是通過

4、繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢而產(chǎn)生的。它屬于變 轉(zhuǎn)差率來實現(xiàn)審級調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子用電阻的方式不同，用級調(diào)速可以將異步電動機的功 率加以應(yīng)用（回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機械能送回到電動機軸上），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 動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和電動機定子側(cè)的無功功率。這種雙饋調(diào)速的異步電動機可以超同步 和亞同步運行，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)。雙饋審級調(diào)速能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，低速時機械特性也比較硬。特別是晶閘管低同 步審級調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比

5、較完善，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：1、異步電動機2、用級調(diào)速3、原理4、基本類型目 錄一、概述1（一）交流電動機的發(fā)展概況 1（二）串級調(diào)速的優(yōu)缺點2（三）與變頻調(diào)速方式的比較與應(yīng)用 2二、雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 3（一）雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的組成 3（二）串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 4（三）調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計6（四）串級調(diào)速系統(tǒng)的啟動方式7（五）異步電動機串級調(diào)速時的機械特性 8（六）異步電動機串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路 9三、串級調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計算與選擇 12（一）串級調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計算與選擇 12（二）轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計算與元件選擇 12四、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計 2

6、1（一）電流環(huán)的設(shè)計21（二）轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計23五、交流串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真 25（一）MATLAB簡要介紹25（二）晶閘管串級調(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30致謝31參考文獻32、概述(一)交流電動機調(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，直流電動機幾乎占壟斷地位。對于直流電動機只要改變電動機的 電壓或者勵磁電流就可以實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速，且電動機的轉(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、

7、相互促進。交流電動機，特別是鼠籠式異步電動機與直流電動機相比具有一些突出的優(yōu)點：制 造成本低；重量輕；慣性??；可靠性和運行效率高；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 直流電動機廣泛得多，約占整個電力拖動總?cè)萘康?0%以上；但同時交流電動機本身是 一個非線性、強耦合的多變量系統(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

8、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)矩控制等實用系統(tǒng)，大大推進了交流 傳運控制技術(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代隨之而來。根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速公式：n=60? (1-s) PP：電機極對數(shù)?:供電電源頻率s :電機轉(zhuǎn)差率因此，異步電動機有三種基本的調(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用級調(diào)速具有結(jié)構(gòu)簡單，

9、高效節(jié)能等優(yōu)點，在工業(yè)中得到了 較廣泛的應(yīng)用。用級調(diào)速的控制方法多采用電動機電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)PI控制。其結(jié) 構(gòu)與直流電動機雙閉環(huán)系統(tǒng)類似。但是，交流電動機中的電磁關(guān)系遠(yuǎn)比直流電動機中的 電磁關(guān)系復(fù)雜。而且，用級調(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，這種雙閉環(huán)審級調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)計算，調(diào)試比較 困難，在設(shè)計中往往采用近似法，式湊法，反復(fù)調(diào)試才能得到較好的結(jié)果。（二）、串級調(diào)速的優(yōu)缺點用級調(diào)速的優(yōu)點主要是：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)速范圍擴大的一個因素。對于鼓風(fēng)機類負(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，品閘管調(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，因為審級調(diào)速時的機械特性的直線部分的硬度較大，甚至較固有機械特性大。4調(diào)速的經(jīng)濟性好，由前面內(nèi)容可知，用級調(diào)速回收了大部分轉(zhuǎn)差功率，保證了電動機的效率，減 小了電能的浪費。另外，由于整流逆變電路只需要對轉(zhuǎn)差功率進行調(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。審級調(diào)速的缺點：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 的同時還要從電網(wǎng)吸取無功功率（建立內(nèi)部磁場）

11、，造成整個調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)偏低，如 高速滿載運行時，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，將附帶產(chǎn)生較多諧波分量，會對電網(wǎng)造成污染。3申級調(diào)速只能用于繞線式異步電動機。（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機。但由于其控制功率是被控電機的視在功率，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，性能價格比隨電動機電壓升高和容量增大而明顯下降，甚至需要節(jié)電10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)

12、電為主要目的調(diào)速運行。內(nèi)反饋審級調(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， 是高壓恒速電機改成調(diào)速電機的最佳方案。 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)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計由于審級調(diào)速系統(tǒng)機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。由于審級調(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

