次同步晶閘管串級調速畢業(yè)論文

1、第1章 緒論1.1 本課題的意義近幾年來，迅速發(fā)展的科學技術為交流調速技術的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術條件和物質基礎，隨著電力電子技術、計算機技術的發(fā)展和電力電子器件的更新?lián)Q代，交流調速技術獲得了飛速發(fā)展。現(xiàn)代交流電動機的調速系統(tǒng)不但性能同直流電動機的性能一樣，而且成本和維護費用比直流電動機系統(tǒng)更低，可靠性更高，交流調速系統(tǒng)已從直流調速的補充手段發(fā)展到與直流調速系統(tǒng)相競爭、相媲美、相抗衡，并逐漸取代的地位。特別應該指出的是，交流調速拖動系統(tǒng)在能源方面的作用。在世界能源緊張、能源費用高漲的今天，交流調速技術作為節(jié)約能源的一個重要手段，引起了人們的高度重視。究其原因：一方面，交流拖動負荷在各國的總用

2、電量中都占有很大的比重(工業(yè)發(fā)達國家，大都占一半以上)，對這類負荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益：另一方面，交流拖動本身又存在著很大的可以挖掘的節(jié)電能力。因此，研究性能更優(yōu)越、節(jié)能效果更好的調速系統(tǒng)，有著重要的現(xiàn)實意義。串級調速是異步電動機調速方法之一，它可以將異步電動機的功率回饋給電網或是轉化為機械能送回到電動機軸上加以利用，因此效率高。串級調速是通過繞線式異步電動機的轉子回路引入附加電勢而產生的，它屬于變轉差率來實現(xiàn)串級調速的，它能實現(xiàn)無級平滑調速，低速時機械特性也比較硬。特別是晶閘管次同步串級調速系統(tǒng)，技術難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應用。晶閘管串級調速技術除可用于新設備

3、設計外，還可用于對舊設備進行技術改造，這樣不僅能改善調速性能，又可以節(jié)約能源?？傊?，交流調速技術具有優(yōu)良的調速性能，可帶來節(jié)約能源、減少維修費用、節(jié)省占地面積等優(yōu)點，尤其在大容量或工作于惡劣環(huán)境時更為直流電機拖動所不及。所以交流調速技術的應用有著廣闊的前景。本課題研究的是使用晶閘管實現(xiàn)節(jié)能調速的過程。1.2 國內外發(fā)展狀況1.2.1 交、直流電機性能對比交流電動機剛剛出現(xiàn)后，雖然結構簡單、可靠、造價低廉，但調速性能(調速范圍、穩(wěn)定性或靜差度、平滑性等)卻無法與直流調速系統(tǒng)相媲美，所以在調速領域中，直流傳動一直占據(jù)著統(tǒng)治地位。但是，由于直流電動機存在著“換向”這一理論和技術方面的實際困難，使得直

4、流電動機的最高電壓只能達到1000多伏，而交流電動機則很容易做成6kV、10kV或更高：另外直流電動機的制造和維護也比交流電動機復雜，特別是隨著科學技術的發(fā)展，直流電動機的單機容量、電壓等級、轉速和體積往往不能滿足實際需要，而交流同步電動機和異步電動機的單機容量都可以遠遠高于直流電動機；在轉速方面直流電動機的最高轉速只能達到3000轉分左右，而交流電動機轉速則可高達每分鐘數(shù)萬轉或更高，這些都是直流傳動的薄弱環(huán)節(jié)。1.2.2國外研究現(xiàn)狀為了克服上述缺點，很多國家一直在致力于發(fā)展交流傳動技木。起初，由于交流調速的發(fā)展受其物質基礎靜止式變流器件以及相應的電子逆變技術的限制，交流調速裝置未能得到推廣應

5、用，有的甚至未能走出實驗室。本世紀六十年代以后，隨著電力電子學與電子技術的發(fā)展，交流調速發(fā)展出現(xiàn)了一個飛躍；尤其是七十年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應用，為交流調速的發(fā)展進一步創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機的串級調速、各類型的變頻調速、無換向電動機調速，特別是矢量控制技術的應用，使得交流調速逐步具備了寬調速范圍、高穩(wěn)速精度、快動態(tài)響應以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能。原來的交直流拖動分工格局被逐漸打破，在各工業(yè)部門用可調速交流拖動取代直流拖動的形式己指日可待。目前，國外先進的工業(yè)國家生產直流傳動的裝置基本呈下降趨勢，而交流變頻調速裝置的生產大幅度上升。

6、1.2.3國內發(fā)展狀況在我國諸多領域，風機和泵類負載是應用最廣泛、耗電量最大的一類生產機械，例如冶金、石化、電力、給排水、及礦山等國家重要支柱產業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，風機和泵類負載的耗電量占到全國工業(yè)用電量的40以上，而風機、泵用電量的30一40消耗在調節(jié)閥門及電網壓降上，缺點是運行效率低，這就造成了巨大的電能浪費，與經濟運行標準還相距甚遠，所以這類負載的節(jié)能潛力很大。在能源曰趨緊張的今天，如果能夠對風機、泵類負載的節(jié)能技術改造有一個突破性的研究進展，則每年將形成相當可觀的經濟效益。在風機和泵類負載的節(jié)能措施中調速運行是最有效的。在高壓大容量系統(tǒng)中，變頻調速成本很高、體積大，存在諸多問題；在節(jié)電率相同的

7、情況下，電動機的功率越大其節(jié)能效益也就愈大。因此，高壓大功率電動機驅動的風機、泵采用調速傳動，其節(jié)能效果將更加明顯，雖然大功率風機泵類負載采用調速傳動可節(jié)約大量電能，平均30左右。但由于國內適合風機、泵類負載的高壓變頻器還沒有成熟產品，國外高壓變頻器價格十分昂貴，推廣應用受到很大限制。特別是大功率的負載，由于缺少簡單、可靠、經濟的中壓電動機調速裝置，使得節(jié)能調速基本沒有推廣開來。因此，研究性能更優(yōu)越、節(jié)能效果更好的調速系統(tǒng)，有著重要的現(xiàn)實意義。對于風機和泵類負載的調速，合理的方案應是繞線電機次同步串級調速。電機定子繞組直接接中壓電網、無網側接變壓器，轉子繞組接低壓，較容易與電力電子器件的性能相

