異步電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：異步電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）： 電氣與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：xxx學(xué)號(hào)： 10 學(xué)生姓名： xxx引言隨著電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)得到了迅速發(fā)展，特別是變頻調(diào)速技術(shù)，其性能不斷提高、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,大有逐漸取代傳統(tǒng)的直流電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的趨勢(shì)。但就我國(guó)實(shí)際國(guó)情來(lái)看,變頻調(diào)速中使用的GTO與GTR等的換流器件價(jià)格昂貴，換流電路及控制線(xiàn)路復(fù)雜，組成的控制器價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電機(jī)價(jià)格。而晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，晶閘管可以因負(fù)載電流過(guò)零而自行關(guān)斷，不需另加換流電路，故線(xiàn)路簡(jiǎn)單，調(diào)壓裝置體積小、成本低廉、使用維修方便。特別對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載，其調(diào)速性能完全能滿(mǎn)足調(diào)速需要，因而這種調(diào)速方法在應(yīng)用量大面廣的風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載上仍被廣泛應(yīng)用。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 1\o"CurrentDocument"第一章、設(shè)計(jì)方案選擇分析 31.1、 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 31.2、 調(diào)壓調(diào)速 31.3、 調(diào)壓調(diào)速特性及其性能 4第二章、三相異步電動(dòng) 62.1、 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本原理 6\o"CurrentDocument"2.2、 轉(zhuǎn)差率 8\o"CurrentDocument"2.3、 異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 8\o"CurrentDocument"第三章、主電路設(shè)計(jì) 93?1、三相晶閘管交流調(diào)壓器 9\o"CurrentDocument"第四章、控制電路設(shè)計(jì) 94.1、電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì) 94.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"第五章、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 16參考文獻(xiàn) 17第一章、設(shè)計(jì)方案選擇分析1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法異步電機(jī)的調(diào)速方法有不少，根據(jù)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=n1(1-s)=60f1/p(1-s) (3-1)可知：異步電動(dòng)機(jī)有以下三種基本調(diào)速方法：改變定子極對(duì)數(shù)p調(diào)速。改變電源頻率f1調(diào)速。改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。1.2調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的一種。調(diào)壓調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速中比較簡(jiǎn)便的一種方法。由電機(jī)原理可知當(dāng)轉(zhuǎn)差率s基本保持不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變定子電壓就可以得到不同的人為機(jī)械特性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。改變加在定子上的電壓是通過(guò)交流調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)的。目前廣泛采用的交流調(diào)壓器由晶閘管等器件組成。它是將三個(gè)雙向晶閘管分別接到三相交流電源與三相定子繞組之間，通過(guò)調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)加到定子繞組兩端的端電壓。晶閘管三相交流調(diào)壓電路的連結(jié)方式很多，各有其特點(diǎn)。這里采用三相全波星型聯(lián)接的調(diào)壓電路。如圖3.1所示。T.圖3.1三相交流調(diào)壓電路電機(jī)繞組星型聯(lián)接時(shí)的三相分支雙向控制電路用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在每相的繞組上。調(diào)壓時(shí)用相位控制。當(dāng)負(fù)載電流流通時(shí)，至少有一相的正向晶閘管和另一相的反向晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，所以要求各晶閘管的觸發(fā)脈沖寬度都大于60°?；蛘卟捎秒p脈沖觸發(fā)。最大移相范圍為150°.移相調(diào)壓時(shí)，輸出電壓中含有奇次諧波，其中以奇次諧波為主。如果電機(jī)繞組不帶零線(xiàn)，則三次諧波電勢(shì)雖然存在，卻不會(huì)有三次諧波電流。由于電機(jī)繞組屬于感性負(fù)載，電流波形會(huì)比電壓波形平滑些。但仍含有諧波，從而產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和附加損耗等不良影響，這是晶閘管調(diào)壓電路的缺點(diǎn)。1.3調(diào)壓調(diào)速特性及其調(diào)速性能調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性如圖3.2所示。由圖可以看出，隨著定子電壓的降低，機(jī)械特性變軟，而且最大轉(zhuǎn)矩也減小很多，這樣就降低了電機(jī)的過(guò)載能力。若負(fù)載稍有波動(dòng)，電機(jī)就可能停轉(zhuǎn)。因此對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其調(diào)速范圍很小。若用于通風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，可以得到較大的調(diào)速范圍。

