基于串級(jí)調(diào)速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

前言現(xiàn)代工業(yè)的電力力拖動(dòng)一般都都要求局部或或全部的自動(dòng)動(dòng)化，因此必必然要與各種種控制元件組組成的自動(dòng)控控制系統(tǒng)聯(lián)系系起來(lái)，而電電力拖動(dòng)則可可視為自動(dòng)化化電力拖動(dòng)系系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。在在這一系統(tǒng)中中可對(duì)生產(chǎn)機(jī)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)動(dòng)控制。隨著近代電力電電了技術(shù)和計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的的發(fā)展以及現(xiàn)現(xiàn)代控制理論論的應(yīng)用，自自動(dòng)化電力拖拖動(dòng)正向著計(jì)計(jì)算機(jī)控制的的生產(chǎn)過(guò)程自自動(dòng)化的方向向邁進(jìn)。以達(dá)達(dá)到高速、優(yōu)優(yōu)質(zhì)、高效率率地生產(chǎn)。在在大多數(shù)綜合合自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)中，自動(dòng)化化的電力拖動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)仍然是是不可缺少的的組成部分。另另外，低成本本自動(dòng)化技術(shù)術(shù)與設(shè)備的開開發(fā)，越來(lái)越越引起國(guó)內(nèi)外外的注意。特特別對(duì)于小型型企業(yè)，應(yīng)用用適用技術(shù)的的設(shè)備，不僅僅有益于獲得得經(jīng)濟(jì)效益，而而且能提高生生產(chǎn)率、可靠靠性與柔性，還還有易于應(yīng)用用的優(yōu)點(diǎn)。自自動(dòng)化的電力力拖動(dòng)系統(tǒng)更更是低成本自自動(dòng)化系統(tǒng)的的重要組成部部分。通常把電力電子子技術(shù)分為電電力電子器件件制造技術(shù)和和變流技術(shù)兩兩個(gè)分支。變變流技術(shù)也稱稱為電力電子子器件的應(yīng)用用技術(shù)，它包包括用電力電電子器件構(gòu)成成各種電力變變換電路和對(duì)對(duì)這些電路進(jìn)進(jìn)行控制的技技術(shù)，以及由由這些電路構(gòu)構(gòu)成電力電子子裝置和電力力電子系統(tǒng)的的技術(shù)?？刂评碚搹V泛用用于電力電子子技術(shù)中，它它使用電力電電子裝置和系系統(tǒng)的性能不不斷滿足人們們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的的各種需求。電電力電子技術(shù)術(shù)可以看成是是弱電控制強(qiáng)強(qiáng)電的技術(shù)，是是弱電與強(qiáng)電電這兩者的結(jié)結(jié)合。自動(dòng)控控制理論則是是實(shí)現(xiàn)這種結(jié)結(jié)合的一條強(qiáng)強(qiáng)有力的紐帶帶。另外，控控制理論和自自動(dòng)化技術(shù)密密不可分，而而電力電子裝裝置則是自動(dòng)動(dòng)化技術(shù)的基基礎(chǔ)元件和重重要支撐技術(shù)術(shù)。本設(shè)計(jì)報(bào)告首先先根據(jù)設(shè)計(jì)要要求確定調(diào)速速方案和主電電路的結(jié)構(gòu)型型式，主電路路和閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)確定下來(lái)后后，重在對(duì)電電路各元件參參數(shù)的計(jì)算和和器件的選型型，包括整流流變壓器、整整流元件、平平波電抗器、保保護(hù)電路以及及電流和轉(zhuǎn)速速調(diào)節(jié)器的參參數(shù)計(jì)算，從從而達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)要求。1串級(jí)調(diào)速系系統(tǒng)1.1主電路方方案的確定全面比較單閉環(huán)環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)，把把握系統(tǒng)要求求實(shí)現(xiàn)的功能能，選擇最適適合設(shè)計(jì)要求求的虛擬控制制電路。根據(jù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)際，選選擇轉(zhuǎn)速，電電流雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于交流異步電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功功率消耗型調(diào)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)差功率消消耗較大，從從而限制了調(diào)調(diào)速范圍。如如果要設(shè)法回回收轉(zhuǎn)差功率率，就需要在在異步電動(dòng)機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施施加控制，此此時(shí)可以采用用繞線轉(zhuǎn)子異異步電動(dòng)機(jī)。