異步電動機采用調(diào)壓調(diào)速時

異步電動機采用調(diào)壓調(diào)速時，由于同步轉(zhuǎn)速不變和機械特性較硬，因此對普通異步電動機來說其調(diào)速范圍很有限，無實用價值，而對力矩電動機或繞線式異步電動機在轉(zhuǎn)子中串入適當?shù)碾娮韬笫菣C械特性變軟后，其調(diào)速范圍有所擴大，但在負載或電網(wǎng)電壓波動情況下，其轉(zhuǎn)速波動嚴重，為此長采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相晶閘管交流調(diào)壓器及三相繞線式異步電動機組成?？刂撇糠钟伞半娏髡{(diào)節(jié)器”“速度變換”，“觸發(fā)電路”，“正橋功放”等組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖所示。整個調(diào)速系統(tǒng)采用了速度，電流兩個反饋控制環(huán)。這里的速度環(huán)作用基本上與直流調(diào)速系統(tǒng)想同，而電流環(huán)的作用則有所不同。在穩(wěn)定運行的情況下，電流環(huán)對電網(wǎng)擾動仍有較大的抗繞作用，但在啟動過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會出現(xiàn)最佳啟動的恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩啟動。異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用雙閉環(huán)系統(tǒng)時靜差率較小，且比較容易實現(xiàn)正，反轉(zhuǎn)和能耗制動。但在恒轉(zhuǎn)矩負載下不能長時間低速運行，因為低速運行時轉(zhuǎn)差率功率Ps=SPm全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，會使轉(zhuǎn)子過熱。222222交流調(diào)速調(diào)壓系統(tǒng)的電氣原理圖如圖 所示。交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖所示。下面介紹各部分的建模與參數(shù)設置過程。系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設置（1） 主電路的建模和參數(shù)設置由圖 可見，主電路由三相對稱交流電壓源，晶閘管三相交流調(diào)壓器，交流異步電動機，電動機信號分配器等部分組成。此處著重討論晶閘管三相交流調(diào)壓器，交流異步電動機，電動機測試信號分配器的建模和參數(shù)設置問題。@1晶閘管三相交流調(diào)壓器的建模和參數(shù)設置。晶閘管三相交流調(diào)壓器通常是采用三對反并聯(lián)的晶閘管元件組成，單個晶閘管采用“相位控制”方式，利用電網(wǎng)自然換流。圖（）所示為晶閘管三相交流調(diào)壓器的仿真模型及模塊符號。圖（）所示為三相交流調(diào)壓器中的晶閘管元件的參數(shù)設置情況。在圖（）中我們是用單個晶閘管元件按三相交流調(diào)壓的接線要求建成仿真模型的，單個晶閘管元件的參數(shù)設置仍然遵循晶閘管整流橋的參數(shù)設置原則。@2交流異步電動機，電動機測試信號分配器的建模和參數(shù)設置。在“PowerSystem”工具箱中有一個電動機模塊庫，它包含了直流電動機，異步電動機，同步電動機及其他各種電動機模塊。其中，模塊庫中有兩個異步電動機模型，一個是標么值單位制（PUunit）下的異步電動機模型，另一個是國際單位制（SIunit）下的異步電動機模型，本文采用后者。國際單位下的異步電動機模型符號如圖（）所示，電動機測試信號分配器模塊符號如圖（）所示。描述異步電動機模塊性能的狀態(tài)方程包括電氣和機械兩個部分，電氣部分有5個狀態(tài)方程，機械部分有兩個狀態(tài)方程。該模塊有4個輸入端子，4個輸出端子，模塊的前3個輸入端子（A，B，C）為電動機的定子電壓輸入，第4個輸入端一般接負載，為加到電動機軸上的機械負載，該端子可以直接接SINMULINK信號。模塊的前三個輸入端子（a，b，c）為轉(zhuǎn)子電壓輸入，一般短接在一起，或連接其他附加電路，當異步電動機為鼠籠式電動機時，電動機模塊符號將不顯示輸出端子（a,b,c）。第4個輸出端子為m端子，它返回一系列電動機內(nèi)部信號（共15路，21個參數(shù)），供給電動機測試信號分配器模塊的輸入m端子。具體要輸出那些信號，可根據(jù)實際實驗要求，通過電動機測試信號分配器模塊的設置對話框來選擇，需要輸出那個物理量，只要在前面的復選框內(nèi)打個“？”。電動機測試信號分配器參數(shù)設置對話框的參數(shù)選擇如圖（）所示。異步電動機的參數(shù)可通過電動機模塊的參數(shù)對話框來輸入，有的參數(shù)設置如下。繞組類型（Rotortype）列表框：分電線式（Wound）和鼠籠式（Squirrelcage）兩種，此處選后者。參考坐標系（Referenceframe）列表框：有靜止坐標系（Stationary），轉(zhuǎn)子坐標系（Rotor）和同步旋轉(zhuǎn)坐標系（Synchronous），此處選同步旋轉(zhuǎn)坐標系。額定參數(shù)：額定功率Pn（單位為KW），線電壓Vn（單位為V），頻率f（單位為Hz）;定子電阻Rs（Stator）（單位為？）