圖3.2電機(jī)調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性但在低速時(shí)磁通量較小，會(huì)使轉(zhuǎn)子電流較大，電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題就會(huì)變得嚴(yán)重。為了克服上述調(diào)壓調(diào)速中存在的問(wèn)題，通常采用以下方法。（1） 采用轉(zhuǎn)子電阻較大的高轉(zhuǎn)差率籠型電動(dòng)機(jī)、實(shí)心轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)或雙層轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，以獲得較寬的調(diào)速范圍。（2） 對(duì)于籠型的電動(dòng)機(jī)可采用速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。如圖3.3所示。這時(shí)的機(jī)械特性硬度較大，可以得到平滑調(diào)速和較大調(diào)速范圍。

ASR-速度調(diào)節(jié)器；TG-測(cè)速發(fā)電機(jī)；人丁觸發(fā)裝置圖3.3速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：將速度給定值與速度反饋值進(jìn)行比較，比較后經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到控制電壓，再將此控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置輸出來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調(diào)節(jié)了加在定子繞組上的電壓的大小。因此，改變了速度給定值就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采用了速度負(fù)反饋從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。同時(shí)當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)速度負(fù)反饋，能自動(dòng)調(diào)整加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓大小，由速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移，使調(diào)壓器的輸出電壓提高，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使速度回升，接近給定值。這種調(diào)速方法既不是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也不是恒功率調(diào)速。如果拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，而轉(zhuǎn)速又較低時(shí)，損耗將增加，不宜于長(zhǎng)期低速運(yùn)行。如果拖動(dòng)風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，隨著轉(zhuǎn)速的降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，從而減小了損耗，所以這種調(diào)速方法更適合于與風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載相配合。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速通常適用于繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)。1.1開(kāi)環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性定子電壓U1變化時(shí)：臨界轉(zhuǎn)差率不變，同步轉(zhuǎn)速n1不變，由于轉(zhuǎn)矩T正比于定子電壓皿的平方，所以U1|-n|-sL機(jī)械特性如圖3.4所示?？梢?jiàn)轉(zhuǎn)子電阻為正常值。圖3.4電機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性如一般的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍很小，實(shí)用價(jià)值不高。對(duì)風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，調(diào)速范圍較大，但存在低速時(shí)功率因數(shù)低，電流大的問(wèn)題。所以降壓調(diào)速只適用于高轉(zhuǎn)差率鼠籠電機(jī)或是繞線(xiàn)式異步電機(jī)。1.2閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性以前用飽和電抗器，現(xiàn)在廣泛采用晶閘管調(diào)壓電路。在前面所述的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速中，其機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍較窄。加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)環(huán)節(jié)后成了調(diào)壓調(diào)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)速范圍變大了。測(cè)速發(fā)電機(jī)TG測(cè)得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速即測(cè)速發(fā)電機(jī)的u-n,當(dāng)nt-uL將u與給定電壓比較得到一個(gè)電壓變化值，將這個(gè)變化值作為放大器的輸入端，經(jīng)放大后的輸出為觸發(fā)器的發(fā)出信號(hào)，使觸發(fā)器發(fā)出發(fā)出一定相位的脈沖，晶閘管調(diào)壓器就輸出一定值的電壓，調(diào)節(jié)給定電壓的大小就可以得到不同輸出電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。第二章、三相異步電動(dòng)機(jī)2.1、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本原理三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子裝在定子腔內(nèi)，定子、轉(zhuǎn)子之間有一縫隙，稱(chēng)為氣隙。2.1.1定子部分定子部分主要由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三部分組成。定子鐵心是電機(jī)磁路的一部分，為減少鐵心損耗，一般由0.5mm厚的導(dǎo)磁性較好的硅鋼片疊成，安放在機(jī)座內(nèi)。