8、匹配。在串級調速時，轉子電路的功率為轉差功率。風機和泵類負載所需的調速范圍小，一般為30左右，這樣電力電子裝置的功率僅為電機功率的30或15。但普通的串級調速系統(tǒng)包括繞線電機、不可控整流器、有源逆變器和逆變變壓器等，逆變變壓器接電網，造成轉差功率在繞線電機、不可控整流器、有源逆變器、逆變變壓器和電網中的無謂循環(huán)。而且有源逆變器通常采用滯后相控觸發(fā)，電機轉速的改變是通過改變逆變角來實現(xiàn)的。因此，在深調速時系統(tǒng)功率因數(shù)低、諧波電流大，這是普通串級調速最主要的缺點。再有系統(tǒng)裝備復雜，進而成本高。這些都在不同程度上限制了這類負載節(jié)能調速的推廣和應用。晶閘管次同步串級調速具有以控制低電壓進而控制高壓電機

9、，以控制小功率進而控制大功率電機且系統(tǒng)結構簡單，節(jié)電率高的特點，對于大多數(shù)泵、風機類需要次同步轉速調速(由額定轉速下調)的應用特別適合。特別對高壓大容量電機更有技術實現(xiàn)容易和經濟性好的優(yōu)勢。當然，原使用鼠籠電機的場合，在使用串級調速時需要更換為繞線式電機。繞線式電機有滑環(huán)、碳刷的維護工作，但相比變頻器的空調防塵及裝置等的維護量要小的多。如加上更換電機的費用，整個串級調速系統(tǒng)的費用還要低于變頻器本身的價格(如也更換為變頻電機，則變頻系統(tǒng)價格更高)。一般在有一定調速深度的場合，投資回收期在l2年。串級調速的維修費用比變頻調速也要低的多，維修容易。加之節(jié)電率比變頻高出25個百分點，串級調速綜合技術經

10、濟比較，要比變頻有明顯的優(yōu)勢。1.3 本文主要完成的工作1.3.1設計要求：根據(jù)給定參數(shù),設計一個滿足下列技術要求的繞線式異步電動機的晶閘管串級調速裝置：1）繞線式異步電動機，額定功率2.8KW， 定子額定電壓380V ，接法Y, 定子額定電流6.04A， 轉子額定電流19.5A， 電源三相， 定子頻率50Hz， 轉子開路電壓104V， 額定轉速1440r/min ，電動機定額連續(xù)，調速范圍 1:3；2) 逆變變壓器的原邊電壓與電網電壓相同,其容量與電動機容量相匹配；3) 主電路中整流元件的選擇應能保證起安全可靠地工作,電路和元件均應設置較完善的保護電路或保護環(huán)節(jié)；4) 觸發(fā)電路應能夠保證有源

11、逆變 器工作的正常進行,不應在串級調速運行中發(fā)生逆變顛覆。1.3.2畢業(yè)設計應完成的工作：1）設計出2.8KW繞線式異步電動機的晶閘管串級調速裝置的主電路原理圖,啟動方法設計；2)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)：3）主電路整流元件參數(shù)的計算選擇；4)進行主電路中有關保護電路和保護環(huán)節(jié)的設計,對保護元件進行參數(shù)的計算選擇；5)完成逆變變壓器的設計計算；6)完成晶閘管的觸發(fā)電路的設計計算。第2章 串級調速原理分析及啟動方法設計2.1 串級調速原理 串級凋速是十分經典的電機調速方法,它的根本點不是去控制電機的供電電源頻率和電壓，轉而控制轉子電流，從而改變電機的轉差率進行調速。串級調速具有以控制低電壓進而控制高壓

12、電機，以控制小功率進而控制大功率電機且系統(tǒng)結構簡單，節(jié)電率高的特點，對于大多數(shù)泵、風機類需要低同步轉速調速(由額定轉速下調)的應用特別適合。特別對高壓大容量電機更有技術實現(xiàn)容易和經濟性好的優(yōu)勢。 繞線式異步電動機的結構特點是轉子的三相繞組通過滑環(huán)可以引出來。當外接不同的電阻時，電動機有不同的轉速，這就是繞線式異步電動機的串電阻調速。這種調速方法簡單、方便，但在電阻上消耗大量的能量，效率低、經濟性差是這種調速方法的主要缺點。如果在轉子的繞組回路串入附加電勢，當串入的附加電勢=0時，電動機工作在固有機械特性上，若這時拖動恒轉矩負載，電動機在接近額定轉速下穩(wěn)定運行，轉子相電流 式中 S=1時轉子開路

13、相電動勢、轉子額定電壓； S=1時轉子繞組每相漏抗。 當轉子的相位與轉子感應電動勢的相位相反時，由于反相的接入，立即引起轉子電流的減小，此時轉子相電流為：由于保證氣息磁通不變，則電動機的電磁轉矩隨著轉子電流而減小，使電動機電磁轉矩小于負載轉矩，失去穩(wěn)定轉速條件，迫使電動機轉速降低，轉差率上升，而轉子電流此時又回升，直到電動機轉速降低至某值，轉子電流又回升到使電動機轉矩回復與負載轉矩相等時減速過程結束。當相位與轉子感應電動勢的相位相同時，情況正好相反。顯然改變附加電勢的大小，轉子電流會發(fā)生變化，如果電動機帶恒轉據(jù)負載，則電動機的轉速也會變化，因而串附加電勢同樣能調速。如果在調速的同時，讓附加電勢

14、裝置吸收轉子的轉差功率并將其回饋電網，那么串附加電勢既能調速又能節(jié)能。這種調速方法稱為繞線式異步電動機的串級調速。 在繞線式感應電動機的轉子回路中串入一個與轉子感應電勢相位相反(或相同)的附加電勢，如圖2.1所示 圖2.1串級調速原理圖 當調節(jié)在電機轉子回路中引入可控的交流附加電動勢，雖然可改變電機的轉速，但由于電機的轉子電動勢的頻率是其轉速的函數(shù)，所以附加電動勢的頻率也必須能隨轉速而變化且在調速的動態(tài)過程中，也應與電機轉子電動勢的頻率保持一致。由此可見，在轉子回路中附加交流電動勢的調速方法，相當于在轉子側加入可變頻、可變幅值電壓的調速方法。在工程上實現(xiàn)這樣的可控電源是有相當難度的，人們常用一

15、些間接的方法來完成。工程上最常用的一種方法是，利用直流回路來處理6。串級調速就是基于這種思想,把轉子感應電壓通過整流器變換為直流電壓,然后用一個直流的附加電勢與之作用,以調節(jié)感應電動機的轉速。這個附加電勢根據(jù)它的相位的不同，可能對電機的運行情況產生不同的影響。如果附加電勢的相位正好和電流的相位相反，它是吸收功率的，其作用和串電阻相似，增加這個電勢，可以使轉差功率增加電機轉速下降。如果電勢與轉子電流同相，則產生附加電勢的裝置將有功功率輸入電機的轉子回路，起到負電阻的作用，可使轉子回路中轉差功率減少，甚至變?yōu)樨撝?，這時電機轉速升高，甚至超過同步轉速。所以習慣上把前面一種調速方法稱為次同步調速;而把

