畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）繞線式異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、繞線式異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 本文主要通過對(duì)選擇繞線式異步電機(jī)系統(tǒng)來控制造紙機(jī)，最終的選擇串級(jí)調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由異步電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子整流器、頻敏變阻器、有源逆變器、觸發(fā)裝置和信號(hào)檢測等元件組成。文章的重點(diǎn)就是系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：繞線式異步電動(dòng)機(jī) 調(diào)速 控制系統(tǒng) abstract this paper mainly through to choose wound rotor asynchronous motor system to control the paper machine, the final choice bunch_rank speed-control contr

2、ol system, this system is made asynchronous motor, rotor rectifier, frequency sensitivity rheostat, active inverter, triggering device and signal detection components. the article is to focus on the design of system parameters.keywords: wound rotor asynchronous motor speed control system 前言 由于繞線式異步電

3、動(dòng)機(jī)要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能平滑調(diào)速的場合。所以它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)各部門中應(yīng)用最為廣泛而且需要量最大的一種電機(jī)。金屬切削機(jī)床、軋鋼設(shè)備、鼓風(fēng)機(jī)、粉碎機(jī)、水泵、油泵、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、礦山機(jī)械等，絕大部分都采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的控制方式可以分為3點(diǎn)：啟動(dòng)，調(diào)速與制動(dòng)。 第 1 章 系統(tǒng)方案的選擇 1.1 本論文的目的 經(jīng)過前言部分我們主要講解了繞線式異步電機(jī)的使用場合和它的三種控制方式。既然它的應(yīng)用這么多，下面我來設(shè)計(jì)一種電動(dòng)機(jī)在造紙機(jī)上的使用。 1.2 系統(tǒng)的選擇由于繞線式異步電動(dòng)機(jī), 相對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)而言,具有起動(dòng)電流小,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)。一般應(yīng)用在大功率重載起

4、動(dòng)的情況下, 或者功率雖然不大, 但要求頻繁起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的場合。該電機(jī)的控制方式一般有兩種:轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速。而造紙機(jī)的要求是啟動(dòng)電流要小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。還要求頻繁的啟動(dòng)。所以可以使用繞線式異步電機(jī)調(diào)速來控制造紙機(jī)。至于轉(zhuǎn)子串電阻和串級(jí)調(diào)速之間的選擇：串級(jí)調(diào)速是通過繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢而產(chǎn)生的。它是變轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加以應(yīng)用，因此效率高。串級(jí)調(diào)速能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬，它已經(jīng)是克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的缺點(diǎn)，具有高效率、無級(jí)平滑調(diào)速、較硬的低速機(jī)械特性等優(yōu)點(diǎn)。所以這里選擇使用繞線式異步電機(jī)

5、串級(jí)調(diào)速來控制造紙機(jī)。第2章 系統(tǒng)的組成與工作原理2.1 系統(tǒng)的組成在選擇電機(jī)在滿足工藝要求和保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下我們要力求投資小，效益高，操作簡單。根據(jù)造紙機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，由于調(diào)速范圍小，所以采用晶閘管串級(jí)調(diào)速是較合理的方案。本調(diào)速系統(tǒng)的主要組成部分有異步電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子整流器、頻敏變阻器、有源逆變器、觸發(fā)裝置和信號(hào)檢測等元件。整流器和逆變器是應(yīng)采用三相橋式電路。圖1-1為本系統(tǒng)所采用方案的示意框圖。為了減少串調(diào)裝置的容量和滿足使電動(dòng)機(jī)能完全脫離調(diào)速裝置而“高速”運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，本系統(tǒng)不使用串調(diào)裝置的直接起動(dòng)，而是采用頻敏變阻器進(jìn)行起動(dòng)。起動(dòng)完畢后，若需轉(zhuǎn)入“調(diào)速”狀態(tài)下低速工作，只需將接觸

