電氣傳動課程設計

1、第1篇 直流電動機調速系統(tǒng)的設計第1章 直流調速系統(tǒng)的方案確定1.1 系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)及要求電動機型號PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra()GDa2（Nm2）P極對數(shù)Z2-812623011314500.527.441設計要求：系統(tǒng)調速范圍D=10,S 5%，電流脈動系數(shù)Si10%。1.2 調速系統(tǒng)的方案選擇計算電動機電動勢系數(shù)：由 v min/r,當電流連續(xù)時， 系統(tǒng)額定速降為: r/min, .開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉速時的靜差率:，大大超過了S5%.若D=10，S5%.，則，可知開環(huán)調速系統(tǒng)的額定速降是941.7，而工藝要求的是7.6，故開環(huán)調速系統(tǒng)無能為力，需采用

2、反饋控制的閉環(huán)調速系統(tǒng)。因調速要求較高，故選用轉速負反饋調速系統(tǒng)，采用電流截止負反饋進行限流保護，出現(xiàn)故障電流時由過流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡單，工作可靠，裝載體積小，宜用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)器該系統(tǒng)采用減壓調速方案，故勵磁應保持恒定。采用三相全控橋式整流電路供電。 調速系統(tǒng)的結構框圖如圖2-1所示。轉速調節(jié)器觸發(fā)器MTG+-圖1 調速系統(tǒng)的結構框圖轉速調節(jié)器電流反饋與電動機同軸 安裝一臺測速發(fā)電機TG，從而引出與被調量轉速成正比的負反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉速偏差電壓，經轉速調節(jié)器放大后，作為電流調節(jié)器的給定，與電流反饋信號相減后得到電流偏差，經電流調節(jié)器放大后，

3、去控制觸發(fā)器的導通角，從而改變輸出電壓，達到變壓調速的目的。1.3 主電路的選擇一般說來，對晶閘管整流裝置在整流器功率很小時（4KW以下），用單相整流電路，功率較大時用三相整流電路。這樣可以減小負載電流的脈動。由于所提供的電動機為10KW。故主電路采用三相整流電路。在三相整流電路中，主要有三相零式整流電路、三相全控橋式整流電路和三相半控橋式整流電路。三相零式電路突出的優(yōu)點是電路簡單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對需要220V電壓的用電壓的用電設計直接用380V電網(wǎng)供電，而不需要另設整流變壓器。但缺點是要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加

4、了發(fā)熱和損耗。因零線流過負載電流，在零線截面小時壓降大。而三相全控橋式整流電路，在輸出電流和電壓相同時，電源相電壓可較三相零式整流電路小一半。因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。變壓器二次繞組電流中沒有直流分量，種用率高。輸出整流電壓脈動小，所以平波電抗器容量就可以小一些。三相全控橋式整流電路的缺點是整流器件用得多，需要六個觸發(fā)電路，需要220V電壓的設備也不能用380電網(wǎng)直接供電，而要用整流變壓器。三相半控橋式整流電路，雖然只用三只晶閘管、三個觸發(fā)電路，但整流輸出電壓脈動大，且不能用于需要有源逆變的場合。綜合上述三種三相整流電路，及根據(jù)系統(tǒng)設計要求，主電路選用三相全控橋式整流電路。又由于

5、電動機的額定電壓為220V，為保證供電質量，應采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結。1.4 觸發(fā)電路的選擇目前觸發(fā)電路主要有阻容移相觸發(fā)電路、單結晶體觸發(fā)電路、正弦波同步觸發(fā)電路、鋸齒波同步觸發(fā)電路，以及集成觸發(fā)電路等。對常見的幾種觸電發(fā)電路進行綜合考慮，集成觸發(fā)電路具有明顯的優(yōu)點，因而選用集成觸發(fā)電路。觸發(fā)集成芯片采用目前比較常用的KC系列。第2章 主電路的設計與計算電動機的額定電壓為230V，為保證供電質量，應采用三相降壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器采用

6、D/Y聯(lián)結。2.1整流變壓器的設計2.1.1變壓器二次側電壓U2的計算U2是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會造成延遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計算，即：（2-1） 式中 -整流電路輸出電壓最大值；nUT -主電路電流回路n個晶閘管正向壓降；C - 線路接線方式系數(shù)；Ush -變壓器的短路比，對10100KVA，Ush =0.050.1；I2/I2N-變壓器二次實際工作電流與額定之比，應取最大值。在要求不高場合或近似估算時，可用下式計算，即：2-2）式中A-理想情況下，=0°時整流電壓與二次電壓之比, 即A=/

