《水泵電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《水泵電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（35頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要 I 摘 要 對(duì)于不同的水廠來(lái)說(shuō)，電費(fèi)約占據(jù)供水成本的百分之三十左右。目前，在 許多供水水廠中，大多數(shù)水泵都是采用恒速電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)水量需要調(diào)節(jié)時(shí)采用 閘門(mén)節(jié)流的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，這樣就會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的電能資源浪費(fèi)。 隨著電力半導(dǎo)體的發(fā)展，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)漸漸被采用。串級(jí)調(diào)速是通過(guò)在轉(zhuǎn) 子繞組上加一個(gè)附加電勢(shì)通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平 滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難 度小，性能比較完善獲得了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)主回路以及控制 回路進(jìn)行參數(shù)計(jì)算進(jìn)而選擇相應(yīng)的元器件實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵電機(jī)的串級(jí)調(diào)速，最終達(dá) 到要求的指標(biāo)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵

2、詞：異步電機(jī)，反饋，無(wú)功功率 英文摘要 II Abstrsct For different Waterworks , electricity occupy a large part of the cost of water supply about thirty percent or so. At present, many kinds of pump use a constant speed motorin in water supply in waterworks. when water need to adjust the gate we have to take the way to

3、realize the throttling flow control, there are very serious power waste of resources. In the speed regulation systems, cascade control gradually been widely applied,along with the development of the electric power semiconductor. Cascade control is a unique winding type motor speed way, an additional

4、 potential is used by cascade control in the rotor winding to adjust the slip to realize the potential of speed. compared with the rotor resistance，the speed of cascade control can turn the motor power to the power grid or poor feedback into mechanical energy senting back to the motor shaft, so it i

5、s beneficial to the improvement of efficiency. As to so-called doubly-fed speed regulation，it is to point to will power feedback to wound rotor asynchronous motor stator windings and rotor winding. It Usually make stator winding access to industrial frequency power, will rotor winding flat rate, fro

6、m amplitude, phase sequence, etc can adjust feedback on electrical signals, so that they can adjust wound rotor asynchronous motor torque, rotational speed and motor stator side of reactive power. Keywords: asynchronous motor,feedback,reactive power 目 錄 III 目 錄 摘 要. ABSTRACT 目 錄. 第一章 概 論.1 1.1 水廠的基本

7、情況及發(fā)展概論.1 1.2 交流電機(jī)的調(diào)速發(fā)展概況及優(yōu)缺點(diǎn).1 1.2.1 交流調(diào)速的類型.1 1.2.2 交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn).2 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容與技術(shù)指標(biāo).3 第二章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.4 2.1 串級(jí)調(diào)速方案論證.4 2.2 雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成.4 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì).6 3.1 主回路設(shè)計(jì).6 3.2 整流二極管的選擇.7 3.2.1 轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓.7 3.2.2 最大直流整流電流.8 3.3 逆變變壓器的選擇.9 3.3.1 逆變變壓器二次側(cè)線電壓.9 3.3.2 逆變變壓器二次側(cè)線電流.10 3.3.3 逆變變壓器一次側(cè)電流.10 3.

8、3.4 逆變變壓器容量.11 3.4 晶閘管的選擇.12 3.5 平波電抗器的選擇.13 3.6 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì).14 3.6.1 電壓保護(hù).14 目 錄 IV 3.6.2 電流保護(hù).17 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì).18 4.1 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型.18 4.1.1 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路（直流回路）的傳遞函數(shù).18 4.1.2 異步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù).19 4.1.3 逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù).19 4.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì)及元器件的選擇.23 4.3 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)及元器件的選擇.24 4.4 設(shè)計(jì)指標(biāo)校驗(yàn).27 結(jié) 論.30 參考文獻(xiàn).31 致 謝.34 附 錄 水泵電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)電氣

9、原理總圖.35 第一章 概 論 - 1 - 第一章 概 論 1.1 水廠的基本情況及發(fā)展概論 在現(xiàn)代化的生活中吧，水廠對(duì)于一個(gè)國(guó)家的發(fā)展是非常重要的。近年來(lái)， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展我們的城市供水也取得了較快的發(fā)展，供水的能力也得到 了較大的提高。 水廠的大小不一，但其工作流程基本相似，其過(guò)程一般是：混凝反應(yīng)原理、 沉淀處理、過(guò)濾處理、濾后消毒處理。地下水等普通的水經(jīng)過(guò)水泵的提升后， 首先經(jīng)過(guò)混凝工藝處理。將一些藥劑加入到水中均勻混合就會(huì)使其產(chǎn)生大顆粒 絮凝體，上述的整個(gè)過(guò)程稱為混凝過(guò)程。 1.2 交流電機(jī)的調(diào)速發(fā)展概況及優(yōu)缺點(diǎn) 交流電機(jī)在現(xiàn)代化的工業(yè)中扮演者非常重要的作用在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào) 速

10、的主要目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)。電氣傳動(dòng)裝置的控制對(duì)象主要是轉(zhuǎn)矩和 轉(zhuǎn)速。根據(jù)在調(diào)速系統(tǒng)中電機(jī)類型的不同可以分為直流電機(jī)調(diào)速和交流電機(jī)調(diào) 速，但是在電氣傳動(dòng)上主要是分為直流和交流兩種類型的傳動(dòng)。 1.2.1 交流調(diào)速的類型 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)由交流電機(jī)、電力電子功率變換器、控制器和檢測(cè)器等 四大部分組成。 （1）轉(zhuǎn)差功率消耗型 所謂轉(zhuǎn)差功率消耗型是指對(duì)于所有的轉(zhuǎn)差功率不進(jìn)行回收直接以熱能的形 式浪費(fèi)掉。在調(diào)速系統(tǒng)中，由于對(duì)于轉(zhuǎn)差功率的無(wú)謂的浪費(fèi)使得功率消耗型這 種調(diào)速形式是異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率最低的類型。當(dāng)要調(diào)節(jié)速度降低時(shí)，就 要增加轉(zhuǎn)差功率的浪費(fèi)，這種結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所以在小容量的系統(tǒng)