6、器接通，km斷開，即可切換至串級(jí)調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。在調(diào)速裝置發(fā)生障礙時(shí)，先經(jīng)頻敏變阻器升速，先經(jīng)頻敏變阻器升速，然后通過觸點(diǎn)短接轉(zhuǎn)子，使電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行，這樣可以調(diào)速裝置進(jìn)行檢修而不中斷生產(chǎn)。 圖 1-1 造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)框圖2.2串級(jí)調(diào)速原理繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是引入一個(gè)附加電動(dòng)勢eab，且令eab的頻率和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率相等，則轉(zhuǎn)子回路的總電動(dòng)勢即為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢e2s和附加電動(dòng)勢eab的代數(shù)和，從而使轉(zhuǎn)子電流隨著二者的相互關(guān)系而變化。如果對(duì)電動(dòng)勢的方向及數(shù)值加以控制，就會(huì)得到性能遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速法優(yōu)越的結(jié)果。首先是節(jié)省了電阻上的熱能損耗；其次是改變附加電動(dòng)勢的大小和方向十分靈活、方便，可

7、做到平滑無級(jí)調(diào)速。所以串接一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢eab同頻率的附加電動(dòng)勢如圖2-1所示，通過改變值的大小和相位，同樣也可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖 2-1 轉(zhuǎn)子串eab的串級(jí)調(diào)速原理圖 串級(jí)調(diào)速的基本原理可分析如下：未串時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為： 當(dāng)轉(zhuǎn)子串入的與反相位時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。因?yàn)榉聪辔坏拇牒?，立即引起子電流的減少，即當(dāng)轉(zhuǎn)子串入的與同相位時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。同相位的串入后，立即使增大，即由上面分析可知，當(dāng)與反相位時(shí)，可使電動(dòng)機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，稱為低同步串級(jí)調(diào)速。eab與e2s同相位時(shí)，可使電動(dòng)機(jī)朝著同步轉(zhuǎn)速方向加速，eab幅值越大，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高，當(dāng)eab幅值足夠大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將達(dá)到甚至超過同

8、步轉(zhuǎn)速，這稱為超同步串級(jí)調(diào)速。2.3晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖2-3 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路上圖為晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路圖，m為三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢經(jīng)過三相不可控整流裝置整流，輸出直流電壓。工作在有源逆變狀態(tài)的三相可控整流裝置除提供可調(diào)的直流電壓外還可將經(jīng)整流裝置整流輸出的轉(zhuǎn)差功率逆變，并回饋到交流電網(wǎng)。轉(zhuǎn)子整流器和產(chǎn)生附加直流反電動(dòng)勢的晶閘管有源逆變器，均采用三相橋式電路。逆變器逆變電壓即為轉(zhuǎn)子回路中串入的附加直流電動(dòng)勢。直流回路電流id決定于拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，為定植，改變逆變器的逆變角，逆變電壓相應(yīng)改變，便實(shí)現(xiàn)調(diào)速。逆變變壓器起到了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓與電網(wǎng)

9、電壓匹配的作用，其二次側(cè)電壓不但與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢e2有關(guān)，還與調(diào)速范圍有關(guān)。調(diào)速范圍越大，要求的值越高。逆變變壓器還能起到使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路與交流電網(wǎng)之間電隔離的作用，減弱大功率晶閘管裝置對(duì)電網(wǎng)波形的影響，并限制晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率和通態(tài)電流臨界上升率。轉(zhuǎn)子回路中接入的電抗器ld，可以使小負(fù)載時(shí)電流連續(xù)并限制電流脈動(dòng)分量。在大功率串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中還能限制逆變顛覆時(shí)短路電流上升率。保護(hù)電路，交流側(cè)采用阻容吸收和壓敏電阻作為過電壓保護(hù)電路，對(duì)于電路中晶閘管和二極管則采用阻容吸收和壓敏快速熔斷器做過電流保護(hù)。2.4異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整流電路采用三相橋式不可控整流電路，如下圖所示

10、：圖2-4 轉(zhuǎn)子整流電路設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率s下穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)個(gè)整流器件依次道統(tǒng)時(shí)，必有器件見的換相過程，這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢同時(shí)起作用，產(chǎn)生換相重疊降。換相重疊角為： （27）其中，xd0 s=1時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)釘子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。由式（27）可知，換相重疊角隨著整流電流id的增大而增大。當(dāng)id較小，在0度到60度之間時(shí)，整流電路中各整流器件都在對(duì)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)負(fù)載電流id增大到按式（27）計(jì)算出來的角大于時(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)迫換流現(xiàn)象，所延遲的角度稱為強(qiáng)迫延時(shí)換相角。強(qiáng)迫延時(shí)換相