定子鐵心疊片沖有嵌放繞組的槽，故又稱(chēng)為沖片。中、小型電機(jī)的定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心都采用整圓沖片。大、中型電機(jī)常采用扇形沖片拼成一個(gè)圓。為了冷卻鐵心，在大容量電機(jī)中，定子鐵心分為很多段，每?jī)啥沃g留有徑向通風(fēng)槽，作為冷卻空氣的通道。定子繞組是電機(jī)的電路部分，它嵌放在定子鐵心的內(nèi)圓槽內(nèi)。定子繞組分單層和雙層兩種。一般小型異步電動(dòng)機(jī)采用單層繞組，大、中型異步電動(dòng)機(jī)采用雙層繞組。機(jī)座的作用是固定和支撐定子鐵心及端蓋，因此，機(jī)座應(yīng)有較好的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。中、小型電動(dòng)機(jī)一般用鑄鐵機(jī)座，大型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座則用鐵板焊接而成。2.1.2轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成。整個(gè)轉(zhuǎn)子靠端蓋和軸承支撐著。轉(zhuǎn)子的主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成電磁轉(zhuǎn)距，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)子鐵心是電機(jī)磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心疊片沖有嵌放繞組的槽。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。2.1.3氣隙異步電機(jī)的氣隙是均勻的。氣隙大小對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能和參數(shù)影響很大，由于勵(lì)磁電流由電網(wǎng)供給，氣隙越大，勵(lì)磁電流也就越大，而勵(lì)磁電流又屬于無(wú)功性質(zhì)，它要影響電網(wǎng)的功率因數(shù)，因此異步電動(dòng)機(jī)氣隙大小往往為機(jī)械條件所能允許的最小數(shù)值，中、小型電機(jī)氣隙太小，一般為0.2?1.5mm左右。2.1.4三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理三相繞組接通三相電源產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)速的大小由電動(dòng)機(jī)極數(shù)和電源頻率而定。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。它與電網(wǎng)的頻率fl及電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系為：n1=60f1/p (2-1)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中相對(duì)定子有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁場(chǎng)形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子銅條有電流，在磁場(chǎng)中受到力的作用，轉(zhuǎn)子就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。綜上所述可知，三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本工作原理。三相對(duì)稱(chēng)繞組中通入三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)距，驅(qū)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向始終與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向又取決于異步電動(dòng)機(jī)的三相電流相序。因此，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與電流的相序一致。要改變轉(zhuǎn)向，只要改變電流的相序即可，即任意對(duì)調(diào)電動(dòng)機(jī)的兩根電源線(xiàn)，便可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速恒小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1，只有這樣，轉(zhuǎn)子繞組才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。如果n=n1，轉(zhuǎn)子繞組與定子磁場(chǎng)之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流產(chǎn)生，可見(jiàn)n<n1是異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1不同步，故稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)。2.2轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差(n1-n)和同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱(chēng)為轉(zhuǎn)差率，用字母s表示，即S=(n1-n)/n1 (2-2)轉(zhuǎn)差率s是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本物理量，它反映異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行情況。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言，當(dāng)轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)(如起動(dòng)瞬間)時(shí)，n=0，此時(shí)轉(zhuǎn)差率s=1;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速(空載運(yùn)行)時(shí)，n^n1，此時(shí)轉(zhuǎn)差率sR0。由此可見(jiàn)，作為異步電動(dòng)，轉(zhuǎn)速在0?n1范圍內(nèi)變化，其轉(zhuǎn)差率在0?1范圍內(nèi)變化。異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速就越慢，其轉(zhuǎn)差率就越大；負(fù)載越小，轉(zhuǎn)速就越快，其轉(zhuǎn)差率就越小。故轉(zhuǎn)差率直接反映了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的快慢或電動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以由(2-1)推算。