13、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。（一）雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的組成圖2.1雙閉環(huán)控制的審級調(diào)速系統(tǒng)圖2.1所示為雙閉環(huán)控制的審級調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號取自異步 電動機軸上連接的測速發(fā)電機，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，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖輸出相位角為B - B 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轉(zhuǎn)子回路實現(xiàn)的。

14、圖2.2用級調(diào)速系統(tǒng)原理圖（a）主電路（b）等效電路（二）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審級調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子直流回路的動態(tài)電壓平衡方程式：sUd0-Uia = L+RId式中：Ud0：當(dāng)s=1時轉(zhuǎn)子整流器輸出的空載電壓Udo = 234Em8SQ 口Ui0：逆變器直流側(cè)的空載電壓，Uia = 234Er2cosL:轉(zhuǎn)子直流回路總電感，Ld:折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的異步電動機每相漏感(2.(1

15、)(2.(2)(2.(3)(2.(4)(2.(5)T _ 0 _ 如 口Lt :折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相漏感，】(2：(2.6)Ll：平波電抗器電感，R:轉(zhuǎn)差率為s時轉(zhuǎn)子直流回路等效電阻：二.上二一三一左，一本J -r,(2.7)于是式(2.1)可改寫成：U一一二/、J =-(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)3 一 -式中：TLs：轉(zhuǎn)子直流回路的時間常數(shù)，Tle =,KLr：轉(zhuǎn)子直流回路的放大系數(shù)，！s = 3，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，用級調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子直流回路傳遞 函數(shù)中的時間常數(shù)TLs和放大系數(shù)KLr都是轉(zhuǎn)速n 的函

16、數(shù)，它們是非定常數(shù)。2異步電動機的傳遞函數(shù)異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為：一匹；幻：c- (2.10)圖2.3轉(zhuǎn)子直流回路動態(tài)結(jié)構(gòu)圖GDh dn電力拖動系統(tǒng)的運動方程式為:(2.11)或?qū)懗?(2.12)式中:TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Il:所對應(yīng)的等效直流電路,由此可得異步電動機在審級調(diào)速時的傳遞函數(shù)為(2.13)其中丁制=蕓二 為機電時間常數(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申級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖把圖2.1中的異步電動機和轉(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)控制審級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.4所示。圖2.4雙閉環(huán)

17、控制審級調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（三）調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計雙閉環(huán)控制審級調(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 擾動時有良好的動態(tài)響應(yīng)。在采用工程設(shè)計方法進行動態(tài)設(shè)計時，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，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計。但是審級調(diào)速系統(tǒng)中 轉(zhuǎn)子直流回路的時間常數(shù)TLs及放大系數(shù)KLr都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而異步電動機的機電時 問常數(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)計帶來一定的困難。具體設(shè)計時,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來確定轉(zhuǎn)速，按額定負(fù)載或常用的

18、實際負(fù) 載來選定電流，然后按定常系統(tǒng)進行設(shè)計。如果用模擬控制系統(tǒng)實現(xiàn)，則當(dāng)實際轉(zhuǎn)速或 電流改變時，系統(tǒng)的動態(tài)性能就要變壞。如果采用微機數(shù)字控制，可以按照不同的轉(zhuǎn)速和電流事先計算好參數(shù)的變化，用表格的方式存入微機，實時控制時可根據(jù)檢測得到的 轉(zhuǎn)速和電流查表調(diào)用，就可以得到滿意的動態(tài)特性。(四)串級調(diào)速系統(tǒng)的啟動方式審級調(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是在起動時必須使逆變器先 于電機接上電網(wǎng)，停車時則比電機后脫離電網(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。審級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式通

19、常有間接起動和直接起動兩種。1間接啟動大部分采用審級調(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、泵、壓縮機等機械，具調(diào)速范圍本來就不大，用級調(diào)速裝置的容量可以選擇比電 動機小得多。為了使用級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，須采用間接起動方式，即將電動機 轉(zhuǎn)子先接入電阻或頻敏變阻器起動，待轉(zhuǎn)速升高到審級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計最低轉(zhuǎn)速時，才 把審級調(diào)速裝置投人運行。由于這類機械不經(jīng)常起動，所用的起動電阻等都可按短時工 作制選用，容量與體積都較小。從用電阻起動換接到審級調(diào)速可以利用對電動機轉(zhuǎn)速的 檢測或利用時間原則自動控制。圖2.5串接調(diào)速系統(tǒng)間接啟動控制原理圖2.5所示是間接起動控制原理 圖