11、只說明在id超過某一值時(shí)，整流器件比自然換相點(diǎn)滯后角換流，但從總體上看，6個(gè)器件在360度內(nèi)輪流工作，每一對(duì)器件的換流過程最多只能是，也就是說，id再大，只能是=不變。由此可見，串級(jí)調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路在時(shí)轉(zhuǎn)子處于正常的不可控整流工作狀態(tài)。由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是可控整流狀態(tài)當(dāng)控制角為零時(shí)的特殊情況，所以可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分析式來表示串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓。整流電流： （28）整流電壓： （29）其中， 是折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的每相等效電阻。上兩式中，當(dāng)時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在正常的不可控整流工作狀態(tài),為第一種工作狀態(tài)；而將時(shí)稱為第二種工作狀態(tài)

12、。2.5異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的逆變電路 逆變電路采用工作在逆變狀態(tài)的三相橋式整流電路，為控制角,為逆變角。逆變時(shí)允許采用的最小逆變角。式中，為晶閘管的關(guān)斷時(shí)間折合的電角度；為換相重疊角；為安全裕量角。晶閘管的關(guān)斷時(shí)間 ，大的可達(dá)200300us，折算到電角度約。重疊角根據(jù)式子 計(jì)算可知約為。在三相橋式逆變電路中，觸發(fā)器輸出的六個(gè)脈沖，它們的相位角間隔不可能完全相等，不對(duì)稱度一般可達(dá)，若不設(shè)安全裕量角，偏后的那些脈沖相當(dāng)于變小，就可能小于，導(dǎo)致逆變失敗。根據(jù)一般中小型可逆拖動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，安全裕量角約取。這樣，一般取最小逆變角不小于，使前后相晶閘管換相時(shí)間留有裕度。第2章 系統(tǒng)性能分析第3.1節(jié) 串

13、級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性 由上述串級(jí)調(diào)速的原理可知，串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性如圖3-1所示，當(dāng)eab與e2s同相位時(shí)，機(jī)械特性基本上是向右上方移動(dòng)；當(dāng)eab與e2s反相位時(shí)，機(jī)械特性基本上是向左下方移動(dòng)。因此機(jī)械特性的硬度基本不變，但低速時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力降低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小。串級(jí)調(diào)速的調(diào)速性能比較好，但獲得附加電動(dòng)勢eab的裝置比較復(fù)雜，成本較高，且在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的過載能力較低，因此串級(jí)調(diào)速最適用于調(diào)速范圍不太大（一般24）的場合。圖3-1 串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 由上述說明得知：是由兩部分組成，一部分為轉(zhuǎn)子未串電動(dòng)勢eab產(chǎn)生的電流；另一部分為轉(zhuǎn)子外加電動(dòng)勢產(chǎn)生的電流，且式中 se2與eab反相時(shí)取負(fù)

14、值，se2與eab同相時(shí)取正值。所以，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 (式3-1)式中 為異步電流機(jī)的電流變比，令，且有 (式3-2)式（2-1）和、值代入式（2-2），整理得 (式3-3)顯然，串級(jí)調(diào)速方法中，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由兩部分組成：為旋轉(zhuǎn)磁場與作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量。其機(jī)械特性與轉(zhuǎn)子不串外加電動(dòng)勢eab時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一樣，如圖3.2 (a)所示。為由旋轉(zhuǎn)磁場和作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量，se2與eab同相時(shí)，取正值；se2與eab反相時(shí)，取負(fù)值，其機(jī)械特性如圖3.2(b)所示。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電動(dòng)勢eab的機(jī)械特性由和合成得到，如圖3.2(c)所示。 (a) (b) (c) 圖 3.

15、2 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性由圖3.2(c)知：當(dāng)eab=0時(shí)，機(jī)械特性同普通異步電機(jī)的固有機(jī)械特性；當(dāng)eab取正值時(shí)，機(jī)械特性基本上是平行上移。顯然，機(jī)械特性的線性段較硬，但低速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，且過載能力降低。3.串級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)和性能其特點(diǎn)和性能為(1)串級(jí)調(diào)速的控制設(shè)備較復(fù)雜，成本較高，控制困難。因?yàn)檗D(zhuǎn)子回路串入了一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢頻率相同的外加電動(dòng)勢eab，且要隨頻率變化，是相當(dāng)困難的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將轉(zhuǎn)子外加電動(dòng)勢用整流器整流成可控的直流電動(dòng)勢來代替交變電動(dòng)勢；(2)串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性較硬，調(diào)速平滑性好，轉(zhuǎn)差功率損耗小，效率較高；(3)低速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗

16、較大，功率因數(shù)較低，過載能力較弱；(4)串級(jí)調(diào)速范圍一般為，適用于大容量的通風(fēng)機(jī)，提升機(jī)等泵類負(fù)載。第3.2節(jié) 串級(jí)調(diào)速裝置的電壓和容量 串級(jí)調(diào)速裝置是指整個(gè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中除異步電動(dòng)機(jī)以外，為實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速而附加的所有功率部件。串級(jí)調(diào)速裝置的容量主要是指轉(zhuǎn)子整流器、逆變器和逆變變壓器的容量，選擇依據(jù)是電流與電壓的定額。電流定額取決于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電流i2n和負(fù)載；電壓定額取決于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓e20和調(diào)速范圍d。現(xiàn)以逆變變壓器的容量計(jì)算來分析 u2t= smaxe20cos 301.15e20（1-） wt3.45e20i2t（1-） （式 3-4）式（3-4）表明，系統(tǒng)調(diào)速范圍增大時(shí)

17、，wt也增大，所以串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)往往被應(yīng)用于調(diào)速范圍不大的場合。第四章 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇4.1.1容量的選擇。考慮到串調(diào)運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)由于額定轉(zhuǎn)矩、額定運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速的降低及其他因素的影響，使電動(dòng)機(jī)允許最大輸出功率較自然接線運(yùn)行時(shí)的額定功率降低。取電動(dòng)機(jī)容量系數(shù)1.25倍，則選擇電動(dòng)機(jī)額定功率為 根據(jù)造紙機(jī)轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)要求，選擇繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)：yr250m24型，/丫聯(lián)結(jié)，。要求調(diào)速范圍：d=3額定轉(zhuǎn)差率：臨界轉(zhuǎn)差率： 定子電阻：轉(zhuǎn)子電阻r2：定轉(zhuǎn)子繞組的變比k： 折算至轉(zhuǎn)子側(cè)的定子電阻r1： 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩mn： 折算至轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)漏電抗x： 4.1.2逆變變壓器參

18、數(shù)初步計(jì)算如下：變壓器二次額定電壓： 拆算至支流側(cè)的變壓器等效電阻 拆算至二次側(cè)的變壓器漏抗xs: 平波電抗器直流電阻： 4.1.3 串調(diào)運(yùn)行是額定轉(zhuǎn)矩如下： 串調(diào)運(yùn)行直流回路額定電流： 串調(diào)運(yùn)行是額定轉(zhuǎn)矩： 轉(zhuǎn)矩降低系數(shù): 4.1.4 串調(diào)運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速的確定如下：串調(diào)系統(tǒng)直流回路等效總電阻r：取系統(tǒng)過載系數(shù)，則有直流回路最大電流為最大電流時(shí)的電勢系數(shù)：最大電流時(shí)所對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：取，則轉(zhuǎn)速降低系數(shù)： 功率降低系數(shù)： 4.1.5 電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)： 因此，所選電動(dòng)機(jī)容量合適。4.1.6 換向重疊的校驗(yàn)如下：是換向重疊角：由此可見，系統(tǒng)工作在第一工作區(qū)。4.2逆變變壓器參數(shù)計(jì)算與選擇4.2.1 逆變

19、變壓器二次電壓計(jì)算如下：擇 實(shí)取4.2.2逆變變壓器二次電流計(jì)算如下：由于轉(zhuǎn)子整流器與逆變器之間是串聯(lián)連接的，若不考慮兩者電流波形與頻率的差別，不考慮換向?qū)щ娺^程的影響，可取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線電流與逆變變壓器二次線電流相等，即 4.2.3逆變變壓器容量s計(jì)算如下： 4.2.4逆變變壓器一次電流計(jì)算如下： 4.2.5逆變變壓器參數(shù)計(jì)算： 符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)選變壓器型號(hào)及規(guī)格：zj40/0.4型，40kva,接法為yd11。以上選擇，是以逆變變壓器一次側(cè)電壓為380v計(jì)算確定的，故實(shí)際連接時(shí)，應(yīng)將逆變變壓器一次側(cè)及電動(dòng)機(jī)定子接在同一電壓等級(jí)的電網(wǎng)上。4.3晶閘管及轉(zhuǎn)子側(cè)整流元器件的計(jì)算與選擇4.3.1額定