7、；B-延遲角為時輸出電壓與之比，即B= /；電網(wǎng)波動系數(shù)；根據(jù)設計要求，采用公式：(2-3)由表查得 A=2.34；取=0.9；角考慮10°裕量，則 B=cos=0.985取U2=120V。電壓比K=U1/U2=380/120=3.17。2.1.2 一次、二次相電流I1、I2的計算由表查得 =0.816, =0.816考慮變壓器勵磁電流得：2.1.3變壓器容量的計算 （2-4）； （2-5）； （2-6）式中-一次側與二次側繞組的相數(shù)；由表查得=3×380×30.54=34.816 KVA=3×120×90.21=32.476 KVA =（34

8、.816+32.476）/2=33.646 KVA 取S=33.6 KVA2.2晶閘管元件的選擇2.2.1晶閘管的額定電壓晶閘管實際承受的最大峰值電壓，乘以（23）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（23）整流電路形式為三相全控橋，查表得，則 （2-7）取V.2.2.2晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實際流過管子電流最大有效值，即=1.57> 或 >=K （2-8）考慮（1.52）倍的裕量=（1.52）K （2-9）式中K=/（1.57）-電流計算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點：當周圍環(huán)境溫度超過+40時，應

9、降低元件的額定電流值。當元件的冷卻條件低于標準要求時，也應降低元件的額定電流值。關鍵、重大設備，電流裕量可適當選大些。由表查得 K=0.367，考慮(1.52)倍的裕量 （2-10）取。故選晶閘管的型號為MFC-70A。2.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。設計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否可靠地正常運行的關鍵。2.3.1過電壓保護以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。（1）交流側過電壓保護1）阻容保護 即在變壓器二次側并聯(lián)電阻R和

10、電容C進行保護。本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=33.6KVA, =120V取值：當 S=50100KVA時，對應的=41，所以取3。 C6S/U22=6×3×33.6×103/1202=42µF耐壓1.5Um =1.5×120×=254.6V選取50µF,耐壓300V的鋁電解電容器。選取: S=33.6KVA, S=50100KVA，=15，所以 =3R2.3 U22/S =2.3×1202/33.6×103=0.98取 R=1IC=2fCUC×10-6=2×50×50×

11、;120×10-6=1.884 APR(3-4)IC2R=(34) ×1.8842×1=（10.6414.20）W選取電阻為2，20W的金屬膜電阻。2）壓敏電阻的計算=1.3××120=220.6V流通量取5KA。選MY31-330/5型壓敏電阻（允許偏差+10）作交流側浪涌過電壓保護。（2）直流側過電壓保護直流側保護可采用與交流側保護相同保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。(1.82)=(1.82.2) ×230=414

12、460V選MY31-660/5型壓敏電阻(允許偏差+10)作直流側過壓保護。（3）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 查下表：表2-1 阻容保護的數(shù)值一般根據(jù)經驗選定晶閘管額定電流/A1020501002005001000電容/F0.10.150.20.250.512電阻/1008040201052抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.11.15倍。由于 由上表得C=0.25µF，R=20，電容耐壓1.5=1.5×=1.5××120=441V選C為0.25µF的CZ40-2型金屬

13、化紙介質電容器, 耐壓為450V。=50×0.25×=0.54 W 選R為30，1W的普通金屬膜電阻器。2.2.2 過電流保護快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯(lián)。 1、 晶閘管串連的快速熔斷器的選擇接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管的有效值=65.3 A選取RLS-100快速熔斷器，熔體額定電流100A。2、過電流繼電器的選擇因為負載電流為113A，所以可選用吸引線圈電流為30A的JL14-11ZS型手動復位直流過電流繼電器，整定電流取1.25×113=141.25A140A2

14、.4平波電抗器的計算為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。（1）算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計算，單位mH。 （2-11）式中為與整流電路形式有關的系數(shù)，可由表查得；為最小負載電流，常取電動機額定電流的510計算。根據(jù)本電路形式查得=0.695所以=14.76mH （2）限制輸出電流脈動的臨界電感量由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。通常負載需要的只是直流分量，對電動機負載

15、來說，過大的交流分量會使電動機換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應在直流側串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。平波電抗器的臨界電感量（單位為m）可用下式計算 （2-12）式中系數(shù)，與整流電路形式有關，電流最大允許脈動系數(shù)，通常三相電路（510）。根據(jù)本電路形式查得=1.045, 所以=11.1mH （3）電動機電感量和變壓器漏電感量電動機電感量（單位為mH）可按下式計算 （2-13）式中,n直流電動機電壓、電流和轉速，常用額定值代入；P電動機的磁極對數(shù)；計算系數(shù)。一般無補償電動機取812，快速無補償電動機取68，有補償電動機取56。本設計中取=8、=230V、=113A、n=1450r