n=(1-s)n1 (2-3)2.3異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負(fù)，異步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)定子繞組接至電源，轉(zhuǎn)子就會(huì)在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩即為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)方向相同，此時(shí)電機(jī)從電網(wǎng)電功率轉(zhuǎn)變成機(jī)械功率，由轉(zhuǎn)軸傳輸給負(fù)載。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為n1>n>0,其轉(zhuǎn)差率范圍為0VsW1。發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)定子繞組仍接至電源，該電機(jī)轉(zhuǎn)軸不再接機(jī)械負(fù)載，而用同一臺(tái)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子以大于同步轉(zhuǎn)速(n>n1)并順旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。顯然，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子方向相反，起著制動(dòng)作用，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)作用而使轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并保持n>n1,電機(jī)必須不斷從原動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械功率，把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅碾姽β?。因此成為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)，n>n1，則轉(zhuǎn)差率s<0。電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)定子繞組仍接至電源，如果用外力拖著電機(jī)逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動(dòng)作用。電機(jī)定子仍從電網(wǎng)吸收電功率，同時(shí)轉(zhuǎn)子從外力吸收機(jī)械功率，這兩部分功率都在電機(jī)內(nèi)部以損耗的方式轉(zhuǎn)化成熱能消耗。這種運(yùn)行狀態(tài)稱(chēng)為電磁制動(dòng)狀態(tài)。此種情況下，n為負(fù)值，即n<0,則轉(zhuǎn)差率s>1。由此可知，區(qū)分這三種運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)是轉(zhuǎn)差率s的大小。①當(dāng)0<s<1時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；②當(dāng)-8VsV0時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；③當(dāng)1VsV+8時(shí)為電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。第三章、主電路設(shè)計(jì)3.1三相晶閘管交流調(diào)壓器以前改變交流電壓的方法多采用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術(shù)興起后，這些方法就被晶閘管交流調(diào)壓器所取代了，交流調(diào)壓器一般用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串聯(lián)在三相電路中。在此我們采用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)所構(gòu)成的晶閘管交流調(diào)壓器。其電路圖如（圖2.1）所示。圖2.1三相交流調(diào)壓器第四章控制電路設(shè)計(jì)4.1電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)原理電流環(huán)的控制對(duì)象又電樞回路組成的大慣性環(huán)節(jié)與晶閘管整流裝置，觸發(fā)器，電流互感器以及反饋濾波等一些小慣性環(huán)節(jié)組成。電流環(huán)可以校正成典型1型系統(tǒng)，也可以校正成典型2型系統(tǒng)，校正成哪種系統(tǒng)，取決于具體系統(tǒng)要求。由于電流環(huán)的重要作用是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，因而，在突加給定時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)越小越好。從這個(gè)觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該把電流環(huán)校正成典型1型系統(tǒng)。但是，典型1型系統(tǒng)在電磁慣性時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，抗繞性能較差?；謴?fù)時(shí)間長(zhǎng)?？紤]到電流環(huán)還對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)又及時(shí)的調(diào)節(jié)功能，因此，為了提高其抗擾性能，又希望把電流環(huán)校正成典型2型系統(tǒng)。在一般情況下，當(dāng)控制系統(tǒng)的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)T1/T￡i<10比時(shí)，典型II型系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的，因此，一般按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)。此外，為了按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)，需要對(duì)電流環(huán)進(jìn)行必要的工程近似和等效處理。電流環(huán)的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化電流環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖（3.1）所示。把電流環(huán)單獨(dú)拿出來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)，首先遇到的問(wèn)題是反電勢(shì)產(chǎn)生的反饋?zhàn)饔谩Ｔ趯?shí)際系統(tǒng)中，由于電磁時(shí)間常數(shù)T1遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，電流調(diào)節(jié)過(guò)程往往比轉(zhuǎn)速的變化過(guò)程快得多，因而也比電勢(shì)E的變化快得多，反電勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，只是一個(gè)變化緩慢的擾動(dòng)，在電流調(diào)節(jié)器的快速調(diào)節(jié)過(guò)程中，可以認(rèn)為E基本不變，即△E=0。