16、后一種方法稱為超同步調速。 由于直流電量不存在頻率與相位的問題，直流電壓又容易獲得，所以可以將電機轉子電動勢先整流成直流電壓，然后引入一個直流附加電動勢，而控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調節(jié)異步電機的轉速。這樣就把交流變壓變頻的問題，轉化為與頻率無關的直流變壓問題。經常采用的一種方案，就是用硅二極管整流橋把轉子轉差功率整流為直流功率輸出，然后把該直流功率輸送給由可控硅整流橋構成的相控逆變器，由后者把直流功率又變成交流功率回饋給電網。目前國內外應用較多的串級調速系統(tǒng)是次同步串級調速系統(tǒng)8。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展,目前晶閘管串級調速已經成為主流.2.2 雙閉環(huán)串級調速主回路設計與分析由圖2

17、.1可知，要調速，可改變Ef的大小和相位，且要求Ef的頻率必須與E2相同，但由于E2的頻率是隨著s的變化而變化的，因此要求Ef的頻率也應隨s的變化而變化，在實際中很難做到，為此設計中采用整流加逆變的方法來解決這一問題。下圖為串級調速主電路圖，圖中UR為不可控的整流器，UI可控的有源逆變器，T1為逆變變壓器，圖中逆變變壓器的作用之一是把可控整流裝置與交流電網隔離，以抑制電網的浪涌對晶閘管的影響：作用之二能取得與被控異步電機工作相匹配的逆變電壓。L為平波電抗器。轉子相電動勢經三相不可控整流裝置整流，輸出直流電壓U。工作在逆變狀態(tài)的三相可控整流裝置除提供可調的直流電壓以作為調速所需的附加直流電動勢外

18、，可將經整流后輸出的異步電機轉差功率逆變成交流，并回饋到電網。 圖2.2 晶閘管串級調速主電路圖 不考慮電機轉子繞組與逆變變壓器漏抗影響，則可列寫出直流回路的電動勢平衡方程式 U=U+IR KsE=KUcos+IR 式中、是UR和UI兩個整流裝置的電壓整流系數(shù)，當都采用三相橋式電路時， R直流回路的電阻當逆變角=90時，逆變電壓=0，即附加電動勢為零，電機在接近于額定轉速的最高速運轉。當為最小逆變角時，逆變電壓最大，電機在最低速運轉。改變逆變器的逆變角，就可改變附加電動勢的大小，從而使電機轉速得到調節(jié)。 當異步電動機的定子上加三相交流電后，轉子整流器便產生空載整流電勢，其值為2.34EM，方向

19、為上正下負。逆變變壓器接入交流電源，由于三相全控橋式電路工作在逆變狀態(tài)而產生空載逆變電勢，其值為2.34ET，方向也是上正下負，它與轉子空載整流電勢反接。如果2.34EM2.34ET時主電路產生電流，電動機產生轉矩，旋轉起來；此后隨轉速上升，轉差率下降，轉子整流電勢降低，至轉子整流電壓與逆變電壓達到新的平衡時，電動機穩(wěn)定運行。電機的調速是根據(jù)調速要求來改變逆變角的大小。角的變化，是通過改變加在觸發(fā)器上的控制電壓來實現(xiàn)的。而控制電壓是通過雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中的電流調節(jié)器的輸出來控制的。 電機定子供給轉子的功率(電磁功率)分為兩部分：大部分變成機械功率拖動泵里類與風機負載，一小部分成為由于轉速差(比同

20、步轉速低)而產生的轉子回路的轉差電功率。通過在轉子回路串入串級調速裝置加入一個可調反電勢來控制轉子電流，從而調節(jié)電機的轉速(改變了機械功率輸出)，由于轉速差(轉子轉速與同步轉速的差)而產生的轉子的轉差功率經串級調速裝置反饋回電網或內饋電機的定子反饋繞組而回收，從而達到調速和高效節(jié)能的目的。傳統(tǒng)串級調速是將電機的轉子回路通過串級調速控制裝置及逆變變壓器與電網連接而產生等效反電勢。等效電勢大小的調節(jié)是通過調整逆變器的逆變角(移相觸發(fā))來實現(xiàn)，同時，轉差功率經逆變器和逆變變壓器由電網吸收。當使用逆變變壓器將轉差功率回饋并吸收至電網時，稱為外反饋式串級調速。如在電動機定子繞組嵌槽中同槽嵌放一個反饋繞組

21、，則定子鐵芯中的反饋繞組和定子繞組構成并代率芋了逆變變壓器，將轉差功率通過反饋繞組及定子繞組回饋并吸收至電網，這稱為內反饋式串級調速。 內反饋串級調速電動機是近年來出現(xiàn)的一種新型的繞線電動機，內反饋串級調速電機在其基礎電，機的定子中增設了一套繞組，用來接受從轉子反饋回來的能量，我們稱之為調節(jié)繞組，而將原來的定子繞組稱為主繞組。內反饋電機是利用電機繞組多重化技術，在異步電機的定子鐵芯上，增設了一套調節(jié)繞組，用以提供附加電源。 本文所給電機無調節(jié)繞組，故采用外反饋式串級調速。 根據(jù)生產工藝對靜、動態(tài)調速性能指標要求的不同，串級調速系統(tǒng)可以采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制。對于技術性能指標要求不高的生產機械設

22、備，如只要求一定調速范圍，而無其他動、靜態(tài)指標要求的生產機械，為簡單、可靠地運行，通常選擇開環(huán)控制的串級調速系統(tǒng)；對于技術性能指標要求較高的生產機械設備，應選擇閉環(huán)串級調速系統(tǒng)。采用比例積分調節(jié)器的單閉環(huán)串級調速系統(tǒng)，雖然能加快調節(jié)，并最終消除靜態(tài)誤差，但由于此系統(tǒng)中只有速度負反饋，沒有電流負反饋，所以抗干擾能力較差。因此在電力拖動系統(tǒng)中用得較少，而轉速、電流雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)可以克服上述缺點。雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)不僅具有較硬的機械特性，而且動態(tài)響應速度快，抗擾動能力強，容易實現(xiàn)過流保護，故多采用雙閉環(huán)控制調速系統(tǒng)。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)是具有電流反饋內環(huán)和速度反饋外環(huán)的串級調速系統(tǒng)，電流反饋內環(huán)采用電