常常見的繞線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子回回路串電阻調(diào)調(diào)速，這種調(diào)調(diào)速方法簡(jiǎn)單單、操作方便便且價(jià)格便宜宜，但在電阻阻上將消耗大大量的能量，效效率低，經(jīng)濟(jì)濟(jì)性差，同時(shí)時(shí)由于轉(zhuǎn)子回回路附加電阻阻的容量大，可可調(diào)的級(jí)數(shù)有有限，不能實(shí)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速速。為了克服服上述缺點(diǎn)，必必須尋求一種種效率較高、性性能較好的繞繞線轉(zhuǎn)子異步步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差差功率同饋型型調(diào)速方法，串串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)就是一個(gè)很很好的解決方方案。串級(jí)調(diào)速是通過(guò)過(guò)繞線式異步步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回路引入入附加電勢(shì)而而產(chǎn)生的。它它屬于變轉(zhuǎn)差差率來(lái)實(shí)現(xiàn)串串級(jí)調(diào)速的。與與轉(zhuǎn)子串電阻阻的方式不同同，串級(jí)調(diào)速速可以將異步步電動(dòng)機(jī)的功功率加以應(yīng)用用（回饋電網(wǎng)網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為為機(jī)械能送回回到電動(dòng)機(jī)軸軸上），因此此效率高。它它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)級(jí)平滑調(diào)速，低低速時(shí)機(jī)械特特性也比較硬硬。特別是晶晶閘管低同步步串級(jí)調(diào)速系系統(tǒng)，技術(shù)難難度小，性能能比較完善，因因而獲得了廣廣泛的應(yīng)用。1.2系統(tǒng)靜態(tài)態(tài)及動(dòng)態(tài)要求求若采用轉(zhuǎn)速負(fù)反反饋和PI調(diào)節(jié)器的單單閉環(huán)調(diào)速系系統(tǒng)雖然可以以在保證系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定的條件件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速速無(wú)靜差，不不過(guò)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能能要求較高，例例如要求快速速起制動(dòng)，突突加負(fù)載動(dòng)態(tài)態(tài)速降小等等等，單閉環(huán)系系統(tǒng)難以滿足足要求，因?yàn)闉樵趩伍]環(huán)系系統(tǒng)中不能完完全按照需要要來(lái)控制動(dòng)態(tài)態(tài)過(guò)程的電流流或轉(zhuǎn)矩，在在單閉環(huán)調(diào)速速系統(tǒng)中，只只有電流截止止負(fù)反饋環(huán)節(jié)節(jié)是專門用來(lái)來(lái)控制電流的的，但它只是是在超過(guò)臨界界電流值以后后，靠強(qiáng)烈的的負(fù)反饋?zhàn)饔糜孟拗齐娏鞯牡臎_擊，并不不能很理想地地控制電流的的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)當(dāng)電流從最大大值降低下來(lái)來(lái)以后，電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之之減少，因而而加速過(guò)程必必然拖長(zhǎng)。若采用雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)，則則可以近似在在電機(jī)最大電電流（轉(zhuǎn)矩）受受限的條件下下，充分利用用電機(jī)的允許許過(guò)載能力，使使電力拖動(dòng)系系統(tǒng)盡可能用用最大的加速速度起動(dòng)，到到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速速后，又可以以讓電流迅速速降低下來(lái)，使使轉(zhuǎn)矩馬上與與負(fù)載相平衡衡，從而轉(zhuǎn)入入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此此時(shí)起動(dòng)電流流近似呈方形形波，而轉(zhuǎn)速近似似是線性增長(zhǎng)長(zhǎng)的，這是在在最大電流（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩）受到限限制的條件下下調(diào)速系統(tǒng)所所能得到的最最快的起動(dòng)過(guò)過(guò)程。采用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速電流雙閉閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)，在系統(tǒng)中中設(shè)置了兩個(gè)個(gè)調(diào)節(jié)器，分分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速速和電流，二二者之間實(shí)行行串級(jí)聯(lián)接，這這樣就可以實(shí)實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)過(guò)程中只有電電流負(fù)反饋，而而它和轉(zhuǎn)速負(fù)負(fù)反饋不同時(shí)時(shí)加到一個(gè)調(diào)調(diào)節(jié)器的輸入入端，到達(dá)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反反饋，不靠電電流負(fù)反饋發(fā)發(fā)揮主要的作作用，這樣就就能夠獲得良良好的靜、動(dòng)動(dòng)態(tài)性能。