20、。起動操作順序如下：先合上裝置電 源總開關(guān)s,使逆變器在b min下等 待工作。然后依次接通接觸器 Ki,接 人起動電阻R,再接通K。，把電機定 子回路與電網(wǎng)接通，電動機便以轉(zhuǎn)子用 電阻的方式起動。待起動到所設(shè)計的 nmin(smax)時接通 K2 ,使電動機轉(zhuǎn)子接 到審級調(diào)速裝置，同時斷開 K1,切斷 起 動電阻，此后電動機就可以用級調(diào) 速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運行。 圖不允許在未達(dá)到設(shè)計最低轉(zhuǎn)速以前就把電動機轉(zhuǎn)子回路與審級調(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)速檢測或起動時間計算必須準(zhǔn)確。停車時，由于沒有制動作用，應(yīng)先斷開K2,使電動機轉(zhuǎn)子回路與用級調(diào)速裝

21、置脫離，再斷開K0,以防止當(dāng)K0斷開時在轉(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)機械許可，也可以不用檢測最低轉(zhuǎn)速自動控制，而讓電動機在用電阻方式 下起動到最高速，切換到審級調(diào)速后，再按工藝要求調(diào)節(jié)到所需要的轉(zhuǎn)速運行。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)機械是不允許的。2直接啟動直接起動又稱審級調(diào)速方式起動，用于可在全范圍調(diào)速的審級調(diào)速系統(tǒng)。在起動控 制時讓逆變器先于電動機接通交流電網(wǎng)，然后使電動機的定子與交流電網(wǎng)接通，此時轉(zhuǎn) 子呈開路狀態(tài)，可防止因電動機起動時的合閘過電壓通過轉(zhuǎn)子回路損壞

22、整流裝置，最后 再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。在圖 2.5中，接觸器的工作順序為 S-K0-K2,此時不需 要起動電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路接通時，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，電動機才逐漸加速，直至達(dá)到給定轉(zhuǎn)速。(五)異步電動機串級調(diào)速時的機械特性在審級調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量、分別與異步電動機的轉(zhuǎn)速 和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。因此，可以從電動機轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步電動機在審級調(diào)速 時的機械特性。1 .異步電動機用級調(diào)速機械特性的特征(1)理想空載轉(zhuǎn)速在異步電動機轉(zhuǎn)子回路用電阻調(diào)速時，其理想空載轉(zhuǎn)速

23、就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定 不變，調(diào)速時機械特性變軟，調(diào)速性能差。在審級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的極對數(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)下運行時(Id=0),轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成 ： K.% 一 三二匕.二。5 6(2.14)So：異步電動機在審級調(diào)速時對應(yīng)于某一 B 角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取 Ki=K2,則： 力二；m B(2.15)由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速 n0為：:二（2.16）式中nsyn：異步電動機的同步轉(zhuǎn)速。（2）特性分析：從式（2.15）和式（2.16）可知，在審級調(diào)速時，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同

24、 的。當(dāng)改變逆變角B時，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 角下，異步電動機用級調(diào)速時的機械特性是近 似平行的，具工作段類似于直流電動機變壓調(diào)速的機械特性。2 .機械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩審級調(diào)速時，轉(zhuǎn)子回路中接入了審級調(diào)速裝置（包括兩套整流裝置、平波電抗器、 逆變變壓器等），實際上相當(dāng)于在電動機轉(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，異步電動機用級調(diào)速時的機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)電機在最高速的特性上（B =90°）帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。整流電路換

25、相重疊角將加大，并產(chǎn)生強迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使用級調(diào)速時的最大電磁 轉(zhuǎn)矩比電動機在正常接線時的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。這樣，用級調(diào)速時的機械特性便如圖 2.6所示。圖2.6異步電動機用級調(diào)速時的機械特性a）大電機 b）小電機（六）異步電動機串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路從圖2.1中可以看出，異步電動機相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動機定 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)論來研究審級調(diào)速時的 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(1) 一般整流變壓器輸入輸出的頻

26、率是一樣的， 而異步電動機轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢 的幅值與頻率都是變化的，隨電機轉(zhuǎn)速的改變而變化；(2)異步電動機折算到轉(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)載較大時會引起整流器件的強迫延遲換相現(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)忽略電動機勵磁阻抗的影響。換相重疊現(xiàn)象：圖27轉(zhuǎn)子整流電路設(shè)電動機在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運行，轉(zhuǎn)子 三相的感應(yīng)電動勢為Er