20、電壓：實(shí)取。3.3.2額定電流：實(shí)取。選取晶閘管kp20012、硅整流器件zp20012各6只。4.4平波電抗器的計(jì)算按異步電動(dòng)機(jī)的漏感：逆變變壓器的漏感：按電流連續(xù)要求的電感量：按限制電流脈動(dòng)要求的電感量：實(shí)選為17.4mh的電抗器，其尺寸較小，造價(jià)較低。4.5起動(dòng)方式確定起動(dòng)初期由于機(jī)械慣性較電磁大得多，可認(rèn)為在電流上升到最大值時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速仍為0，這時(shí)的起動(dòng)電流為。從起動(dòng)特性來看，滿足調(diào)速裝置直接起動(dòng)條件。4.6調(diào)速裝置的保護(hù)由于半導(dǎo)體元器件的過載能力差，為了使調(diào)速裝置能可靠長期工作，除了合理地選擇元件之外，還必須針對(duì)元器件工作條件采取可靠的保護(hù)措施。4.6.1過電壓保護(hù)4.6.1.1交

21、流側(cè)過電壓保護(hù)。交流側(cè)過電壓保護(hù)措施如圖4-1所示。圖4-1 交流側(cè)過電壓保護(hù)阻容保護(hù)參數(shù)計(jì)算：由于逆變變壓器容量40kva5kva，故變壓器一次側(cè)、二次側(cè)均設(shè)置阻容保護(hù)環(huán)節(jié)。 變壓器一次側(cè)阻容吸收裝置參數(shù)計(jì)算： 變壓器每相伏安數(shù)為13.3kva，阻容保護(hù)采用接法，則電容值為實(shí)取電容的耐壓值電阻按下式計(jì)算：取阻容電流：電阻功率：根據(jù)上述計(jì)算，實(shí)選阻容裝置為：油浸電容，3支；繞線電阻，100w，3支。變壓器二次阻容吸收裝置參數(shù)計(jì)算如下：阻容裝置采用接法，計(jì)算方法同上，則有取的耐壓值電陰值取阻容電流：電阻功率根據(jù)上述計(jì)算，實(shí)選阻容裝置為：油浸電阻，630v，3支；繞線電阻，100w，3支。壓敏電阻

22、的保護(hù)壓敏電阻的保護(hù)接線如圖3-1所示。壓敏電阻的額定電壓：實(shí)選my 31560/1型壓敏電阻3支，其額定電壓為560v，通流容量為1ka。4.6.1.2直流側(cè)過電壓保護(hù)。直流側(cè)與交流側(cè)過電壓保護(hù)方法相同。保護(hù)線路如圖4-2所示。圖4-2 直流側(cè)過電壓保護(hù)容阻保護(hù)參數(shù)計(jì)算：電容量由下式計(jì)算： 式中計(jì)算系數(shù)值。對(duì)于三相橋式電路折算至變壓器二次側(cè)的空載電流（a）。所以取電容器乃壓值電阻值由下式計(jì)算： 取的額定功率（w） 式中諧波電壓（v），對(duì)于三相橋式電路諧波頻率（hz），對(duì)于三相橋式電路所以： 實(shí)選油浸電容，耐壓630v，1支；繞線電阻，100w，1支。壓敏電阻參數(shù)根據(jù)交流側(cè)壓電阻計(jì)算方法，實(shí)選

23、my31-560/1型1只，并聯(lián)接在逆變變壓器直流側(cè)。4.6.1.3元器件保護(hù)對(duì)變流器件實(shí)行換相過電壓保護(hù)，最常用的方法是在變流器件（晶閘管和硅二極管）兩端并聯(lián)rc吸收電路，圖4-3所示為換相過電壓保護(hù)電路。圖4-3 換相過電壓保護(hù)電路由前面計(jì)算已知變流器件額定電流查手冊得，電容的耐壓電阻的功率為： 實(shí)選油浸電容，630v，12支；法瑯電阻，25w，12支。4.6.2過電流保護(hù)4.6.2.1直流快速自動(dòng)開關(guān)保護(hù)。為了防止變流裝置逆變失敗及直流側(cè)短路，實(shí)行過載保護(hù)，本系統(tǒng)采用了ds6/8快速自動(dòng)開關(guān)接在被保護(hù)的直流電路內(nèi)。4.6.2.2交流側(cè)保護(hù)。為了使系統(tǒng)的保護(hù)特性協(xié)調(diào)，滿足串調(diào)運(yùn)行的起動(dòng)操作