23、流互感器和調節(jié)器構成，電流反饋信號從電流互感器取出，送至調節(jié)器。速度反饋外環(huán)由測速機和調節(jié)器構成，速度反饋信號取自測速發(fā)電機，送至速度調節(jié)器。經比較放大后，信號送至晶閘管的觸發(fā)電路。為了防止逆變器逆變顛覆，當電流調節(jié)器的輸出電壓為零時，整定觸發(fā)脈沖初始相位角，使。隨著電流調節(jié)器的輸出改變，角在300900范圍內變化。速度調節(jié)器用來控制電動機的轉速，電流調節(jié)器是用來控制直流回路中的電流，由于它們只控制一個物理量，所以被控制的參數(shù)很容易調整。這兩個調節(jié)器相互聯(lián)系，相互制約，使得系統(tǒng)對于給定的電流、速度都是無靜差的。利用電流負反饋與速度調節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)在升速過程中能實現(xiàn)恒流升速，具有

24、較好的加速性能。在電網電壓波動時，電流環(huán)能及時調節(jié)轉子電流，以保持所需要電磁轉矩。當負載變化時，速度環(huán)具有良好的抗干擾穩(wěn)速性能。電流環(huán)和速度環(huán)兩個調節(jié)器均采用比例積分調節(jié)器，均含給定濾波和反饋濾波。故本文次同步晶閘管串級調速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)。 典型的低同步串級雙閉環(huán)調速系統(tǒng)框圖如圖23所示。它主要有繞線轉子異步電動機M、三相橋式二極管整流器UR、三相橋式晶閘管有源逆變器UI、逆變變壓器TI、觸發(fā)裝置、電流調節(jié)器ACR、速度調節(jié)器ASR和信號檢測等部分組成。圖中以速度調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的給定，電流調節(jié)器的輸出作為逆變器的控制電壓，轉速反饋信號取自與異步電動機軸上連接的測速發(fā)電機T

25、G，電流反饋信號通過交流互感器TA取自逆變器交流側。通過改變轉速給定信號的值可以實現(xiàn)調速。例如，當轉速給定信號逐漸增大時，電流調節(jié)器ACR的輸出電壓也逐漸增加，使逆變角逐漸增大，電動機轉速n也就隨之升高。為防止逆變器逆變顛覆，當電流調節(jié)器ACR輸出電壓為零時，應整定觸發(fā)脈沖使輸出相位角為最小值，通常限制為30。為了使系統(tǒng)既能實現(xiàn)轉速和電流的無靜差調節(jié)，又能獲得快速的動態(tài)響應，兩個調節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調節(jié)器。 圖2.3典型的次同步串級雙閉環(huán)調速系統(tǒng)主電路原理圖速度給定信號與測速發(fā)電機反饋信號的比較結果作為速度調節(jié)器的輸入。速度調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的給定，用交流互感器在交流側取

26、電流反饋信號，兩者的比較作為電流調節(jié)器的輸入。電流調節(jié)器的輸出作為逆變器的控制電壓，控制脈沖觸發(fā)器。 速度環(huán)的給定電壓與反饋電壓之差，表示給定速度與實際速度的偏差，該偏差速度給定信號與測速發(fā)電機反饋信號的比較結果作為速度調節(jié)器的輸入。速度調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的給定，用交流互感器在交流側取電流反饋信號，兩者的比較作為電流調節(jié)器的輸入。電流調節(jié)器的輸出作為逆變器的控制電壓，控制脈沖觸發(fā)器。 速度環(huán)的給定電壓與反饋電壓之差，表示給定速度與實際速度的偏差，該偏差電壓就是速度調節(jié)器的輸入。電流調節(jié)器的給定電壓是速度調節(jié)器的輸出電壓，比較電壓是由交流互感器取出的。跟速度偏差信號進行比較，比較的結果就

27、是電流調節(jié)器的輸入。在電動機低速穩(wěn)定運行的狀態(tài)下增大,輸入速度調節(jié)器的偏差也增大，使得經過比例積分后，速度調節(jié)器的輸出增大此時由交流互感器取出的并未改變，比較之后結果增大即電流調節(jié)器的輸入增大。因此在電流調節(jié)器將產生較大的輸出電壓，使得逆變角向增大的方向移動，逆變電勢降低，轉子電流增大，轉矩增大，轉速上升。與此同時，與電機同軸的測速發(fā)電機的輸出電壓也隨之增高，增大，當大小等于給定電壓時，系統(tǒng)進入新的平衡狀態(tài)。此時，異步電動機將以較高的轉速穩(wěn)定運行。反之，如果減小給定電壓，異步電動機將以較低的轉速穩(wěn)定運行。由于電流環(huán)的時間常數(shù)非常小，所以它既可以根據(jù)速度偏差信號迅速產生相應的電流去補償轉速的偏差

28、，又可以抵消網壓波動、參數(shù)變化等因素對系統(tǒng)所產生的干擾，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)分別對和n 進行的獨立控制，同時其中兩個閉環(huán)又相互配合，這就使得其性能比其他控制性能好的多。下面定性的說明在突加給定時系統(tǒng)的工作過程：1）雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定時的動態(tài)過程由于速度調節(jié)器的輸出是電流調節(jié)器的給定，所以速度調節(jié)器的限幅值就決定了電流的最大值。根據(jù)電動機允許電流確定速度調節(jié)器的限幅值，則在突加給定電壓時，將因為電動機的慣性較大，轉速來不及上升，使速度反饋很弱，從而導致速度調節(jié)器很快達到限幅值，也使電流調節(jié)器的給定很大，使它的輸出電壓和電流也都很迅速上升，在此階段的某一時刻出現(xiàn)，此時出現(xiàn)一個

29、小的峰值，當小于等于起動電流時電動機靜止不動；當大于等于起動電流時電動機開始起動，直到電流達到最大電流以前，電動機的轉速并不是直線上升的，在此階段有：= 電流反饋系數(shù)當電流達到其最大值時，電動機的轉速將在恒轉矩下以較高的加速直線上升，速度調節(jié)器一直處在飽和的限幅狀態(tài)，速度反饋不起作用，相當于速度環(huán)開路，系統(tǒng)是一個恒調節(jié)系統(tǒng)。但是由于轉速上升，轉子整流電勢直線下降，將使電流有減小的趨勢，這就相當于在系統(tǒng)中加入了一個電勢干擾。電流最大值不變，電流調節(jié)器起調節(jié)作用，其輸出電壓也相應地直線上升，逆變器電勢也直線下降，電流趨向恒流。當轉速達到給定值時，速度調節(jié)器的給定電壓與反饋電壓相平衡，輸入為零。由于