27、a、Erb、Erc。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時，必有器件間的換相過程, 這時處于換相中的兩相電動勢同時起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降，如圖 2.8所示。工 換相重整用二圖2笈換相電檢做形換相重疊壓降根據(jù)電力電子技術(shù)中介名§的理論，換相重疊角為： 一 一:一 ”二二（ .二（2.17）其中；XD0：S=1時折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。由式2.7可知，換相重疊角隨著整流電流Id的增大而增加。當(dāng)Id較小，丫在00 600之間時，整流電路中各整流器件都在對應(yīng)相電壓波形的自然 換相點處換流，整流波形正常。當(dāng)電流Id增大到丫角大于600時，器件在自然換相點處未能結(jié)束換流，從而迫使本該 在自然換

28、相點換流的器件推遲換流，出現(xiàn)了強迫延遲換相現(xiàn)象，所延遲的角度稱作強迫 延時換相角a p。由此可見，用級調(diào)速時的異步電動機轉(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；。：二.1 工 門.凡:一。（2.18）此時，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：丫 = 60°, 0°< 或 < 30°（2.19）這時，由于強迫延遲換相的作用，使得整流電路好似處于可控的整流工作狀態(tài)，a 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)ap=30°時，整流電路中會出現(xiàn)4個

29、器件同時導(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a P保持為30°,而丫角繼續(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、串級調(diào)速系統(tǒng)主回路主要參數(shù)計算與選擇(一)異步電動機容量的選擇考慮到異步電動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩的降低， 功率因數(shù)的降低和轉(zhuǎn)子損耗增大等因素，不論對于新設(shè)計的或是改造的都應(yīng)對異步電動機的容量進行重新選擇的計算，用級調(diào)速異步電動機的容量P計算如下：P -'W：(3.1)Ki：用級調(diào)速系數(shù)，一般取1.2左右。對于在長期低速運行的審級調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)該取大一點。Pd:按照常規(guī)運算方式計算的電動機容量。 P>PD該電機定額為連續(xù)

30、定額Si,基本防護等級為IP23,基本冷卻方法為ICO1 ,基本結(jié) 構(gòu)和安裝方式為舊M3專業(yè)整理word格式文檔(3.(2)(3.(3)(3.(4)(3.(5)(3.(6)(3.(7)表3, 1電機型號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l425/690r/min效率77%功率因數(shù)0. 80控制裝置型號JC4-800A/800V(二)轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計算與元件選擇1最大轉(zhuǎn)差率：式中：ni:電動機的同步轉(zhuǎn)速，近似等于電動機的額定轉(zhuǎn)速。nmin：用級調(diào)速系統(tǒng)的最低工作轉(zhuǎn)速D_Ei_s =(1500-1425)/1500

31、 = 0.05最大轉(zhuǎn)差率：smax=(1484-690)/1484 = 0.535調(diào)速范圍：D =1425/690=2.072轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓：式中：E20：轉(zhuǎn)子開路相電勢Kuv：整流電壓計算系數(shù)，見表1:符號K LTK CTcv心K三相帶中線0, 367仇670. 5770. 4721. 3510. 866三相橋0. 3679】 350. 8150. 816L 0526 5雙三相橋串聯(lián)0. 3672. 70. 8161. 578L 0340. 26飛.52雙三相橋并聯(lián)0. 1845L 350. 4080. 7891. 0310. 26%口. 52表3, 2:變流器主電量計算系數(shù)(3.

32、8)U j = 135 X 1045 X (11/2.15二 755V3 最大直流整流電流：Idm衿 = L，LM 叁=L1LmIm(3.9)專業(yè)整理式中:LM：電動機的電流過載倍數(shù)，近似等于轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)2,I2N：轉(zhuǎn)子線電流額定值,Kiv：整流電壓計算系數(shù)，見表3.2Idr：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值Idr=l2N/KVI ,考慮到轉(zhuǎn)子電流畸變等因素的影響而引如的系則：(3.10)I=LI X 2 X 627/0.813 = 1697A4整流二極管的選擇:(1)整流二極管電壓的選擇:設(shè)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(fù)峰值UKRM為:Ukrv nr(3.11)