和漏感（Lls）（單位為H）；轉(zhuǎn)子電阻Rr（Rotor）（單位為？）和漏感（Llr）（單位為H）；互感（Mutualinductance）Lm單位為H）；轉(zhuǎn)動慣量（Inertia）J（單位為？），極對數(shù)P。異步電動機的參數(shù)設置對話框的參數(shù)設置如圖（）所示，參數(shù)設置原則于前述系統(tǒng)相同?？刂齐娐返慕：蛥?shù)設置交流調(diào)壓調(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，限幅器，速度反饋環(huán)節(jié)等，與單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)沒有什么區(qū)別，同步脈沖觸發(fā)器也一樣，故不再討論。有圖控制電路的有關(guān)參數(shù)設置如下。速度反饋系數(shù)設為30？，速度調(diào)節(jié)器的Xp=-30，？=300，上下限幅值為［180,-180］,限幅器限幅值為［180,30］，其他未說明的為系統(tǒng)默認參數(shù)。系統(tǒng)的仿真參數(shù)設置仿真所選擇的算法為ode23tb；仿真“Starttime”設為0，“Stoptime”設為4.2，其他與前面系統(tǒng)相同。3.系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果的分析當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始仿真。其仿真結(jié)果如圖（）所示圖從仿真結(jié)果可以看出，在穩(wěn)態(tài)時，仿真系統(tǒng)的實際速度能實現(xiàn)對給定速度的良好跟蹤；在過度過程時，仿真系統(tǒng)的實際速度對階躍給定信號的跟蹤有一定的偏差。從圖（）還可以預見，實際速度對斜坡給定信號的跟蹤比較應該是不錯的。DJDK—1型電力電子技術(shù)及電動機控制實驗裝置的實驗方法雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗所需的設備及器件。實驗所需的設備及器件見表（）表實驗方法（1） DJK02上的“觸發(fā)電路”調(diào)試@1打開DJK01總電源開關(guān)，操作電源控制屏上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。@2將DJK01“電源控制屏”上的“調(diào)速電源選擇開關(guān)”扳至“交流調(diào)速”側(cè)。@3打開DJK02電源開關(guān)，扳動“觸發(fā)脈沖指示”處的開關(guān)，使得“寬”發(fā)光管亮。@4觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相的鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器（在各觀測空左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。@5將DJK04上的“給定”輸出Ug直接接到DJK02上的移相控制電壓Uc1處，將給定的開關(guān)S2扳到接地位置（即Uct=0），調(diào)節(jié)DJK02上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相鋸齒波和“雙脈沖觀察孔”的VT1輸出波形，使a=170。@6適當增加給定Ug的正電壓輸入，觀測DJK02上“觸發(fā)脈沖觀察空”的波形，此時應觀察到后沿固定、前沿可調(diào)的寬脈沖。@7將DJK02面板上的U1f端接地，將“正橋觸發(fā)脈沖”的6個開關(guān)扳至“通”，觀察正橋VT1-VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。（2） 控制單元調(diào)試@1調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK04中電流調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串聯(lián)反饋網(wǎng)絡中的電容短接（即將電流調(diào)節(jié)器的“8”，“9”兩端直接用導線短接），使電流調(diào)節(jié)器成比例調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器Rp4，用萬用表的直流毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“10”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近零。順將DJK04中速度調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串聯(lián)反饋網(wǎng)絡中的的電容短接（即將速度調(diào)節(jié)器的“4”，“5”兩端直接用導線短接），使速度調(diào)節(jié)器成比例調(diào)節(jié)器。將調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的電位器Rp4順時針旋轉(zhuǎn)到底（即放大倍數(shù)最?。