16、/min、p=1=5.615mH變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計算 （2-14）式中計算系數(shù)，查表可得變壓器的短路比，取3。本設計中取=3.9、=3所以 =3.9×3×120/（100×113）=0.124mH （4）實際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時的實際電感量：如上述條件均需滿足時，應取作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取=10H作為平波電抗器的電感值。2.5勵磁電路元件的選擇整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取700V。額定電流可查得K=0.367，取=1.2 A=(1.52)K=(1.52)×0.367×1.2A

17、=0.60.88A可選用ZP型3A、700V的二極管。為與電動機配套的磁場變阻器，用來調節(jié)勵磁電流。為實現(xiàn)弱磁保護，在磁場回路中串入了欠電流繼電器 ，動作電流通過 調整。根據(jù)額定勵磁電流Iex =1.2A，可選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。圖41集成六脈沖觸發(fā)電路2.2 控制電路的直流電源這里選用集成穩(wěn)壓電路CM7815和CM7915，如圖2-3所示。圖2-3 ±15V直流穩(wěn)壓電源原理圖第3章 雙閉環(huán)的設計和校驗3.1 電流調節(jié)器的設計與校驗 整流裝置滯后時間常數(shù)對于三相全控橋式整流電路，可取。 電流濾波時間常數(shù) 對于三相全控橋式整流電路，可取。 電流

18、環(huán)小時間常數(shù) 按小時間常數(shù)近似處理，取。 電流調節(jié)器的選擇圖5-1 電流調節(jié)器因為電流超調量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用PI型電流調節(jié)器。其模擬電路圖如圖5-1所示。二極管3VD1和3VD2起運放輸入限幅，保護運放的作用。二極管3VD3、4VD4和電位器3RW1、3RW2用于正負限幅，調節(jié)3RW1或3RW2就可以改變下輸出幅值或負限幅值。3R1是為了避0免運算放大器長期工作產生零點漂移，其阻值較大，可取4.7M。 電流反饋系數(shù)電流調節(jié)器參數(shù)計算 電樞回路電磁時間常數(shù)： 電流調節(jié)器超前時間常數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，就取，因此于是，電流

19、環(huán)的比類系數(shù)為 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：=135.1。晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：>滿足條件。忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件： 滿足條件。電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：，滿足條件。計算調節(jié)器的電阻和電容取運算放大器的3=40，有=0.4240=16.8，取18，取1.7，取0.2。故，其結構圖如下所示： 圖51電流調節(jié)器5.2轉速調節(jié)器的設計和校驗（1） 確定時間常數(shù)：有則，已知轉速環(huán)濾波時間常數(shù)=0.01s，故轉速環(huán)小時間常數(shù)。（2）選擇轉速調節(jié)器結構：按設計要求，選用PI調節(jié)器 （3）計算轉速調節(jié)器參數(shù)：按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=4,則ASR的超前時間常數(shù)為：

20、，轉速環(huán)開環(huán)增益 。ASR的比例系數(shù)為：。（4）檢驗近似條件轉速環(huán)截止頻率為。電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為，滿足條件。轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：，滿足近似條件。（5）計算調節(jié)器電阻和電容：取=40，則，取4300。，取0.02，取1。故。 其結構圖如下： 圖52 轉速調節(jié)器校核轉速超調量：由h=4，查得，不滿足設計要求，應使ASR 退飽和重計算。設理想空載z=0，h=4時，查得=77.5%，所以=2（）（）=，滿足設計要求第6章 系統(tǒng)MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

21、基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結構圖，使用Power System工具箱進行調速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。6.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設置 系統(tǒng)的建模采用Simulink工具箱中的Power System模塊組成的轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)如圖6-1所示。模型由晶閘管-直流電動機組成的主回路和轉速、電流調節(jié)器組成的控制回路兩部分組成。其中的主電路部分，交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動機等環(huán)節(jié)使用Power System模型庫的模塊。控制回路的主體是轉速和電流兩個調節(jié)器。模型中轉速反饋和電流

22、反饋均取自電動機測量單元的轉速和電流輸出端，減小了測速和電流檢測環(huán)節(jié)，這不會影響仿真的真實性。電流調節(jié)器ACR的輸出端其后面的環(huán)節(jié)運算后，得到移相控制電壓，去控制整流橋的輸出電壓。而電流調節(jié)器ACR的輸出限幅就決定控制角的最大和最小限制。 模型參數(shù)設置轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。采用面向電氣原理結構圖方法構成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖8-1所示。 圖8-1 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真模型轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等