33、式中：Kut：電壓計算系數(shù)，見表3.2,E2n:轉(zhuǎn)子開路相電勢，Kav:均壓系數(shù)，一般取0.9，對于元件不需要串聯(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(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：-1 "二；5 :. 二匚.二 3 二.一(3.12)(2)整流二極管電流的選擇在大容量審級調(diào)速系統(tǒng)中，需要將幾個整流二極管并聯(lián)使用。設(shè)并聯(lián)支路數(shù)為Np= 3則每個整流二極管的電流計算如下：j >口乂(3.13)式中：Kit:電流計算系數(shù)，見表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。對于元件不并聯(lián)的情

34、況下取15逆變器的參數(shù)計算與元件選擇(1)逆變變壓器的參數(shù)計算對于不同的異步電動機轉(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，同時也希逐轉(zhuǎn)子電路與交流電網(wǎng)之間實行電隔離，因此一般用 級調(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：根據(jù)最低轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則確定：一(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：整流電壓計算系數(shù)。見上表，bmin：最小逆變角，一般取30°,逆變變壓器二次側(cè)線電流：二： .：(3.15)式中：IT2：逆變變壓器二次側(cè)線電流，KIV：整流電

35、流計算系數(shù)。見上表，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(3.16)ki = Km 聯(lián)式中：IT1：逆變變壓器一次側(cè)線電流，Kil:變壓器一次側(cè)線電流計算系數(shù)。見上表,Kt:逆變變壓器的變比逆變變壓器等值容量(3.17)式中：Kst：變壓器等值容量計算系數(shù)，見上表,(2)品閘管的參數(shù)計算晶閘管額定電壓的選擇在大容量品閘管用級調(diào)速系統(tǒng)中，單個晶閘管的額定電壓不能滿足要求，需要幾個品閘管串聯(lián)使用。設(shè)每個串聯(lián)橋臂上晶閘管的數(shù)目為N ,則每個晶閘管反向重復(fù)電壓 由下式確定:Urry(3.18)式中：Kut：電壓計算系數(shù)，如上表Kav：均壓系數(shù)，其值可取9.08.0。對于元件不需

36、串聯(lián)的情況下取1,UT2：逆變變壓器二次側(cè)線電壓，品閘管額定電流的選擇設(shè)每個橋臂并聯(lián)元件支路數(shù)為 Np ,則每個晶閘管的額定電流為WT(3.19)式中：Kit：電流計算系數(shù)，見上表，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。對于元件不并聯(lián)的情況下取1.平波電抗器電感量的計算轉(zhuǎn)子直流回路平波電抗器的作用是：使用級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，把直流回路中的脈動分量在電動機轉(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算如下：保證電流連續(xù)所需要的電感量：.(3.20)式中：61：正比與直流電壓中的交流分量的電感計算系數(shù)，

37、從下圖中查，UT2：逆變變壓器二次側(cè)線電壓,Kuv：系數(shù)，見上表,Idmin ：直流回路最小工作電流(A),Lm：異步電動機折算到轉(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.圖3.1不同脈波數(shù)F時，臨界電感計算系數(shù)百與超前角月的關(guān)系(3.21)限制電流脈動的電感量KP:限制電流脈動的電感系數(shù)(ms),其值從表2中查, S:允許的電流脈動率，一般可取10%左右。表3. 3:電感昂計算系數(shù)心短路電壓百分值的感抗分量生4=6%3 = 12%維= 18%三相帶中線1.93k 83k 731. 83二相橋0. 450. 40.360. 32雙三相橋印聯(lián)或并聯(lián)0, 110, 0860

38、, 0660 , 048平波電抗器的電感量的選擇及計算在使用品閘管裝置時，為了提高它對負(fù)載供電的性能和提高運行的安全可靠性 ，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。使輸出電流連續(xù)所需的電感量當(dāng)品閘管的控制角a較大，負(fù)載電流小到一定程度時，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：，卜:二 1 二二二 2 .二 二 14二二二工 （3.22）Idmin：要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值為 5%Inom,Kl =0.693平波電抗器電感的計算Ld：電動機的電樞電感二二 3：二二二 二 1三二一