Ｕ{(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器Rp1用萬用表的直流毫伏檔測量速度調(diào)節(jié)器的“6”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近零。@2調(diào)節(jié)器正、負限幅值的調(diào)整直接將DJK04的給定電壓Ug接入DJK02移相控制電壓Uct的輸入端，三相交流調(diào)壓輸出的任意兩路接一個電阻負載（DK04滑線變阻器，接成并聯(lián)形式），阻值調(diào)到最大位置，用示波器觀察輸出的電壓波形。當給定電壓Ug由零調(diào)大時，輸出電壓U隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數(shù)值Ug，U的波形接近正弦波時，一般可確定移向控制電壓的最大允許值Uctmax=Ug，即Ug的允許調(diào)壓范圍為0—Uctmax。自擬實驗表格記錄Ug。將電流調(diào)節(jié)器的輸入端接地并丟掉反饋電路的電容短接線，使調(diào)節(jié)器成比例積分調(diào)節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端。當調(diào)節(jié)器的輸入端加正給定時，調(diào)整負限幅電位器Rp2,使之輸出電壓為最小值即可；當加負給定時，調(diào)整正限幅電位器Rp1，是電流調(diào)節(jié)器輸出正限幅為Uctmax。將“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端接地線并丟掉反饋電路的電容短接線，使調(diào)節(jié)器成為比利積分調(diào)節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到速度調(diào)節(jié)器的“3”端。當調(diào)節(jié)器輸入端加正給定時，調(diào)整負限幅電位器Rp3,使之輸出電壓為-6V；當調(diào)節(jié)器輸入端加負給定時，調(diào)整正限幅電位器Rp2,使之輸出電壓為最小值即可。@3電流反饋的調(diào)整直接將DJK04的給定電壓Ug接入DJK02移相控制電壓Uct的輸入端，三相交流調(diào)壓輸出接三相繞線式異步電動機，測量三相繞線式異步電動機電流值和電流反饋電壓，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器Rp1，使電流Ic=1A是的電流反饋電壓為Uf1=6V。@4轉(zhuǎn)速反饋的整定直接將DJK04的給定電壓Ug接入DJK02移相控制電壓Uct的輸入端，輸出接三相繞線式異步電動機，測量電動機的轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)速反饋電壓值，調(diào)節(jié)“速度變換”上的電位器Rp1，使n=1300/min時的轉(zhuǎn)速反饋電壓為Un=6V。（3） 機械特性n=f（T）測定@1將DJK04的“給定”電壓輸出直接接至DJK02上的移相控制電壓Uct，電動機轉(zhuǎn)子回路接DJ17-2轉(zhuǎn)子電阻專用箱，直流發(fā)電機接負載電阻R（將滑線變阻器接成串聯(lián)形式，并使負載電阻在最大阻值出），并將給定的輸出調(diào)到零。@2直流發(fā)電機先輕載，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug使電動機的端電壓等于Ue。轉(zhuǎn)矩可按下式計算。T=9.55（IGUG+IGRa+P0）/n式中，T為三相繞線型異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩，￡直流發(fā)電機電流，Ug為直流發(fā)電機電壓，Ra為直流發(fā)電機電樞電阻，P0為機組空載損耗。@3調(diào)節(jié)Ug，降低電動機端電壓，在2/3Ue時重復上述實驗，以取得一組機械特性。此輸出電壓為Ue時將實驗數(shù)據(jù)記錄于表【】中。在輸出電壓為2/3Ue時自擬實驗表格記錄機械特性。（4） 系統(tǒng)調(diào)試@1確定“電流調(diào)節(jié)器”和“速度調(diào)節(jié)器”的限幅值和電流、轉(zhuǎn)速反饋的極性。@2將系統(tǒng)接成雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，電動機轉(zhuǎn)子回路仍每相串3的電阻，逐漸增大給定Ug，觀察電動機運行是否正常。@3調(diào)節(jié)“電流調(diào)節(jié)器”和“速度調(diào)節(jié)器”的外接電容和電位器（改變放大倍數(shù)），用雙蹤慢掃描示波器觀察突加給定時的系統(tǒng)動態(tài)波形，確定較佳的調(diào)節(jié)器參數(shù)。（5）系統(tǒng)閉環(huán)特性的測定@1調(diào)節(jié)Ug使轉(zhuǎn)速至n=1200/min，從輕載按一定間隔調(diào)到額定負載，測出閉環(huán)靜態(tài)特性n=f（T）記錄于表【】中。@2自擬實驗表格測出并記錄檔n=800/min時的系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性n=f（T）。（6）系統(tǒng)靜態(tài)特性的觀察用慢掃描示波器觀察如下情況。@1突加給定啟動電動機時的轉(zhuǎn)速n（“速度變換”的“3”端）、電流I（“電流反饋與過流保護”的“2”端）及“速度調(diào)節(jié)器”輸出的“6”端的動態(tài)波形。