與帶電流截止負(fù)負(fù)反饋的單閉閉環(huán)系統(tǒng)相比比，雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的靜靜特性在負(fù)載載電流小于時(shí)時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速速無(wú)靜差，這這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)負(fù)反饋起主調(diào)調(diào)作用，系統(tǒng)統(tǒng)表現(xiàn)為電流流無(wú)靜差。得得到過(guò)電流的的自動(dòng)保護(hù)。顯顯然靜特性優(yōu)優(yōu)于單閉環(huán)系系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)態(tài)性能方面，雙雙閉環(huán)系統(tǒng)在在起動(dòng)和升速速過(guò)程中表現(xiàn)現(xiàn)出很快的動(dòng)動(dòng)態(tài)跟隨性，在在動(dòng)態(tài)抗擾性性能上，表現(xiàn)現(xiàn)在具有較強(qiáng)強(qiáng)的抗負(fù)載擾擾動(dòng)，抗電網(wǎng)網(wǎng)電壓擾動(dòng)。1.3串級(jí)調(diào)速速原理及基本本類型假定異步電動(dòng)機(jī)機(jī)的外加電源源電壓及負(fù)載載轉(zhuǎn)矩都不變變．則電動(dòng)機(jī)機(jī)在調(diào)速前后后轉(zhuǎn)子電流近近似保持不變變。若在轉(zhuǎn)子子回路中引入入一個(gè)頻率與與轉(zhuǎn)子電勢(shì)相相同，而相位位相同或相反反的附電勢(shì)則則轉(zhuǎn)子電流為為式中：：轉(zhuǎn)子回回路電阻；：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組每相相漏抗；：轉(zhuǎn)子開路相電電勢(shì)；電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差差率s很小，故≥。忽略有,上式中，為取決決于電動(dòng)機(jī)的的一個(gè)常數(shù)，所所以，改變附附加電勢(shì)可以以改變轉(zhuǎn)差率率S，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)調(diào)速。設(shè)當(dāng)=00時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，即,由（式1-2）可見，當(dāng)附附加電動(dòng)勢(shì)與與轉(zhuǎn)子相電勢(shì)勢(shì)相位相反時(shí)時(shí)（前取負(fù)號(hào)號(hào)），改變的的大小，可在在額定轉(zhuǎn)速以以下調(diào)速，這這種調(diào)度方式式稱為低同步步串級(jí)調(diào)速，且且附加電勢(shì)與與轉(zhuǎn)子相電勢(shì)勢(shì)相位相同時(shí)時(shí)（前取正號(hào)號(hào)），改變的的大小，可在在額定轉(zhuǎn)速以以上調(diào)速，這這種調(diào)度方式式稱為超同步步串級(jí)調(diào)速（即即s<0）。串級(jí)調(diào)速四種基基本狀態(tài)方式式下能量傳遞遞方式如圖1-1所示，圖中不不計(jì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)內(nèi)部各種損耗耗，即認(rèn)定定定子輸入功率率P即為轉(zhuǎn)子輸輸出功率。圖1-1串級(jí)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的的基本狀態(tài)方方式晶閘管低同步串串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)是在繞線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)用用大功率的晶晶閘管或二極極管，將轉(zhuǎn)子子的轉(zhuǎn)差頻率率交流電變?yōu)闉橹绷麟姡僭儆镁чl管逆逆變器將轉(zhuǎn)子子電流返回電電源以改變電電機(jī)轉(zhuǎn)速的一一種調(diào)速方式式。電氣串級(jí)調(diào)速速系統(tǒng)原理圖圖，見圖1-2圖1-2電氣氣串級(jí)調(diào)速系系統(tǒng)原理圖1.4電動(dòng)機(jī)供供電方案的確確定變電壓調(diào)速是直直流調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)用的主要方方法，調(diào)節(jié)電電樞供電電壓壓所需的可控控制電源通常常有3種：旋轉(zhuǎn)電電流機(jī)組，靜靜止可控整流流器，直流斬?cái)夭ㄆ骱兔}寬寬調(diào)制變換器器。旋轉(zhuǎn)變流流機(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，用交交流電動(dòng)機(jī)和和直流發(fā)電機(jī)機(jī)組成機(jī)組，以以獲得可調(diào)的的直流電壓。