24、順序和停車操作順序，在逆變變壓器及電動(dòng)機(jī)電源側(cè)和變壓器二次側(cè)均采用dw型自動(dòng)空氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)。4.6.2.3快速熔斷器保護(hù)?？焖偃蹟嗥髯鬟^電流保護(hù)是半導(dǎo)體變流裝置中應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施。本系統(tǒng)采用與晶閘管和硅整流元件串聯(lián)的保護(hù)線路。圖4-4是快熔斷器保護(hù)電路。當(dāng)線路一旦出現(xiàn)短路故障，能保證在裝置損壞之前，快速切斷短路電流。圖4-4 快速熔斷器保護(hù)電路與元器件串聯(lián)快熔fu1的計(jì)算：實(shí)選rs3750v200v，3只逆變變壓器二次側(cè)快熔的計(jì)算：實(shí)選rs3750v200a，3只。4.7系統(tǒng)功率因數(shù)的改善 改善串級(jí)調(diào)速裝置功率因數(shù)的方法有兩類，一類是改變串調(diào)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)，即利用改進(jìn)的串級(jí)調(diào)速裝置；

25、另一類是利用電力電容器來改善功率因數(shù)。 利用電容器改善功率因數(shù)方便易行，故應(yīng)用較廣。圖4-5為補(bǔ)償電容器接入的示意圖。圖 4-5 補(bǔ)償電容器接入系統(tǒng)的示意圖4.8 控制回路單元電路的選擇調(diào)速系統(tǒng)控制回路單元電路的確定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。為了滿足系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求，必須正確、合理地選擇各信號(hào)檢測與控制環(huán)節(jié)的器件。4.8.1電流閉環(huán)元件的選擇4.8.1.1電流檢測裝置。三相橋式有源逆變器中，交流側(cè)有效電流與直流電流之間有著近似的比例關(guān)系，即。因此，利用交流電流互感器檢測電流，既可以反映直流電流，又能把控制回路與主回路隔離。結(jié)構(gòu)上，交流電流互感器簡單。因此，本系統(tǒng)采用交流電流互感做為電流檢測裝置

26、。對(duì)與定型生產(chǎn)的電流互感器，額定容量是10va或15va，二次電流是5a。如按定型的儀用交流電流互感器產(chǎn)品來選擇，則它的二次側(cè)的整流元件和負(fù)載電阻的容量都比較大，耗散功率也多，所以在標(biāo)準(zhǔn)互感器后邊加上一組5a/0.1a的交流電流互感器，電流檢測裝置如圖4-1所示。這樣整流后的輸出電流為0.1a/0.816=0.12a；若負(fù)載電阻選擇，則輸出的最大電壓為12v，經(jīng)分壓即可得到010v的輸出信號(hào)；負(fù)載電阻的耗散功率為。將負(fù)載電阻的功率取為計(jì)算值的4倍以上，即，8w。 圖4-6 電流檢測裝置示意圖為了保證檢測精度，電流互感器的鐵心采用軟磁性材料，且在正常工作時(shí)不飽和。使用是，需要特別注意的是，電流互

27、感器二次側(cè)不能開路。4.8.1.2 電流調(diào)節(jié)器acr的機(jī)構(gòu)。為了滿足造紙工藝要求，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，電流調(diào)節(jié)采用近似的pi調(diào)節(jié)器，由高增益線性組件bg305構(gòu)成，電流調(diào)節(jié)器acr的原理如圖4-2所示。acr的輸出信號(hào)經(jīng)限幅和功率放大后做為觸發(fā)裝置gt的移相信號(hào)。圖4-7 電流調(diào)節(jié)器acr原理圖4.8.1.3觸發(fā)裝置的選擇觸發(fā)器是晶閘管變流裝置的一個(gè)極其重要的組成部分。它的設(shè)計(jì)合理，性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定，將直接提高整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。近年來，觸發(fā)電路迅速向集成化發(fā)展。集成電路觸發(fā)器具有性能可靠、線性度好、功耗低、體積小、用戶使用方便的優(yōu)點(diǎn)，故本系統(tǒng)采用kcz6集成六脈觸發(fā)組件。該組件采用三