@2電動機穩(wěn)定運行，突加、突減負載（20%Ie?100%Ie）時的n、I的動態(tài)波形。7.2雙閉環(huán)三項異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)實驗7.2.2實驗原理異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)是較為理想的節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)，采用電阻調(diào)節(jié)時轉(zhuǎn)子損耗為Ps=SPM,這說明隨著s的增大，效率降低，如果能把轉(zhuǎn)差率Ps的一部分回饋電網(wǎng)就可提高電動機調(diào)速時的效率。串級調(diào)速系統(tǒng)采用了在轉(zhuǎn)子回路中附加電勢的方法，通常使用的方法是將轉(zhuǎn)子三相電動勢經(jīng)二極管三相橋不可控整流得到一個直流電壓，由晶閘管有源逆變電路改變轉(zhuǎn)子的反電動勢，從而，從而方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，并將多余的能量回饋至電網(wǎng)，這是一種比較經(jīng)濟的調(diào)速方法。本系統(tǒng)為晶閘管亞同步雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由“速度調(diào)節(jié)器”、“電流調(diào)速器”、“正橋功放”、“速度變換”等組成。其系統(tǒng)原理圖框如圖7.2.1所示。7.2.4實驗仿真繞線式異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖機構(gòu)圖如圖7.2.1所示。下面介紹各部分的建模和參數(shù)設置過程。系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設置（1）主電路的建模和參數(shù)設置繞線式異步電動機調(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、二極管轉(zhuǎn)子整流器、晶閘管、逆變變壓器、電動機測試信號分配器等部分組成。圖7.2.2a時繞線式異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)除三相交流電壓源、電動機測試信號分配器之外的主電路子系統(tǒng)仿真模型，圖7.2.2b為模塊符號。圖7.2.3a是串級調(diào)速系統(tǒng)子系統(tǒng)接上同步脈沖觸發(fā)器、點擊測試信號分配器等模塊后的仿真模型，圖7.2.3b為模塊符號。在圖7.2.2和圖7.2.3的仿真模型中，同步脈沖觸發(fā)器、電動機測試信號分配器、平波電抗器交流異步電動機此處選擇繞線式的建模和參數(shù)設置在前面已經(jīng)做過討論，此處主要討論二極管轉(zhuǎn)子整流器晶閘管逆變器逆變變壓器的建模和參數(shù)設置問題。在SIMULINK的三相電氣three-PhaseLibrary子模塊庫中，找到6脈沖二極管橋6-plulsediodebridge模塊，將其標簽改為轉(zhuǎn)子整流橋，并對其進行參數(shù)設置；同樣在three-PhaseLibrary子模塊庫中，找到6脈沖晶閘管橋6-plulsediodebridge模塊，將其標簽改為逆變橋，并對其進行參數(shù)設置；還是在three-PhaseLibrary子模塊庫中，找到Y(jié)gY線性變壓器YgYlineartransformer模塊將其標簽改為YgY線性逆變器，并對其進行參數(shù)設置。參數(shù)設置和前面章節(jié)的一樣。將各模塊按電氣原理圖所示的關(guān)系連接，就可構(gòu)建如圖7.2.4所示的繞線式異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。（2） 控制電路的建模和參數(shù)設置由圖7.2.4可知，繞線式異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的控制電路的控制電路包括給定環(huán)節(jié)速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器3個限幅器速度和電流反饋環(huán)節(jié)等。這些與閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制電路仿真模型沒什么區(qū)別，同步觸發(fā)脈沖器也一樣，故不討論晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)較復雜，為得到較好的性能，在控制電路的參數(shù)設置時，需呀進行多次試探加以摸索，進行參數(shù)優(yōu)化，這里就不再給出參考數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的仿真參數(shù)設置經(jīng)仿真實驗比較后，所選擇的算法ode15tb，仿真starttime設為0，stoptime設為10，其他與前章節(jié)的系統(tǒng)相同。系統(tǒng)的仿真仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進