適適用于調(diào)速要要求不高，要要求可逆運(yùn)行行的系統(tǒng)，但但其設(shè)備多、體體積大、費(fèi)用用高、效率低低、維護(hù)不便便。用靜止的的可控整流器器，例如，晶晶閘管可控整整流器，以獲獲得可調(diào)直流流靜止可控整整流器又稱V-M系電壓。通通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)發(fā)裝置GT的控制電壓壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)發(fā)脈沖的相位位，即可改變變Ud，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)平滑調(diào)速，且且控制作用快快速性能好，提提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)態(tài)性能。直流流斬波器和脈脈寬調(diào)制交換換器采用PWM，用恒定直直流或不可控控整流電源供供電，利用直直流斬波器或或脈寬調(diào)制變變換器產(chǎn)生可可變的平均電電壓。受器件件各量限制，適適用于中、小小功率的系統(tǒng)統(tǒng)。根據(jù)本此此設(shè)計(jì)的技術(shù)術(shù)要求和特點(diǎn)點(diǎn)選V-M系統(tǒng)。在V-M系統(tǒng)中中，調(diào)節(jié)器給給定電壓，即即可移動(dòng)觸發(fā)發(fā)裝置GT輸出脈沖的的相位，從而而方便的改變變整流器的輸輸出，瞬時(shí)電電壓Ud。由于要求直直流電壓脈動(dòng)動(dòng)較小，故采采用三相整流流電路。考慮慮使電路簡(jiǎn)單單、經(jīng)濟(jì)且滿滿足性能要求求，選擇晶閘閘管三相全控控橋交流器供供電方案。因因三相橋式全全控整流電壓壓的脈動(dòng)頻率比三三相半波高，因因而所需的平平波電抗器的的電感量可相相應(yīng)減少約一一半，這是三三相橋式整流流電路的一大大優(yōu)點(diǎn)。并且且晶閘管可控控整流裝置無(wú)無(wú)噪聲、無(wú)磨磨損、響應(yīng)快快、體積小、重重量輕、投資資省。而且工工作可靠，能能耗小，效率率高。同時(shí)，由由于電機(jī)的容容量較大，又又要求電流的的脈動(dòng)小。綜綜上選晶閘管管三相全控橋橋整流電路供供電方案。在一般情況下，晶晶閘管變流裝裝置所需的交交流電供電壓壓與電網(wǎng)往往往不一致。另另外為了減小小電網(wǎng)與晶閘閘管裝置的相相互干擾，要要求能夠隔離離，所以通常常要配用整流流變壓器。為為了抑制諧波波干擾，一般般采用接法的的整流變壓器器?？紤]到異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)輸出的最最大轉(zhuǎn)矩的降降低，功率因因數(shù)的降低和和轉(zhuǎn)子損耗增增大等因素，不不論對(duì)于新設(shè)設(shè)計(jì)的或是改改造的都應(yīng)對(duì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)機(jī)的容量進(jìn)行行重新選擇的的計(jì)算，串級(jí)級(jí)調(diào)速異步電電動(dòng)機(jī)的容量量計(jì)算如下：：式中，——串級(jí)級(jí)調(diào)速系數(shù)，一一般取1.22左右。對(duì)于于在長(zhǎng)期低速速運(yùn)行的串級(jí)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，該取大一點(diǎn)；——按照常規(guī)運(yùn)運(yùn)算方式計(jì)算算的電動(dòng)機(jī)容容量。從產(chǎn)品手冊(cè)中選選擇的電動(dòng)機(jī)機(jī)容量≥本設(shè)計(jì)采用內(nèi)反反饋串級(jí)調(diào)速速電機(jī)及其控控制裝置技術(shù)術(shù)手冊(cè)提供的的有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)而成。該電機(jī)定額為連連續(xù)定額S11，基本防護(hù)護(hù)等級(jí)為IPP23，基本本冷卻方法為為ICO1，基基本結(jié)構(gòu)和安安裝方式為IIBM3?？刂齐姍C(jī)型號(hào)JRNT151122-4最高/最低轉(zhuǎn)速速1480/69900r/minn額定功率45kW效率95%定子電壓/電流流380V/855..9A功率因數(shù)0.87轉(zhuǎn)子電壓/電流流340V/811AA控制裝置型號(hào)JC4-8000AA/8000VV表1-1繞線線式異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)由于調(diào)速范圍小小，且對(duì)動(dòng)、靜靜態(tài)性能有一一定性能要求求，選用晶閘閘管串級(jí)調(diào)速速雙閉環(huán)調(diào)速速系統(tǒng)比較合合適。整流器器采用三相橋橋式全控整流流電路。2電動(dòng)機(jī)容量校校核（一）最大轉(zhuǎn)差差率式中：：電動(dòng)機(jī)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速速，近似等于于電動(dòng)機(jī)的額額定轉(zhuǎn)速；：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的最低工作作轉(zhuǎn)速；：調(diào)速范圍轉(zhuǎn)差率S=