28、塊kc04移相觸發(fā)器、一塊kc41六塊雙脈沖形器、一塊kc42脈沖列調(diào)制形成器組成。它將控制電壓的幅度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)控制角的觸發(fā)脈沖，通過脈沖變壓器使主電路可靠地工作?？刂苉c41端子7的邏輯電平，可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖的封鎖與開放。當(dāng)控制端子7接邏輯低電平時(shí)，無輸出脈沖。該組件原理圖如圖4-8所示。圖4-8 觸發(fā)裝置組件原理圖 4.9 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)的選擇4.9.1轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電壓隔離器。轉(zhuǎn)速檢測裝置的質(zhì)量和安裝精度直接影響著系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。本系統(tǒng)采用永磁式直流側(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測。選用zys231/110型，。安裝時(shí)嚴(yán)格保證電動(dòng)機(jī)和測速發(fā)電機(jī)的機(jī)軸連接時(shí)的同心度。 為了使測速發(fā)電機(jī)與控制

29、回路隔離，本系統(tǒng)設(shè)置了直流電壓隔離器，轉(zhuǎn)速檢測和電壓隔離環(huán)節(jié)電路如圖6-28所示。4.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ars采用與acr相同的結(jié)構(gòu)，有線路組件bg305構(gòu)成近似的pi調(diào)節(jié)器，如圖4-4所示。調(diào)節(jié)器的設(shè)置，使轉(zhuǎn)速n跟隨給定值 變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差，對(duì)負(fù)載變化起抗干擾作用；其輸出幅值決定最大電流。滿足了造紙機(jī)械工藝對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。圖4-9轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電壓隔離器4.10 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)是在已知對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的要求情況下，以頻率法為工具，將系統(tǒng)進(jìn)行合理簡化，采用設(shè)置校正裝置的方法，使整個(gè)系統(tǒng)近似成典型的低階結(jié)構(gòu)。掌握了典型系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系。

30、4.10.1雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)系數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)反饋系數(shù) ：取轉(zhuǎn)數(shù)最大給定，轉(zhuǎn)數(shù)反饋系數(shù)為 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋回路比較電壓： 實(shí)選：穩(wěn)定電壓為5v的硅穩(wěn)壓管。電流反饋系數(shù)：取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值，則有 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)： 實(shí)取，則 取電流環(huán)的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)，則 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降： 低速時(shí)靜差率s： 滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能要求。4.10.2雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)可以按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可以按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。典型型的結(jié)構(gòu)簡單，易于計(jì)算，系統(tǒng)超調(diào)量小，但抗擾性能差；典型型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，計(jì)算較繁瑣，且系統(tǒng)超調(diào)量大，但抗干擾性強(qiáng)。對(duì)本系統(tǒng)來說，若從抗干擾能力角度出發(fā)，電流閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)均應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

31、但實(shí)際系統(tǒng)要求電流超調(diào)量小，故本系統(tǒng)的電流閉環(huán)按典型型 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)速環(huán)的擾動(dòng)量主要是負(fù)載。系統(tǒng)要求抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)速降小，恢復(fù)時(shí)間短，因此，決定轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)參數(shù)按典型型 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4.10.2.1電流閉環(huán)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算。電流閉環(huán)由串調(diào)系統(tǒng)直流主回路形成的大慣性環(huán)節(jié)與晶閘管變器、電流檢測及反饋濾波等小慣性群組成。由于實(shí)際系統(tǒng)電流環(huán)的時(shí)間常數(shù)很小，且反映迅速，而與轉(zhuǎn)速成比例卻變化緩慢，故電動(dòng)勢干擾對(duì)電流的影響可忽略不計(jì)。所以，由圖+可單獨(dú)畫出電流閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖5-2所示。圖4-10 電流閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 利用結(jié)構(gòu)圖變換，并把給定濾波作用合并起來，等效于環(huán)內(nèi)，則得到圖4-12a單位反饋形式。 對(duì)