30、速度調節(jié)器的積分作用，使輸出仍很大，電動機仍繼續(xù)在加速。而電流調節(jié)器輸出已經下降，電流已經降低，所以電動機轉速要振蕩一兩次才達到穩(wěn)定值。此階段電流調節(jié)器和速度調節(jié)器同時發(fā)揮調節(jié)作用。在穩(wěn)定轉速下，速度反饋信號與轉速之間有如下關系：= 速度反饋系數(shù)2）雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性上述過程穩(wěn)定后，即為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。雖然電流環(huán)有使靜特性變軟的趨勢，但是由于速度閉環(huán)包在外面，電流反饋對速度來說相當于是一種干擾，因此速度調節(jié)器的放大系數(shù)要足夠的大，使被包在里面的干擾受到抑制。由于這兩個調節(jié)器是采用比例積分調節(jié)器，所以實際上這兩個閉環(huán)都是可認為是無靜差的。2.3 啟動方式的選擇確定串級調速系統(tǒng)的起動方式通常有間接起動

31、和直接起動兩種：1)直接起動 直接起動是利用串級調速控制裝置本身來直接起動電動機，而不用任何附加起動設備的起動方式。起動時，要先將晶閘管逆變器的逆變角置于，再逐漸增大，使逆變電壓逐漸減小，電動機平穩(wěn)加速，直到所需的轉速。這種起動方式主要用于要求調速范圍很大的生產機械，或者生產機械對起(制)動的加(減)速度有一定要求的場合。由于轉子回路的主要設備如整流器、逆變器、逆變變壓器的容量，亦即串級調速裝置的容量都是按要求的調速范圍確定的。對于調速范圍較小的系統(tǒng)，不應該單純?yōu)榱酥苯悠饎佣x擇大容量的串級調速裝置，而應該采用間接起動方式。2)間接起動間接起動是利用頻敏變阻器或電阻器等起動設備起動電動機，待轉

32、速升高到調速范圍內最低轉速n時，才使串級調速裝置投人運行，并切除起動設備。這種起動方式雖然增加了一套附加起動設備，但轉子回路主要設備的耐壓和容量只需按調運范圍的要求來選擇，從設備的總投資上來看是經濟合理的。這種方式還有一優(yōu)點，即一旦串級調連裝置發(fā)生意外故障，異步電動機可以脫離串調狀態(tài)，而用附加起動設備正常起動到高速運行。 為了減少串級調速裝置的容量，并同時滿足使電動機能完全脫離調速裝置而“高速”運轉的要求，本系統(tǒng)采用頻敏變阻器進行起動。如圖2.4所示。 圖2.4 串級調速系統(tǒng)的間接起動方式電路圖 當轉速沒達到n以前，接觸器KM2的常開觸點閉合、接觸器KMI的常開觸點斷開，頻敏變阻器接入，電動機

33、便以轉子串頻敏變阻器的方式起動。待轉速達到所設計的n(S)時，接觸器KMl接通，同時KM2的常開觸點斷開，切斷起動頻敏變阻器，使電動機轉子接到串級調速裝置，此后電動機就可以串級調速的方式繼續(xù)加速到所需的轉速運行。注意在電動機未達到設計最低轉速以前不允許把電動機轉子回路與串級調速裝置相接，否則轉子電壓會超過整流器件的電壓定額而損壞器件。停車時，由于沒有制動作用，應先斷KMI，使電動機轉子回路與串級調速裝置脫離，再斷開QF，以防止當QF斷開時在轉子側感生斷閘高電壓而損壞整流器與逆變器。 在調速裝置發(fā)生故障時，先經頻敏變阻器升速，然后通過KM3觸點短接轉子，使電動機全速運行，這樣可對調速裝置進行檢修

34、而不中斷生產。第3章 主回路電機、逆變變壓器及電抗器的計算選擇3.1 轉子回路基本數(shù)量關系 由主電路圖2.2分析可得轉子回路的一些基本數(shù)量關系。這些數(shù)量關系可作為選擇設計串級調速系統(tǒng)主電路參數(shù)的依據(jù)。有些數(shù)量關系比較復雜，在工程設計中可以忽略次要因素的影響，簡化計算方法。1）轉子電流有效電流I與直流回路電流I關系 當直流回路總電感充分大時，工程計算中，可近似將直流回路瞬時電流視為上底-、下底+，高為I的梯形波。考慮到換相過程影響，轉子電流可近似表示為 I=I通常可按換向重疊角=30時計算，則有 I=0.78I2）逆變變壓器二次側電流有效值I與直流回路電流I的關系 因為變壓器漏抗很小，換向重疊角

35、也較小，工程計算中可不考慮換相過程影響，認為變壓器二次側電流為120導電型方波，其有效值可近似表示為 I=I=0.816 I 3）轉子整流電路輸出電壓U 在忽略電動機繞組電阻及換相過程影響時，轉子整流電路輸出電壓為 U=2.34sE=1.35sE 式中，E為電動機轉子相電壓，E為電動機轉子線電壓。4）逆變器直流側電壓U與變壓器二次側電壓U的關系 在忽略電抗器電阻影響時，轉子整流器輸出電壓U就是逆變器直流側電壓。當不計逆變器電阻及換相過程影響時，有如下關系 U=2.34 Ucos=1.35Ucos U為逆變變壓器二次側線電壓。 3.2 異步電動機的相關參數(shù)計算 本題中所給電機的基本參數(shù)為:額定功

36、率2.8KW，定子額定電壓380V，接法Y，定子額定電流6.04A，轉子額定電流19.5A,電源三相，定子頻率50Hz,轉子開路電壓104V，額定轉速1440r/min,電動機定額連續(xù), 取電流過載倍數(shù)=2，調速范圍為1：3。 異步電動機的參數(shù)，在有條件的場合，可以通過實驗進行測定，或向廠家索取有關資料，若兩者均有困難，則根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)可以計算：1）額定轉差率S S=0.03992）臨界轉差率S S=S=0.0399=0.163 3）定子每相電阻r r=1.384）轉子每相電阻r r=0.1235）定子與轉子繞組的變比K K=3.476）折算到轉子側的定子每相電阻r r= =0.1157