這樣，在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以不考慮反電勢(shì)變化的影響，而將電勢(shì)反饋?zhàn)饔脭嚅_(kāi)，使電流環(huán)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。另外，在將給定濾波器和反饋濾波器兩個(gè)環(huán)節(jié)等效的置于環(huán)內(nèi)，使電流環(huán)結(jié)構(gòu)變?yōu)閱挝环答佅到y(tǒng)。最后，考慮到反饋時(shí)間常數(shù)Ti和晶閘管變流裝置間常數(shù)Ts比T1小得多，可

以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，并取TEi=Toi+Ts0經(jīng)過(guò)上述簡(jiǎn)化和近似處理后，電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖最終可簡(jiǎn)化為圖(3.2)所示：圖3.1圖3.2圖3.3電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇由于電流環(huán)中的控制對(duì)象傳遞函數(shù)Wi(s)含有兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)，因此按典型I系統(tǒng)設(shè)計(jì)的話(huà)，應(yīng)該選PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行串聯(lián)校正，其傳遞函數(shù)為W (s)=K號(hào)+1)ACR TS為了對(duì)消控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)，取t.=77。此時(shí)，電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖就成為典型I型系統(tǒng)的形式，如圖()所示。如果要求跟隨性好，超調(diào)量小，可按工程最佳參數(shù)K/gT￡，=0.5或匚=0.707選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)。電流環(huán)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)Ki為KKPK廣T,R'令K/T￡,=0.5,所以有：0.5tR,K廣K,P八且截止頻率W為：0.5W=K廣T上述關(guān)系表明，按工程最佳參數(shù)設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，截止頻率Wn與T￡，的關(guān)系滿(mǎn)足小慣性環(huán)節(jié)的近似條件W<A。nT￡，1如果按典型n型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)，則需要將控制對(duì)象中的大慣性環(huán)節(jié)Tr~n近似為積分環(huán)節(jié)，當(dāng)TL>hT￡.時(shí)，而電流調(diào)節(jié)器仍可用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。但積分時(shí)間常數(shù)T,L應(yīng)選得小一些，即t=hT￡。按最小峰值Mpmin選擇電流環(huán)時(shí)，如選用工程最佳參數(shù)h=5，則電流環(huán)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)KI為:iKKP_h+1K廣戒廠(chǎng)=~2h^T~TOC\o"1-5"\h\z于是可得 'K_(h+1)也右_0.6R1 2hkP'.KP八h+10.6W二 二~Wn2hT° T$顯然，按工程最佳參數(shù)h=5確定的Wn和T￡，的關(guān)系，也可以滿(mǎn)足小慣性環(huán)節(jié)的近似的條件。 ’4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計(jì)電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)電流環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)的內(nèi)環(huán)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)要對(duì)電流環(huán)做進(jìn)一步的簡(jiǎn)化處理，使電流成為一個(gè)簡(jiǎn)單的環(huán)節(jié)，以便按典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。如果電流環(huán)是按工程最佳參數(shù)設(shè)計(jì)的典型I型系統(tǒng)，則由圖(3.4)可得其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Bi

K iI(s)p s(T&s+1) 1=U(s)=1+K =匕$2+堂+1' s(T^s+1)K] K]由于：0.5KI=0.5KI=T一，所以有WBiSi(s)= —— J2T2Sis2+2八s+1?12Ts+1在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)速外環(huán)的截止頻率WE總是低于電流環(huán)的截止頻W〃在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)速外環(huán)的截止頻率WE總是低于電流環(huán)的截止頻W〃，即Wcn<<Wn.因此，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)可以把電流環(huán)看成是外環(huán)中的一個(gè)小時(shí)常數(shù)環(huán)節(jié)，并加以簡(jiǎn)化處理，即略去WBi(s)中分母的高次項(xiàng)，得簡(jiǎn)化后的傳遞函數(shù)為：12Ts.s2+1Wb.(s)近似條件為：Wcn<<0.5T￡。電流環(huán)的這種近似處理產(chǎn)生的效果可以用對(duì)數(shù)幅頻特性來(lái)表示。電流環(huán)未作處理時(shí)阻尼比匚=0.707，自然振蕩頻率為y~T的二階振蕩環(huán)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率較W低時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)的頻率特性來(lái)說(shuō)，原系統(tǒng)和近似系統(tǒng)只在高cn頻段有些區(qū)別。由于電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，其輸入信號(hào)U