32、于三相橋式電路，平均失控時(shí)間；為電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，?。ㄓ捎陔娏鞣答佇盘?hào)取三相橋式整流電路，信號(hào)中含有的脈動(dòng)成分，為了衰減這些交流分量，需設(shè)置電流反饋濾波器。實(shí)踐證明，若取，則可將其脈動(dòng)分量衰減到原來的1%左右）。它們都是小時(shí)間常數(shù)，可以按小慣性環(huán)節(jié)的近似處理方法，用來代替。這樣，只考慮動(dòng)態(tài)過程時(shí)，結(jié)構(gòu)就化為圖4-11b所示的形式。圖 4-11 電流閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及其化簡圖a) 單位反饋式結(jié)構(gòu)圖 b) 簡化結(jié)構(gòu)圖 為把電流環(huán)節(jié)校正成典型型，顯然acr應(yīng)采用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為要計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)和，需知道電動(dòng)機(jī)逆變裝置的有關(guān)參數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)差率為時(shí)，直流回路等效電阻；則有：觸發(fā)逆變裝置的放大系

33、數(shù)：由于要求超調(diào)量小，故取阻尼比，這時(shí)，所以電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)為根據(jù)圖6-9的結(jié)構(gòu)形式，取，若電位器置于處，則有實(shí)選，。acr參數(shù)如圖4-12所示。圖4-12 acr調(diào)節(jié)器參數(shù)圖4.10.2.2（轉(zhuǎn)速閉環(huán)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算。電流環(huán)是轉(zhuǎn)速閉環(huán)的內(nèi)環(huán)，計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)，為簡便起見，對(duì)已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)作進(jìn)一步簡化處理。根據(jù)圖5-3b，取時(shí)，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)可近似為用上述等效環(huán)節(jié)代替圖5-1中的電流閉環(huán)后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖5-5a所示。利用結(jié)構(gòu)圖等效變換，并進(jìn)行工程上的近似處理，則轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化簡成圖4-13b。該圖中 由圖4-13b可以看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，無疑地，a

34、sr應(yīng)采用pi調(diào)節(jié)器有共傳遞函數(shù)。調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為圖4-13轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)及其簡化圖a) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 b) 簡化圖圖4-14校正后的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖不考慮負(fù)載擾動(dòng)是，校正后的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-6所示要計(jì)算asr的參數(shù)和，首先需確定電動(dòng)機(jī)的積分時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。 采用直流測速機(jī)，由于有整流的換流作用，輸出信號(hào)是脈動(dòng)直流電壓，故必須經(jīng)反饋濾波器濾波，以濾波脈動(dòng)成分，可防止干擾信號(hào)侵入系統(tǒng)，本系統(tǒng)取的計(jì)算：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)：電動(dòng)機(jī)在工作電流附近線性化的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，可用下式表示：本系統(tǒng)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為,即按主傳動(dòng)系統(tǒng)為電動(dòng)機(jī)的1.5倍考慮，則拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量：電動(dòng)機(jī)的積分時(shí)間

35、常數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr參數(shù)，計(jì)算：按閉環(huán)幅頻特性的諧振峰值最小準(zhǔn)則來確定典型型系統(tǒng)的參數(shù)選擇，且取h=5則有 由于asr采用與acr相同的結(jié)構(gòu)形式，取，并使，則asr的具體參數(shù)為 實(shí)取 ，。asr調(diào)節(jié)器參數(shù)如圖4-14所示圖4-14acr調(diào)節(jié)器參數(shù)圖根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所確定的方案和選定的控制環(huán)節(jié)及參數(shù)計(jì)算，造紙機(jī)總軸傳動(dòng)系統(tǒng)的主電路電氣原理圖如圖4-14所示；控制電路電氣原理圖如圖+所示；觸發(fā)電路電氣原理圖如圖4-15所示。圖4-15 造紙機(jī)總軸傳動(dòng)系統(tǒng)的觸發(fā)裝置組件原理圖4.11系統(tǒng)的調(diào)試及運(yùn)行 設(shè)計(jì)工作結(jié)束后，在設(shè)備安裝完畢投入運(yùn)行以前，還必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格地調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試基本上與直流拖動(dòng)雙閉環(huán)系統(tǒng)相似。調(diào)試時(shí)應(yīng)遵循元器件，后系統(tǒng)；先開環(huán)，后閉環(huán)；先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)；先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)；先低速，后高速；先空載，后負(fù)載；先手動(dòng)，后自動(dòng)的步驟進(jìn)行。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正所確定的調(diào)節(jié)器型式及其參數(shù)，只能供系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試時(shí)每個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)的參考數(shù)據(jù)