37、）電動機的額定轉矩T T=9550=9550=18.6Nm8）電動機定子總電抗X(X=X+X) X=2.469）定子電抗X及折算到定子側轉子每相電抗X XX0.5X=0.52.46=1.2310）轉子側每相電抗X X=0.10211）折算到轉子側每相總電抗X XX=0.2043.3 逆變變壓器參數(shù)計算與選擇 對于不同的異步電動機轉子額定電壓和不同的調速范圍，要求有不同的逆變變壓器二次側電壓；同時為使有源變壓器與電網隔離、減少逆變器對電網波形畸變的影響，一般需配置逆變變壓器。3.3.1逆變變壓器原副邊接線方式在三相橋式有源逆變器中，由于晶閘管的非線性開關作用，在變壓器副邊電路中，將產生高次諧波電

38、流，而且由于變壓器原副邊繞組的耦合緊密，變壓器原邊電流中也有豐富的高次諧波存在，以致使供電網壓發(fā)生畸變。當串級調速系統(tǒng)的容量很大時，可能使網壓波形嚴重畸變，從而影晌其他用戶的正常用電。所以，為減少電流中的高次諧波成分，應合理選擇逆變變壓器的接線方式，一般應盡量選用/Y或Y/,，而不采用Y/Y或。因為當逆變變壓器接成Y/Y或時，原副邊繞組內的線電流波形是相同的(均為方波電流)，所含的高次諧波分量也是相同的，而且各諧波分量都比較大。當逆變變壓器選用的接線方式為/Y或Y時，雖然副邊繞組內的線電流波形仍為方波電流，但原邊線電流的波形卻均為多臺階形，更接近于正弦波，使原邊線電流的波形得到改善。本設計選變

39、壓器接法為Yll，如圖所示。這樣可以使勵磁電流的三次諧波在三角形繞組中以環(huán)流形式存在，從而使二次繞組中的感應電動勢是正弦波。 圖2.3 逆變變壓器繞組D/Y11接法圖3.3.2 逆變變壓器二次電壓的計算 逆變變壓器的二次電壓，可以根據(jù)使最低轉速下轉子最大整流電動勢與逆變器最大逆變電動勢相等的原則來確定。調速系統(tǒng)最低轉速對應的最大轉差率S為 S=1-=1-= 式中，D為調速范圍，D= 電動機工作在調速系統(tǒng)最大轉差時，轉子整流器的輸出電壓也最高，按三相橋式整流接線時，轉子最大整流電壓為U=2.34SE=1.35SE。為使串調裝置容量盡量小、功率因數(shù)盡量高，當電動機工作在調速范圍最低速時，逆變器應工

40、作在最小逆變角，通常取=30。在忽略直流回路電阻及換相過程影響時，變壓器二次側最大線電壓為 U=161V實選U=180V 選擇逆變變壓器一次側電壓和電動機定子額定電壓相同為380V，故實際連線時，應將逆變變壓器一次側及電動機定子接在同一電壓等級的電網上。3.3.3逆變變壓器容量和參數(shù)的計算1) 逆變變壓器容量的計算 逆變變壓器可以按計算要求設計專用變壓器，也可以選用參數(shù)和計算要求相近的標準變壓器，變壓器容量可根據(jù)下式確定 S=UI（kVA)逆變變壓器二次側電流可由電動機轉子額定電流I確定，其有效值可近似表示為 I=1.05I=1.0519.5=21A所以，逆變變壓器容量為 S=UI=6.5（k

41、VA)實選8kVA。因此所選變壓器的技術參數(shù)為：額定容量：8kVA原邊線電壓：380V副邊線電壓：180V 副邊線電流：21A2）逆變變壓器參數(shù)的計算折算至直流側的變壓器等效電阻R R=0.01=0.049折算至二次側的變壓器漏抗X X=0.053.4 直流回路電抗器的計算 在串級調速電動機的轉子直流回路中，必須設置足夠大的電抗器，以保證電流連續(xù)和減小電流脈動。1）保證電流連續(xù)所需的電感值L L=0.639=mH 式中，U為逆變變壓器二次側相電壓，其中 I=A2) 限制電流脈動所需的電感值L L=mH式中，為最低次諧波頻率。對三相全控橋，=300Hz,=。3) 異步電動機折算到轉子側的每相漏感

42、L L=mH4) 逆變變壓器折算到二次側的每相漏感L L=mH5) 平波電抗器電感值L按電流連續(xù)要求，實際應串入的平波電抗器電感量為 L= L-2(L+ L)=53.2-2(0.65+0.79)=50.32mH按限制電流脈動要求，實際應串入的電感量為 L=L-2(L+ L)=20.3-2(0.65+0.79)=17.42mH取兩者中較大的，所以選用直流回路電抗器的電感為50.32mH時，電流脈動和連續(xù)要求都能滿足。平波電抗器直流電阻R為R=0.01=0.010.031第章 整流裝置及逆變裝置的設計計算4.1 三相橋式二極管整流裝置的選擇計算轉子整流器用的硅整流二極管，是在低頻率、大電流下工作，

43、所承受的電壓與調速范圍有關，這就是轉子整流二極管的特點。1) 額定電壓U 轉子整流器為三相不可控整流電路，元件承受的最高反向電壓為 U=V故元件額定電壓可取為 U=（23) U（23)98.04=（196.08294.12）V實取U=400V。2) 額定電流I 轉子整流元件的電流定額應按最嚴重負載條件確定，當取電動機電流過載倍數(shù)=2時，允許通過的最大直流整流電流為 I=1.05I=1.05=52.42A I=（1.52）KI=（1.52）0.552.42=(39.452.5)A實取 I=60A選取整流二極管型號為ZP100-4，共6只4.2逆變器的晶閘管元器件的計算與選擇1) 額定電壓U 逆變

44、電路為三相全控橋式電路，元件承受的最高反向電壓為 U=U=255V則晶閘管元件的電壓定額為 U=（23)U=（23)255=(510765)V實取U=800V2) 額定電流I 晶閘管元件的電流定額也應按最嚴重負載條件確定，當取電動機電流過載倍數(shù)=2時，允許通過的最大直流整流電流為 I=1.05=1.05224.96=52.5A I=(1.52)KI=(1.52)0.552.5=(39.452.5)A實取 I=60A選取晶閘管型號ZP100-80，共6只第5章 觸發(fā)環(huán)節(jié)、檢測及調節(jié)環(huán)節(jié)的設計5.1 觸發(fā)環(huán)節(jié)設計選擇晶閘管的觸發(fā)電路很多，其優(yōu)缺點和使用范圍各不相同。集成觸發(fā)電路具有性能穩(wěn)定可靠、線