（1500--1480）/15000

=

0..0133；最大轉(zhuǎn)差率Smaxx=(1480

―

690))

/

14480

=

0..5337；調(diào)速范圍DD

=/=14880/690==2.14449；（二）轉(zhuǎn)子整流流器的最大輸輸出電壓型號(hào)KITKUTKUVKIVKILKLK三相帶中線0.3670.670.5770.4721.3510.866三相橋0.3671.350.8150.8161.0520.5雙三相橋串聯(lián)0.3672.70.8161.5781.0340.36～0..552雙三相橋并聯(lián)0.1841.350.4180.7891.0310.26～0..332表2-1變流流器主電量計(jì)計(jì)算系數(shù)SEQ表2-1_變流器主電量計(jì)算系數(shù)\*ARABIC1式中：：轉(zhuǎn)子開開路相電勢(shì)；；：整流電壓計(jì)算算系數(shù)，見表表2-1；則（三）最大直流流整流電流式中：λM：電電動(dòng)機(jī)的電流流過(guò)載倍數(shù)，近近似等于轉(zhuǎn)矩矩過(guò)載倍數(shù)2；I22N：轉(zhuǎn)子線線電流額定值值；KIV：整流電電壓計(jì)算系數(shù)數(shù)，見表2-1；IdN：轉(zhuǎn)子整整流器輸出直直流電流額定定值；IdN=I2N/KIV；1..1：考慮到轉(zhuǎn)子子電流畸變等等因素的影響響而引如的系系數(shù)；則（五）最大直流流整流電阻（六）定子電阻阻定轉(zhuǎn)子繞組的變變比=折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的的定子電阻=（七）電動(dòng)機(jī)額額定轉(zhuǎn)矩（八）折算到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗抗3整流二極管的的選擇3.1整流二極極管電壓的選選擇設(shè)每個(gè)橋臂上串串聯(lián)的整流二二極管數(shù)目為為N=3，則每個(gè)二二極管的反向向重復(fù)峰值為為式中：：電壓壓計(jì)算系數(shù)，見見上表2-1；：轉(zhuǎn)子開路相電電勢(shì)；：均壓系數(shù)，一一般取0.99。對(duì)于元件件不要串聯(lián)時(shí)時(shí)取1；由上式可見見，整流二極極管所承受的的最高電壓與與最低電壓與與系統(tǒng)的調(diào)速速范圍D有關(guān)，調(diào)速范范圍越高，元元件承受的電電壓越高。則：3.2整流二極極管電流的選選擇在大容量串級(jí)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)中，需需要將幾個(gè)整整流二極管并并聯(lián)使用。設(shè)設(shè)并聯(lián)支路數(shù)數(shù)為Np=3則每個(gè)整流流二極管的電電流計(jì)算如下下：式中：KＩＩＴ：電流計(jì)計(jì)算系數(shù)，見見表2-1；Iｄｍａｘ：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子整流器最最大直流整流流電流；KＡＣ：均流系系數(shù)。其值可可取0.8～0.9，對(duì)于元件不不并聯(lián)的情況況下取1；4逆變變壓器的的參數(shù)計(jì)算4.1概述對(duì)于不同的的異步電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電電壓和不同的的調(diào)速范圍、要要求有不同的的逆變變壓器器二次側(cè)電壓壓與其匹配；；同時(shí)也希逐逐轉(zhuǎn)子電路與與交流電網(wǎng)之之間實(shí)行電隔隔離，因此一一般串級(jí)調(diào)速速系統(tǒng)中均需需配置逆變變變壓器。4.2逆變壓器器二次側(cè)參數(shù)數(shù)的初步計(jì)算算（一）逆變壓器器二次側(cè)電壓壓根據(jù)最低轉(zhuǎn)速時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子最大整整流電壓與逆逆變器最大電電壓相等的原原則確定：式中：UＴＴ２：逆變變變壓器二次側(cè)側(cè)線電壓；Uｄｍａｘ：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子整流器最最大輸出直流流電壓；KＵＶ：整流流電壓計(jì)算系系數(shù)，見表2-1；βｍｉｎ：最小小逆變角，一一般取30°；即，（二）逆變變壓壓器折算至直直流側(cè)電抗，則，折算到直流流側(cè)等效電阻阻（三）平波電抗抗器直流電阻阻（四）在串級(jí)調(diào)調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行行時(shí)的額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速當(dāng)S=1時(shí)，電電動(dòng)機(jī)定子折折算到直流側(cè)側(cè)的等效電阻阻為1.733，故電動(dòng)機(jī)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩考慮到換相重疊疊角的影響，并并經(jīng)線性化處處理，上式中中為則轉(zhuǎn)矩降低系數(shù)為為（五）串級(jí)調(diào)速速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)時(shí)最高轉(zhuǎn)速的的確定直流回路總等效效電阻為式中，電動(dòng)機(jī)折折算到直流側(cè)側(cè)的等效電阻阻，可按功率率相等的原則則進(jìn)行折算，即即得（六）最大電流流時(shí)的電動(dòng)勢(shì)勢(shì)系數(shù)為：（七）最大轉(zhuǎn)速速：則（八）轉(zhuǎn)速降低低系數(shù)（九）電動(dòng)機(jī)校校驗(yàn)或即，所選電動(dòng)機(jī)機(jī)符合要求。所以，時(shí)，換相相重疊角為系統(tǒng)工作在第一一工作區(qū)。4.3逆變變壓壓器計(jì)算逆變變壓器二次次側(cè)線電壓又因?yàn)槟孀冏儔浩饔?jì)算算容量為逆變變壓器一次次側(cè)電流因此修正為符合前面所取的的值5硅整流元件及及晶閘管的選選擇（一）參數(shù)計(jì)算算式中（三相橋式電電路、電感性性負(fù)載）取因?yàn)槿∵x擇硅整流元件件ZP1500-12六只，晶閘閘管KP1500-12六只。（二）調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的保護(hù)晶閘管有換相方方便，無(wú)噪音音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)設(shè)計(jì)晶閘管電電路除了正確確的選擇晶閘閘管的額定電電壓、額定電電流等參數(shù)外外，還必須采采取必要的過(guò)過(guò)電壓、過(guò)電電流保護(hù)措施施。正確的保保護(hù)是晶閘管管裝置能否可可靠地正常運(yùn)運(yùn)行的關(guān)鍵。（1）過(guò)電壓保保護(hù)不能從根本上消消除過(guò)電壓的的根源，只能能設(shè)法將過(guò)電電壓的幅值抑抑制到安全限限度之內(nèi)，這這是過(guò)電壓保保護(hù)的基思想想。抑制過(guò)電電壓的方法不不外乎三種：：用非先行元元件限制過(guò)電電壓的幅度；用用電阻消耗產(chǎn)產(chǎn)生過(guò)電壓的的能量；用儲(chǔ)儲(chǔ)能元件吸收收產(chǎn)生過(guò)電壓壓的能量。實(shí)實(shí)用中常視需需要在電路的的不同部位選選用不同的方方法，或者在在同一部位同同時(shí)用兩種不不同保護(hù)方法。以以過(guò)電壓保護(hù)護(hù)的部位來(lái)分分，有交流側(cè)側(cè)過(guò)壓保護(hù)、直直流側(cè)過(guò)電壓壓保護(hù)和器件件兩端的過(guò)電電壓保護(hù)三種種。1、交流側(cè)過(guò)電電壓保護(hù)本設(shè)計(jì)采用阻容容保護(hù)即在變壓器器二次側(cè)并聯(lián)聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)。如如圖5-1所示：：圖5-1阻容保護(hù)電路圖圖5-1阻容保護(hù)電路圖變壓器接法單相三相、二次Ｙ聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)三相二次Ｄ聯(lián)結(jié)結(jié)阻容裝置接法與變壓器二次側(cè)側(cè)并并聯(lián)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)電容ＣＣ1/3C3CC電阻ＲＲ3R1/3RR表5-1變壓壓器連接及阻阻容選擇對(duì)于三相電路，Ｒ和Ｃ的值可按表5-1換算。本系統(tǒng)采用D--Y連接。S=1.92999KVA，