39、一二 二 3 二二三（3.23）式中P:極對數(shù)（P=2）Kd=812 （無補償?shù)碾姍C）Kd=56 （有補償?shù)碾姍C）Lb：變壓器二次測每相的漏電感兜 X U/OE X."=搐9 X '飛 X 1二強” X 二為=一8門（3.24） Uk%變壓器的短路比，對于100KVA以下的變壓器：Uk%=5%Kb=3.9Lp：平波電抗器的電感一1 1一-二一.（二：二,二-二:二二二二 （3.25） 閘管的保護裝置及其計算品閘管雖然具備多種優(yōu)點，但是它承受過電流和過電壓的能力較差。為了使器件能 長期的運行，必須采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo裝置。過電壓保護凡超過晶閘管正常工作時承受的最大峰值電壓Um的都算過

40、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為從電網(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。圖3. 2阻容保護交流側(cè)過電壓保護a.阻容保護在變壓器二次并聯(lián)電阻和電容，構(gòu)成 阻容保護電路。計算單相變壓器交流側(cè)過電壓保護電容 C和電阻R的公式:(3.26)R之手眼其中：S:變壓器每相平均計算容量,U2：變壓器二次相電壓有效值,i0%

41、:變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù)，100KVA以下ia%=7Uk%：變壓器的短路比，100KVA以下UK% = S由以上的公式可得：C> 6X7X3584.02,. = 10.10|1FR >二=0.87(3.27)(3.28)(3.29)(3.30)(3.31)變壓器二次側(cè)阻容裝置參數(shù)計算:表3. 4表出器連接及阻容選擇變壓器接法單相三相、二次Y聯(lián)結(jié)三相二次D聯(lián)結(jié)阻容裝置接法與變壓器二次側(cè)井聯(lián)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)電容CC1/3C3CC電阻RR3R"：3RI?則根據(jù)上表得到：電容=C/3=3.37 F電阻=3R=24.21 Qword格式文檔壓敏電阻保護護裝置只能把操作過電壓一

42、直在允許的范圍內(nèi)，因此在采用阻容保護的同時，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U e：穌 £/（的町X（壓敏電阻承受的額定電壓峰值）品閘管關(guān)斷過電壓保護品閘管在開關(guān)過程中瞬時電壓的分配決定于品管的結(jié)電容、導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間等等差別。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 Co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di/dt,還應(yīng)在電容支路中用聯(lián)電阻 Ro這 樣就采用RC回路來進行抑制。電容值：二 2 ：二-二3 一二"二（3.32）電阻化二（3（3.33）我們這里采用

43、快速熔斷器來防止晶閘管過式中：It：器件的額定電流，Lb：變壓器每相的漏感。過電流保護由于過載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)通和反 向擊穿，以及在逆變時換流失敗等原因， 都會產(chǎn)生過電流。過電流的保護措施有數(shù)種, 電流的損壞。其原理圖如下：專業(yè)整理word格式文檔專業(yè)整理（一）電流環(huán)的設(shè)計電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示:電流環(huán)設(shè)計及參數(shù)計算:1.時間常數(shù)的確定（按表4.1)四、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計圖41電流環(huán)的動燃構(gòu)圖（1）整流裝置滯后時間常數(shù)T:表4整流電路形式平均失控時間A (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間Ts = 0,001

44、7s(2)電流濾波時間常數(shù)Toi：三相橋式電路每個波頭的時間是 3.33ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有Toi = 333ms因此取T01 = 2ms = 0,002s(3)電流環(huán)小時間常數(shù)Ta按小時間常數(shù)近似處理，取丁心-一。良本(4.1)Ts：整流裝置滯后時間常數(shù)，Toi：電流濾波時間常數(shù)。(4)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)而且：一，二二丁 ：一 一二(4.2)因此可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。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)的計算ACR超前時間常數(shù)：Ti = Tj = 0.03s電流環(huán)開環(huán)增益，要求5 4 5%時，應(yīng)取Kit力=0.5，因止匕：(4.(4。二- 135.11%

45、(4.4)于是，ACR的比例系數(shù)為：三 K-.F： ：K-i 二:二二. 1 二二二(4.5)4 .調(diào)節(jié)器中的電阻及電容計算所用運算放大器取R0=40K Q,各電阻和電容值計算如下：工 - K R； .二 3 ： ；"(4.6)取 40KQ二二1二二二.二二二廠 (4.7)取 0.75 F<7.: '二-：二 t.-l.F (4.8)取 0.2 F電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖4.3所示：圖43轉(zhuǎn)速環(huán)的動志結(jié)構(gòu)(二)轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計轉(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)計及參數(shù)計算：1 .時間常數(shù)的確定(1)電流環(huán)等效時間常數(shù)為：2Twi=0.0074s ,(2)轉(zhuǎn)速濾波時間常