45、性度好、功耗低、體積小、使用方便等優(yōu)點，被廣泛應用于各種晶閘管裝置中。本系統(tǒng)采用TC787構成三相六脈沖觸發(fā)電路。TC787是采用獨有的先進IC工藝技術，并參照國外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設計的單片集成電路。它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調制電路，以構成多種交流調速和變流裝置。它是目前國內市場上廣泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相觸發(fā)集成電路的換代產品，與TCA785及KJ(或KC)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點，而且裝調簡便、使用可靠，只需一個這樣的集成電路，就可完成3

46、只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5KJ(3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042)(或KC)系列器件組合才能具有的三相移相功能。因此，TC787可廣泛應用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機電一體化產品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，從而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同類電路，為提高整機壽命、縮小體積、降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑。圖5.1為TC787芯片的內部結構原理框圖，其內部集成有3個過零和極性檢測單元，3個鋸齒波形成單元，3個比較器，1個脈沖發(fā)生器，1個抗干擾鎖定電路、1個脈沖形成電路，1個脈沖分配及驅動電路。他們的工作原理可

47、簡述為：經濾波后的三相同步電壓通過過零和極性檢測單元檢測出零點和極性后，作為內部3個恒流源的控制信號，3個恒流源輸出的恒值電流給3個等值電容Ca，Cb，Cc恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波，鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓Vr比較后取得交相點，該交相點經集成電路內部的抗干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩(wěn)定，使交相點以后的鋸齒波或移相電壓的波動不影響輸出，該交相信號與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號經脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號相位對應且與移相電壓大小適應的脈沖信號送到脈沖分配及驅動電路。假設系統(tǒng)未發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止端的信號無效，此時脈沖分配電路根據(jù)用戶

48、在引腳6設定的狀態(tài)完成雙脈沖（引腳6為高電平）或單脈沖（引腳6為低電平）的分配功能，并經輸出驅動電路功率放大后輸出，一旦系統(tǒng)發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止信號有效，脈沖分配和驅動電路內部的邏輯電路動作，封鎖脈沖輸出，確保集成電路的6個引腳12，11，10，9，8，7輸出全為低電平。 圖5.1 TC787內部結構原理圖TC787各引腳名稱及功能介紹： 1）同步電壓輸入端：引腳1、2、18分別為C相、B相、A相三相同步電壓連接端，三相同步電壓經濾波后接入這三個輸入端。 2）脈沖輸出端：在半控單脈沖工作模式下，引腳8、10、12分別為三相同步電壓正半周對應的同相觸發(fā)脈沖輸出端，而引

49、腳7、9、11分別為與三相同步電壓負半周對應的反相處罰脈沖輸出端。應用時這些輸出端均接至脈沖功率放大環(huán)節(jié)的輸入或脈沖變壓器所驅動的開關管的控制極。 3）控制端：引腳5輸出脈沖禁止端該端用來進行故障狀態(tài)下封鎖TC787的輸出，高電平有效，應用時接保護電路的輸出。引腳14、15、16分別為三相同步鋸齒波電容連接端。該端連接的電容決定了鋸齒波的斜率和幅值，應用時應分別連接一個相同容量的電容接地。引腳6為工作方式設置端，高電平時為雙脈沖輸出方式，低電平時為單脈沖輸出方式。引腳4為移相控制電壓輸入端，其輸入電壓的大小決定移相的范圍。引腳13為輸出脈沖寬度控制端，該端連接的電容容量越大，輸出的脈沖寬度越寬

50、。 4）電源端：TC787既可單電源工作，亦可雙電源工作。單電源工作時，引腳3接地，而引腳7接正電源，允許施加的電壓為-49V。雙電源工作時，引腳3接負電源，施加電壓為-49V，引腳7仍接正電源，電壓范圍+49V。 圖5.2 用TC787構成的三相六脈沖觸發(fā)電路圖5.2給出了TC787單電源工作時的典型應用接線圖，380V三相交流電經過同步變壓器變壓為30V的同步信號a，b，c后，經過電位器RP，RP，RP及T型阻容移相網絡接入到TC787的同步電壓輸入端，通過調節(jié)RP，RP，RP三個電位器可實現(xiàn)O60的移相，以保證同步信號與主電路的匹配。調節(jié)RP可以使輸入4腳的電壓在0一12V之間連續(xù)變化，

51、從而使輸出脈沖在0-180之間變化，712腳的輸出端有大于20mA的輸出能力，采用6只驅動管擴展電流，經脈沖變壓器隔離后將脈沖接到晶閘管的控制極(g)和陰極(k)之間，以觸發(fā)晶閘管。 觸發(fā)電路實現(xiàn)同步方法采用主電路電源經同步變壓器降壓，再經阻容移相來獲得符合相位要求的同步電壓。盡管利用同步變壓器可以獲得適當相位同步電壓，但為了濾除電網電壓中的干擾信號，提高抗干擾能力，同步變壓器輸出端應設有阻容滯后移相濾波電路。由于同步變壓器二次側的同步電壓有公共端，所以同步變壓器二次側只能選用星形連接，便于和各單元觸發(fā)電路相連。本設計選用Y-11接法。5.2 檢測裝置及反饋調節(jié)環(huán)節(jié)的選擇設計5.2.1 電流檢

52、測裝置設計在晶閘管控制系統(tǒng)中，需要檢測主回路的電流，并把它轉換成電壓，作為電流反饋信號。電流檢測可分為直流檢測和交流檢測兩類。在變流電路直流側檢測電流大小，一般常用直流電流互感器或者用霍爾電流變換器直接測量主回路電流。在晶閘管有源逆變器中，交流側有效值電流I與直流電流I之間有著近似的比例關系，例如三相橋式有源逆變器，有I=0.816I。因此通過測量交流電流便可間接反映直流側逆變電流的大小，交流檢測常采用交流互感器。由于交流電流檢測簡便、可靠、能耗小，還能把控制回路與主電路隔離，以保證設備和人身安全，因而在實際系統(tǒng)中得到了廣泛應用。本系統(tǒng)采用交流電流互感器作為電流檢測裝置，電路如圖5.2所示。

53、圖5.2 TA電流檢測裝置電路圖5.2.2 速度檢測裝置設計 在閉環(huán)調速系統(tǒng)中，速度反饋是利用速度檢測裝置實現(xiàn)的，最常用的速度檢測裝置是測速發(fā)電機。測速發(fā)電機的質量和安裝精度直接影響系統(tǒng)的動態(tài)品質。本設計選用永磁式測速發(fā)電機，另外，安裝時測速發(fā)電機的軸中心應與電動機的軸中心重合，以保證安裝質量。 圖5.3 轉速檢測環(huán)節(jié)電路設計5.2.3 電流調節(jié)器設計電流調節(jié)器采用近似的PI調節(jié)器，圖54所示是電流調節(jié)器的結構圖。電流調節(jié)器ACR輸出為零時，應整定最小逆變角，以保證最低速起動(即以起動)。為防止逆變失敗，為此取=30，電流調節(jié)器須設置輸出限幅電路。ACR的輸出信號經限幅和功率放大后作為觸發(fā)裝置