U2=120VV

變壓器勵(lì)磁電流流百分?jǐn)?shù)Iem取值：當(dāng)S=1～10KVA時(shí)，對(duì)應(yīng)的的Iem=4～1，所以Iem取3。C≥6IemmS/U22=×6××3×34××103/1202=14.117μF選取20μF的的鋁電解電容容器。變壓器短路電壓壓比選取：S=1～10KVAA，Iｅｍ=1～5，所以Iｅｍ取3。Ｃ≥2.33U22/S=22.3×12202/1.92299×1003=9.337Ω即，選取電阻為為ZB1-110的電阻。（二）直流側(cè)過(guò)過(guò)電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采采用與交流側(cè)側(cè)保護(hù)相同保保護(hù)相同的方方法，可采用用阻容保護(hù)和和壓敏電阻保保護(hù)。但采用用阻容保護(hù)易易影響系統(tǒng)的的快速性，并并且會(huì)造成加加大。因此，一一般不采用阻阻容保護(hù)，而而只用壓敏電電阻作過(guò)電壓壓保護(hù),如圖(3-2)所示示。U1MA=（11.8-2..2）UDC=(1..8-2.22)×2330=4144-460VV選MY31-4440/5型型壓敏電阻。允允許偏差+10％（484V）。晶閘管及整流二二極管兩端的的過(guò)電壓保護(hù)護(hù)查表5-2；晶閘管額定電流流//μA1020501002005001000電容/μF0.10.150.20.250.512電阻/Ω1008040201052圖5-2壓敏電電阻保護(hù)的接接法抑制晶閘管關(guān)斷斷過(guò)過(guò)電壓一般般采采用在晶閘閘管管兩端并聯(lián)聯(lián)阻阻容保護(hù)電電路路方法。電電容容耐壓可選選加加在晶閘管管兩兩端工作電電壓壓峰值的1.1～1.15倍得C=0.11μFF，R=100Ω。選R為0.2μμF的CZZJD-2型金屬化紙紙介質(zhì)電容容器器。PR=fCUmm2×110-6==550×0..22×10--66×(××1120)22××10-66==0.455××10-66WW即，選R為200ΩΩ普通金屬膜膜電阻器，RRRJ-0..55。二、電流保護(hù)快速熔斷器的斷斷流流時(shí)間短，保保保護(hù)性能較較好好，是目前前應(yīng)應(yīng)用最普遍遍的的保護(hù)措施施?？炜焖偃蹟嗥髌骺煽梢园惭b在在直直流側(cè)、交交流流側(cè)和直接接與與晶閘管串串聯(lián)聯(lián)。1）交流側(cè)快速速熔斷斷器的選擇擇II2=5.377AA選取RLS-1100快速熔斷器器，熔體額額定定電流6A。2）晶閘管串連連的快快速熔斷器器的的選擇I=II2=5.377AA，IT=3.1111A選取RLS-110快速速熔斷器，熔熔熔體額定電電流流4A。3）電壓和電流流上升升率的限制制電壓上升率：：正正相電壓上上升升率較大時(shí)，會(huì)會(huì)使晶閘管管誤誤導(dǎo)通。因因此此作用于晶晶閘閘管的正相相電電壓上升率率應(yīng)應(yīng)有一定的的限限制。造成電壓上升率率過(guò)大的原因因一般有兩兩點(diǎn)點(diǎn)：由電網(wǎng)網(wǎng)侵侵入的過(guò)電電壓壓；由于晶晶閘閘管換相時(shí)時(shí)相相當(dāng)于線電電壓壓短路，換換相相結(jié)束后線線電電壓有升高高，每每一次換相相都都可能造成成過(guò)過(guò)大。限制過(guò)大可可在電源輸輸入入端串聯(lián)電電感感和在晶閘閘管管每個(gè)橋臂臂上上串聯(lián)電感感，利利用電感的的濾濾波特性，使使使降低。電流上升率：：導(dǎo)導(dǎo)通時(shí)電流流上上升率太大大，則則可能引起起門門極附近過(guò)過(guò)熱熱，造成晶晶閘閘管損壞。因因此對(duì)晶閘閘管管的電流上上升升率必須有所限限制。產(chǎn)生過(guò)大的原因因，一一般有：晶晶閘閘管導(dǎo)通時(shí)時(shí)，與與晶閘管并并聯(lián)聯(lián)的阻容保保護(hù)護(hù)中的電容容突突然向晶閘閘管管放電；交交流流電源通過(guò)過(guò)晶晶閘管向直直流流側(cè)保護(hù)電電容容充電；直直流流側(cè)負(fù)載突突然然短路等等等。限制，除在阻阻容保護(hù)中中選擇合適適的的電阻外，也也也可采用與與限限制相同的的措措施，即在在每每個(gè)橋臂上上串串聯(lián)一個(gè)電電感感。限制和的電電感，可采用用空空心電抗器器，要要求L≥（20～30）μH；也可采用用鐵心電抗抗器器，L值可偏大些些。在容量量較較小系統(tǒng)中中，也也可把接晶晶閘閘管的導(dǎo)線線繞繞上一定圈圈數(shù)數(shù)，或在導(dǎo)導(dǎo)線線上套上一一個(gè)個(gè)或幾個(gè)磁磁環(huán)環(huán)來(lái)代替橋橋臂臂電抗器。所以，為了防止止每每個(gè)橋臂上上串串聯(lián)一個(gè)30μH的電感。6平波電抗器電電感量量的計(jì)算6.1轉(zhuǎn)子直流流回回路平波電電抗抗器的作用用一，使串級(jí)挑速速在在最小工作作電電流下仍能能維維持電流的的連連續(xù)；二，減小電流脈脈動(dòng)動(dòng)，把直流流回回路中的脈脈動(dòng)動(dòng)分量在電電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中中造造成的附加加損損耗控制在在允允許的范圍圍內(nèi)內(nèi)。