46、數(shù)為：Ton,根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取 Ton=0.01s(3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)為：% = 2% + Tm = 0,0174s2 .選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計要求無靜差，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R 型系統(tǒng)設(shè)計轉(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)的計算按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5,ASR超前時間常數(shù)：f 一 一二:<0,?！?4 -(4.10)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：二,-二一】：二.36； .廠 (4.11)因此ASR的比例系數(shù)為：鼠ttW-:，.(4.12)所用運算放大器取R0=40KQ,各電阻和電容值計

47、算如下：R：R -11二，院二：(4.13)取 470K Q二一二：三-二= 5匹(4.14)取 0.2 F一 二"一 Q。.11/(4.15)取1 F轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理圖如圖4.4所示：1 XI圖44轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理圖五、交流串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真（一）MATLAB簡要介紹MATLAB是一種科學(xué)計算軟件。MATLAB是Matrix Laboratory （矩陣試驗室）的縮 寫，這是一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計算語言。早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算問題。由于它使用方便、 輸入快捷、運算高效、適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴展的空間，因此特別受到

48、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，至U 2001年已經(jīng) 有了 6.0版，現(xiàn)在MATLAB 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的強大計算功能為 基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進行仿真和計算，尤其是不斷擴展的、內(nèi)容豐富的模塊庫，為 系統(tǒng)的仿

49、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，并對模型進行仿真。在 SIMULINK平臺上，仿真模型的 可讀 性很強，這就避免了在 MATLAB窗口使用MATLAB命令和函數(shù)仿真時，需要記憶大量 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 都同時捆綁了 SIMULINK , MATLAB不再是單純的“矩陣實驗室；已經(jīng)成為了一個高級 計算和仿真平臺。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， 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，從SI

50、MULINK4.1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，可以方便地進行 RLC電路、電力電子電路、電機控制系統(tǒng)和電力系 統(tǒng)的仿真。本設(shè)計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兩個模塊庫進行。通過電力電子電路和 電機控制系統(tǒng)的仿真，不僅展示了 MATLAB/SIMULINK 的強大功能，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。（二）晶閘管串級調(diào)速系

51、統(tǒng)的建模與仿真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)置品閘管用級調(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，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，電機測試信號分配器等部 分組成。圖5.1是品閘管用級調(diào)速系統(tǒng)除三相對稱交流電源，電機信號分配器之外的主word格式文檔電路子系統(tǒng)仿真模型。圖5.2是品閘管用級調(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。CZ>UJ6UbCE>UeClA PJI"C urrtnLtKS 5.3轉(zhuǎn)子整流器的費數(shù)配置n ：晶同管串級調(diào)速系統(tǒng)主電路子系統(tǒng)仿真模型圖5:串級調(diào)速含有

52、子系統(tǒng)的主電路仿真模型在圖5.1和5.2的仿真模型中，同步 脈沖觸發(fā)器，電機測試信號分配器，平 波電抗器，交流繞線式異步電動機的建 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)專業(yè)整理 1 ork5Lt.F；胃子整菖所圓Sijcpul3« diodifi bri (muk) Gink)This blockt 胃i舅一產(chǎn)證屬寫 di。0 bridcc rtclifitrwith BC mubboar， Sti th*

53、 miHtr rtsistuict 13f te rmovt *11 th。 41 cda Emibb.r零 Th a s bluk usm six blocks fr&ri th# p&warlib/Ftwrar EJletir&aii ce librtryPtur an«t«r,EDi4de 心酊。七建 r<ititsh&e Ohmll|'HonDiCkdA orrctit* in扣ct皿e* (H)Dide EoEflrd 事dt*者(V)： |0 9Sn13bb«r r審ti/st皿Cq$mabb*r田)：4

54、T*-6word格式文檔子整流橋”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。同樣在三相電氣子模塊庫中，找到“ 6脈沖品閘管橋”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)建的品閘管用級調(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，品閘管用級調(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。品閘管用ek Fur1(*1 逆變支壓NY / Y lincKT 工工5工£”(muk) Qidk)Tki x bloek thrasrplkUft liafrtf tr UL££orr*«r byxitinfItm-電察鵬電reVinding omt ii cozmccttd