54、GT的移相信號U。隨ACR輸出的增加，向90方向變化，時，=0，相當于轉子沒有附加電動勢，電動機工作于固有特性。調節(jié)器中運算放大器所選型號為MT-047運算放大器，其他所用電阻電容參數(shù)均以電氣手冊為準，在此不做詳細介紹。 圖5.4 電流調節(jié)器結構電路圖5.2.4 速度調節(jié)器設計轉速調節(jié)器ASR采用與電流調節(jié)器ACR相同的結構，也采用近似的PI調節(jié)器，圖55所示是速度調節(jié)器的結構。為了保證設備的安全，速度調節(jié)器設置輸出限幅電路，以限制電動機的最大電流。同時利用電流負反饋和轉速調節(jié)器ASR的限幅作用，使系統(tǒng)具有較好的恒流加速特性。ASR的輸出信號經限幅后作為電流調節(jié)器ACR的輸入給定信號。調節(jié)器中

55、所用元件參數(shù)同上電流調節(jié)器。 圖5.5 速度調節(jié)器結構電路圖5.2.5 給定積分器設計在晶閘管調速系統(tǒng)中，速度給定信號可以采用階躍信號，使速度調節(jié)器在起動過程中處于飽和限幅輸出狀態(tài)，從而使電流達到最大允許值，在負載一定的條件下，電動機在最大動態(tài)轉矩下以最大的等加速度起動，使系統(tǒng)得到最快的動態(tài)響應。而有些生產設備根據(jù)生產工藝條件并不要求在電流約束條件下的最快速起動，而是對起動加速度有嚴格限制，要求起動過渡過程平緩。同時起動時，電流平緩，可避免對電網的沖擊，提高電網的安全運行。此時系統(tǒng)的給定信號不能再采用階躍給定形式，可以采用給定積分器作為系統(tǒng)的給定的給定裝置。給定積分器在階躍輸入時，它的輸出為一

56、定斜率的斜坡信號。斜坡信號的斜率是可調的。這個斜坡信號作為速度閉環(huán)的速度給定，使電動機在起動制動過程中速度均勻變化。 典型的給定積分器線路如圖56所示，由運算放大器N、N和N組成。放大器N處于開環(huán)狀態(tài)接收輸入信號，其作用是使輸出電壓的斜率與輸入信號大小無關。放大器N為積分調節(jié)器，用以將輸入信號變換為斜坡信號。放大器N為反相器，用以滿足負反饋的極性要求，并使積分器的輸出穩(wěn)態(tài)值與階躍輸入幅值成l：1的關系。當為負階躍信號時，N輸出立即達到正限幅值，經電位器RP分壓后送入放大器N的反向輸入端進行積分，其輸出形成負的線性漸增輸出，N的輸出經過N反相，反饋到放大器N的反向輸入端形成負反饋。當?shù)扔诮o定信號

57、時，負反饋的結果使放大器N的輸出降到零。這時，由于電容C的保持作用，使保持等于不變。調節(jié)電位器RP滑動端可以改變輸出斜坡信號的斜率。積分器中選用MT-033型電壓反饋性運算放大器，其他所用電阻電容參數(shù)均以電氣手冊為準，在此不做詳細介紹。 圖5.6 給定積分器結構電路圖第6章 各環(huán)節(jié)的保護電路的設計 晶閘管元件有許多優(yōu)點，但與其它電氣設備相比，過載能力很差，往往由于短時的過電壓或過電流，都會導致元件的永久損壞，使設備不能正常運行。因此，為了使調速裝置能可靠長期工作，除對元件正確計算和合理選擇外，還必須針對元器件工作條件配置必要的保護裝置。圖6.1為本文所采用的主要保護措施。 圖6.1 主電路的保

58、護方案圖6.1 過電流保護 過電流是晶閘管電路經常發(fā)生的故障，是造成元件損壞的主要原因之一，因此，過電流保護應當首先考慮。由于晶閘管承受過電流能力比一般電氣元件差得多，故必須在極短的時間內把電源斷開或把電流值降下來。造成晶閘管過電流的主要因素有：電網電壓波動太大，電動機軸上負載超過允許值，電路中管子誤導通以及管子擊穿短路等。本設計選用的過電流保護方案有：6.1.1 快速熔斷器保護 快速熔斷器是最簡單有效的過流保護器件，也是應用最普遍的保護器件。它與普通熔斷器相比，熔斷時間小于20ms，具有快速熔斷的特性。當線路一旦出現(xiàn)短路故障，能保證在裝置損壞之前，快速切斷短路電流。本系統(tǒng)采用與晶閘管和整流元

59、件串聯(lián)快熔(圖6.1所示)的方法，實現(xiàn)對元器件和系統(tǒng)的過流保護。1）與元件串聯(lián)快熔FU的計算 由于晶閘管額定電流在選擇時已考慮大安全裕量為1.52，因此通常按下式選配，即 IIA 實選RS3750V一100A快速熔斷器，12只。2）逆變變壓器二次側串接快熔的計算 I=(1.52.5)I=(1.52.5)19.5=29.5A49A 實選RS3750V一60A快速熔斷器，3只。6.1.2 電子線路控制的過電流保護 電子線路控制的過電流保護電路形式很多，圖6.2所示電路能夠在過流時實現(xiàn)對觸發(fā)脈沖移相控制，使，降低直流回路總電壓，減小電流值。另外，也可以切斷主回路電源，達到保護的目的。 圖6.2 與電

60、流檢測裝置相連的過電流保護電路圖6.1.3 交流側保護 為了使系統(tǒng)的保護特性協(xié)調，滿足串調運行的起動操作順序和停車操作順序，在逆變變壓器及電動機電源側均采用DW型自動開關實現(xiàn)電路保護。6.1.4 直流快速自動開關保護 為了防止變流裝置逆變失敗及直流側短路，實現(xiàn)過載保護，本系統(tǒng)采用DS6/8型QFM快速自動開關接在被保護的直流電路內(圖6.1所示)，快速開關動作時間為23ms，分斷時間不超過2530ms。6.2 過電壓保護 晶閘管對過電壓很敏感。過電壓產生的原因很多，主要是因供給的電功率或系統(tǒng)的儲能器件發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)能量來不及轉換，或者是系統(tǒng)中原來集聚的電磁能量不能及時消散而造成的。