6.2電感的計(jì)計(jì)算算一、電動(dòng)機(jī)等效效電電感二、逆變變壓器器等等效電感三、按電流連續(xù)續(xù)要要求的電感感量量式中，（三相橋式全控控電路路）即，四、按限制電流流脈脈動(dòng)要求的的電電感量式中，———最最低次諧波波電電壓幅值；——逆變變壓器器二次側(cè)側(cè)相電壓有有效效值；——最低次諧波波頻率，對(duì)對(duì)于三相橋橋式式電路；——電流脈動(dòng)系系數(shù)，要要求=0.05；——（三相橋式式全控電電路）；則，選取平波電抗器器，當(dāng)當(dāng)Iｄ=106.77A時(shí)電感量為8mH，Iｄ=5.35A時(shí)電感量不不小于20mmH。7啟動(dòng)方式的確確定用串級(jí)調(diào)速裝置置啟啟動(dòng)時(shí)，啟啟動(dòng)動(dòng)電流由于，則需要在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回路中中串串聯(lián)頻敏變變阻阻器啟動(dòng)，待待待S=0.779，即n=3155r/miinn時(shí)串級(jí)調(diào)速速裝置再投投入入運(yùn)行。8雙閉環(huán)控制系系統(tǒng)的的參數(shù)計(jì)算一、雙閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜靜態(tài)參數(shù)計(jì)計(jì)算算（1）取速度給給定電壓速度反饋系數(shù)（2）取電流給給定電壓電流反饋系數(shù)（3）取電流調(diào)調(diào)節(jié)器輸出出電壓最大大值值；晶閘管電壓放大大倍倍數(shù)（4）晶閘管逆逆變器的滯滯后時(shí)間常常數(shù)數(shù)低速時(shí)靜差率要要求求的速度降降由于采用了抑止止零零點(diǎn)漂移的PI調(diào)節(jié)器，故故穩(wěn)態(tài)時(shí)的的速速度降必須須滿滿足：則因?yàn)?，取若取電流環(huán)故靜差率（二）雙閉環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參參數(shù)數(shù)計(jì)算由前述分析可知知，與均為轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，故故電流環(huán)為非非定常系統(tǒng)，但但當(dāng)時(shí)的與值可按定常常系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保保證系統(tǒng)具有有良好的性能能。（1）電流環(huán)參參數(shù)計(jì)算算由公式知，將代代入可可以推得由于要求電流環(huán)環(huán)超超調(diào)量小，故故故電流環(huán)按按典典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)。取則令故，（2）速度環(huán)參參數(shù)計(jì)算算由于系統(tǒng)要求抗抗擾擾性能及跟跟隨隨性能好，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速環(huán)按典典型型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)，且取h=5。取轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率率又因?yàn)闈M足及ωｉ＜的的條條件，故電電流流環(huán)可等效效為為慣性環(huán)節(jié)節(jié)。則若按兩種計(jì)算結(jié)果基基本本一致，取取。統(tǒng)飛輪矩按電動(dòng)動(dòng)飛飛輪矩的1.5倍考慮，即GD2=1.5××0.1==00.15NN··m9系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)9.1供電系統(tǒng)統(tǒng)的的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖9-1三相橋式全控整整流流電路大多多用用于向阻感感負(fù)負(fù)載和反電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)負(fù)載載供電（即即用用于直流電機(jī)機(jī)傳動(dòng)），下下下面主要分分析析阻感負(fù)載載時(shí)時(shí)的情況，對(duì)對(duì)對(duì)于帶反電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)負(fù)載載的情況，只只只需在阻感感負(fù)負(fù)載的基礎(chǔ)礎(chǔ)上上掌握其特特點(diǎn)點(diǎn)，即可把把握握其工作情情況況。當(dāng)α≤60o時(shí)，Ud波形連續(xù)，電電電路的工作作情情況與帶電電阻阻負(fù)載時(shí)十十分分相似，各各晶晶閘管的通通斷斷情況、輸輸出出整流電壓壓UUd波形、晶閘閘管承受的的電電壓波形等等都都一樣。區(qū)區(qū)別別在于負(fù)載載不不同時(shí)，同同樣樣的整流輸輸出出電壓加到到負(fù)負(fù)載上，得得到到的負(fù)載電電流流Id波形不同，電電電阻負(fù)載時(shí)時(shí)IId