23、，因為在本次設計中單片機代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設為0，Stop time設為2.5。6.2 系統(tǒng)仿真結果的輸出及結果分析當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進行仿真。圖8-2是雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電流和轉速曲線。從仿真結果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下面分析一下仿真的結果。圖8.2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電流和轉速曲線啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，

24、轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉速線形增長。第三階段，當轉速達到給定值后。轉速調節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調。轉速超調后，ASR輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調節(jié)階段，使轉速保持恒定，實際仿真結果基本上反映了這一點。由于在本系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項數(shù)據(jù)處理和調整都是在單片機內完成的，控制效果要好于本次的仿真結果。 從以上的仿真結果可看出，所設計的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)滿足要求。二 交流調速系統(tǒng)建模與仿真1 引言隨著電力電子

25、技術、變頻技術和微型計算機控制技術的迅猛發(fā)展，電氣傳動技術進入了一個新的階段。特別是矢量控制技術的出現(xiàn)，使得交流傳動系統(tǒng)領導了電氣傳動的潮流，采用高性能的交流傳動系統(tǒng)進行交流提升機的改造是極富吸引力的。在交流提升機的拖動控制改造方面，國內的許多單位和一些專家也作了許多努力。對礦井交流提升機的電控系統(tǒng)用可編程控制器進行改造，代替了原來的繼電器控制，多級切換電阻，低頻制動。此外將磁力站的接觸器轉換為真空接觸器或雙向晶閘管，提高了系統(tǒng)的可靠勝、降低了噪音，改造后的效果是顯著的。但這些方案仍要串電阻，無法解決無級調速和節(jié)能的問題。能量指標是衡量調速系統(tǒng)技術經濟性能的重要方面，而系統(tǒng)的效率與功率因數(shù)是能

26、量指針的主要內容。傳統(tǒng)的串級調速系統(tǒng)雖然效率高，但是其功率因數(shù)卻很低。因此，從節(jié)約能源的角度來說，就需要尋找方法來提高串級調速系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善其效率。因此本文提出了新型斬波串級調速方案，與常規(guī)串級調速系統(tǒng)不同之處在于轉子直流回路中加入了直流斬波器，轉子整流器通過斬波器與逆變器相連接。逆變器的控制角可取為較小值，且固定不變，故可降低無功損耗，而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。斬波式逆變器串級調速系統(tǒng)雖然比傳統(tǒng)的串級調速系統(tǒng)多了一個斬波器環(huán)節(jié)，但前者的逆變器容量較后者小，所節(jié)約的成本足以抵償斬波器的成本。而且更重要的是前者比后者能夠大大改善功率因數(shù)。2 斬波串級調速系統(tǒng)工作原理2.1斬波串調原理具有斬波控

27、制的串級調速系統(tǒng)原理圖如圖21所示。圖21斬波控制串級調速系統(tǒng)原理圖具有斬波控制的串級調速系統(tǒng)與普通串調系統(tǒng)相比在直流回路中增加了開關器件、隔離二極管,濾波電容。此三個元件構成斬波升壓電路。有源逆變器的逆變角選擇可以一個最小的固定的，因此為固定電壓。在導通時，增加、截止。在截止時，通過流入逆變器，下降。直流回路各點波形如圖2-2所示。圖中為的開通時間，為的開斷周期，為斬波器CH的驅動信號，為兩端的電壓波形，為經流二極管的電流波形，為流經斬波器的電流波形。改變的開通占空比，就可以改變的平均電壓。在交流電機轉速一定時，改變，就可以改變的大小，即改變電動機的轉矩，從而達到調速的目的。 斬波電路和逆變

28、器的共同作用相當于普通串調系統(tǒng)中可調的有源逆變器的作用。只是后者的功率因數(shù)比較高，接近0.9，且恒定。圖22斬波串調主電路波形2.2 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)為了提高靜態(tài)調速精度及獲得較好的動態(tài)特性，應采用具有電流負反饋與轉速負反饋的雙閉環(huán)控制方式。雙閉環(huán)系統(tǒng)是一種具有電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，較單閉環(huán)系統(tǒng)有著更為優(yōu)良的靜、動態(tài)特性。下面將著重介紹雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理。轉速與電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)結構及其特點：圖23為具有雙閉環(huán)控制的繞線異步電動機斬波串級調速系統(tǒng)的原理圖。該調速系統(tǒng)采用轉速外環(huán)和電流內環(huán)構成的雙閉環(huán)系統(tǒng)對繞線式異步電動機進行轉子斬波閉環(huán)控制。圖中轉速反饋信號取自于增量式光電編碼