波形與

Ud的波形形狀狀一樣。而而阻阻感負(fù)載時(shí)時(shí)，由于電感的的作用，使使得得負(fù)載電流流波波形變得平平直直，當(dāng)電感感足足夠大的時(shí)時(shí)候候，負(fù)載電電流流的波形可可近近似為一條條水水平線。圖6和圖7分別給出了了三相橋式式全全控整流電電路路帶阻感負(fù)負(fù)載載α=0o和α=30o的波形。

圖6中除給出出Ud波形形和Id波形外，還還給出了晶晶閘閘管VT1電流IVT1

的波波形，可與與圖圖2帶電阻負(fù)載載時(shí)的情況況進(jìn)進(jìn)行比較。由由由波形圖可可見見，在晶閘閘管管VT1導(dǎo)通段，IVT1波形由由負(fù)載電流

Id

波形決定，和和和Ud波形不同。圖7中除給出Ud波形和Id

波形外，還還給出了變變壓壓器二次側(cè)a相電流

Ia

的波形，可可與圖3帶電阻負(fù)載載時(shí)的情況況進(jìn)進(jìn)行比較。當(dāng)當(dāng)當(dāng)α＜60o時(shí)，阻感負(fù)負(fù)載時(shí)的工工作作情況與電電阻阻負(fù)載時(shí)不不同同，電阻負(fù)負(fù)載載時(shí)Ud波形不會(huì)出出現(xiàn)負(fù)的部部分分，而阻感感負(fù)負(fù)載時(shí)，由由于于電感L的作用，Ud波形會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)負(fù)的部分分。圖8給出了α=90o時(shí)的波形。若若電感L值足夠大，UUd中正負(fù)面積積將基本相等等，Ud平均值近似似為零。這表明，帶帶阻感負(fù)