29、器，電流反饋信號取自直流主回路中設置的霍爾電流傳感器。ASR, ACR分別為速度調節(jié)器和電流調節(jié)器，均為PI調節(jié)器，由數(shù)字信號處理信號（DSP)產生。由于受斬波器開關作用的影響，整流器輸出電流是脈動的，會引起轉矩的脈動，為抑制轉子電流的斬波脈動率，在直流主回路中串接一個平波電抗器。PWM為脈寬調制器，用于產生斬波器的脈沖信號。圖23有轉子斬波器的異步電動機雙閉環(huán)調速系統(tǒng)雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在電機調速中的特點是:在電動機啟動時，起動電流很快的加大到允許過載能力值，并且保持不變，在這個條件下，轉速n得到線性增長，當升到需要的大小時，電機的電流急劇下降到克服負載所需的電流值。這就要求在起動過程中，把電動機

30、的電流當作被調量，使之維持為電機允許的最大值，并保持不變。因此需要有一個電流調節(jié)器來完成這個任務。來自速度給定電位器的信號與速度反饋信號比較后，偏差信號送到速度調節(jié)器的輸入端，速度調節(jié)器的輸出端再送到電流調節(jié)器的輸入端。電流調節(jié)器的輸出電壓再作為導通比為a的控制電壓加至PWM后與PWM內的載波比較以產生脈寬調制脈沖波。該脈沖波經隔離去改變斬波器的占空比，可以調整轉子電流，從而改變電動機 的轉矩和轉速。速度調節(jié)器和電流調節(jié)器均采用PI調節(jié)器。由于用了這兩個調節(jié)器，一方面便于調整，另一方面使系統(tǒng)更容易完成對轉速與電流的調節(jié)作用。兩個調節(jié)器之間是串級連接的關系。從閉環(huán)反饋的結構上看，電流調節(jié)環(huán)是內環(huán)

31、;轉速調節(jié)器是外環(huán)。2.3斬波串調系統(tǒng)的建模繞線式異步電動機斬波串級調速系統(tǒng)的主電路主要由晶閘管三相全控橋式有源逆變器、三相橋式二極管轉子整流器、繞線式異步電動機、逆變變壓器、濾波電抗器、斬波器件IGBT、二極管和電容等組成。主電路的建模根據(jù)三相繞線式異步電動機轉子斬波串級調速系統(tǒng)的主電路組成框圖，利用Simulink和Power System工具箱，在同步電源與六脈沖觸發(fā)器模型封裝后，將六脈沖觸發(fā)器輸出的脈沖放大，與其它模塊連接即可建立主電路，與實際電路不同的是，這里的電流反饋信號直接引用了晶閘管有源逆變器輸出的電流，轉速反饋直接采用電機輸出信號測量分路器中的電機轉速 (rad/s)。（6脈

32、沖觸發(fā)電路仿真如下圖）圖24 6脈沖觸發(fā)電路仿真模型系統(tǒng)的建模利用Simulink和Power system工具箱，然后按系統(tǒng)的電氣結構關系連接起來，即得到繞線式異步電動機斬波串級調速系統(tǒng)的仿真模型（主電路仿真模型見錄）。如圖25所示。圖105斬波串級調速系統(tǒng)的仿真模型圖252.4斬波串調系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)的仿真參數(shù)電機參數(shù):額定功率=280KW，線電壓=220V，頻率=50HZ，定子電阻=0.435和漏感=2mh，轉子電阻=0.816。和漏感=2mH，互感=69.31 mH，轉動慣量=0.089，極對數(shù)=2，三相繞線式異步電動機，同步旋轉坐標系。設置仿真的終止時間為l Os，仿真算法選擇ode23tb, ode23tb屬于TR-BDF2算法，適合與求解剛性問題，對于求解允許誤差比較寬的問題結果好。相對允許誤差為,絕對允許誤差為auto，變步長;仿真菜單選正常仿真。按照斬波串級調速系統(tǒng)先單元、后系統(tǒng);先開環(huán)、后閉環(huán);先內環(huán)、后外環(huán);先調穩(wěn)態(tài)精度，后調動態(tài)指標的調試原則進行系統(tǒng)調試。優(yōu)化后的主要環(huán)節(jié)參數(shù)如下:交流電源:工頻、相電壓有效值127V;脈沖觸發(fā)器開關信號為”0”，即開放觸發(fā)器;晶閘管逆變橋參數(shù):通態(tài)內阻0.001，通態(tài)電感0，冷態(tài)電阻10，冷態(tài)電感4.7F;二極管整流橋參數(shù):通態(tài)內阻0.