11、中 得到廣泛的應(yīng)用。 （2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速 所謂轉(zhuǎn)差功率回饋型的調(diào)速系統(tǒng)是指其中的一小部分的轉(zhuǎn)差功率以熱能等 第一章 概 論 - 2 - 形式浪費(fèi)掉，另一大部分能量以電能的形式被回饋到電網(wǎng)中去，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 就屬于這種類型，這種調(diào)速系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)就是效率較高。 （3）轉(zhuǎn)差功率不變型 所謂轉(zhuǎn)差功率不變型是指銅損在轉(zhuǎn)差功率中是無(wú)法消除的，但是在轉(zhuǎn)差功 率不變型的調(diào)速系統(tǒng)中不管速度怎么調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)差功率總是保持不變。因此其 效率還是比較高的。 1.2.2 交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn) 串級(jí)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： （1）雖然串級(jí)調(diào)速的調(diào)速范圍廣，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速較大的時(shí)候電機(jī)的過(guò)載能力 將非常低，這嚴(yán)重制約了調(diào)速范圍。

12、 （2）由于串級(jí)調(diào)速是使用可控晶閘管來(lái)調(diào)節(jié)，具體的說(shuō)是來(lái)改變晶閘管導(dǎo) 通角的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，由此可以看出來(lái)串級(jí)調(diào)速的平滑性非常好。 （3）在電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，通過(guò)機(jī)械特性圖我們可以看到機(jī)械特性較 硬，故調(diào)速的穩(wěn)態(tài)性能較好。 （4）上文中我們提到了串級(jí)調(diào)速是只有一小部分的轉(zhuǎn)差率被損耗，很大一 部分的轉(zhuǎn)差率被反饋到電網(wǎng)中，由此我們可以得出串級(jí)調(diào)速的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是 其效率較高。 串級(jí)調(diào)速的缺點(diǎn)： （1）在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，整流逆變電路不能直接與電網(wǎng)相連接，必須通過(guò) 逆變變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的連接，但是逆變變壓器一般容量較大，這就會(huì)吸收 很多的無(wú)功功率，致使其功率因數(shù)降低，另外逆變變壓器價(jià)格較貴

13、，這就造成 成本變高。 （2）在整流逆變裝置的逆變裝置中，其主要目的就是講直流逆變成交流， 但是在逆變過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生諧波，這些諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。 （3）串級(jí)調(diào)速的應(yīng)用范圍非常有限，只能用于異步電機(jī)，并且只能是繞線 式異步電機(jī)。 第一章 概 論 - 3 - 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容與技術(shù)指標(biāo) 繞線式交流電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率 110KW ；額定電流 201.3A；額定電壓 380V；額定轉(zhuǎn)速 1458rpm；起動(dòng)電流倍數(shù) =3；效率 91；功率因數(shù)為 0.89。 技術(shù)要求：電網(wǎng)供電電壓為 380V，要求電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?10001458 rpm 連續(xù) 可調(diào)，轉(zhuǎn)差率 s10%。在起動(dòng)過(guò)程中，電流超調(diào)量不大于

14、5，轉(zhuǎn)速的最大超 調(diào)量不大于 10，控制系統(tǒng)要具有過(guò)流保護(hù)功能。 第二章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 - 4 - 第二章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 2.1 串級(jí)調(diào)速方案論證 變頻調(diào)速具有調(diào)速性能好、恒轉(zhuǎn)矩特性等優(yōu)點(diǎn)，是非常優(yōu)越的一種調(diào)速方 式適合多種電機(jī)對(duì)于調(diào)速方式方不同要求。但是變頻調(diào)速主要是對(duì)于目的電機(jī) 的視在功率的調(diào)節(jié)，這就要求電力電子器件承擔(dān)較高的電壓，變頻裝置就要非 常昂貴。性價(jià)比隨著其容量的增加而降低。因此由于這種調(diào)速方式本身的特點(diǎn) 使得其只適合應(yīng)用在高性能調(diào)速系統(tǒng)中而不適合應(yīng)用在以節(jié)電為目的的調(diào)速系 統(tǒng)重。但是內(nèi)反饋的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與變頻調(diào)速系統(tǒng)一樣同屬于高效的調(diào)速系統(tǒng)， 但是串級(jí)調(diào)速系

15、統(tǒng)通過(guò)對(duì)繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的調(diào)節(jié)使得其將高壓調(diào)速問(wèn) 題轉(zhuǎn)化為低壓調(diào)速的問(wèn)題，故控制電路的控制功率與變頻調(diào)速相比要小得多約 為繞線式異步電機(jī)容量的一半左右。這就使得控制電力電子器件所需要承受的 電壓要小很多，有效的解決了電力電子器件耐壓?jiǎn)栴}。就將高壓恒速電機(jī)改成 低壓調(diào)速電機(jī)。采用串級(jí)調(diào)速這種調(diào)速方式就可以用比變頻調(diào)速低得多的成本 達(dá)到非常好的節(jié)電效果，因此選用串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 在開(kāi)環(huán)控制中，異步電機(jī)無(wú)論采用什么形式的調(diào)速方式，其靜差率都會(huì)非 常高。故開(kāi)環(huán)控制的異步調(diào)速系統(tǒng)只適合應(yīng)用在對(duì)于調(diào)速精度不是很高的場(chǎng)合。 不管是雙饋調(diào)速還是串級(jí)調(diào)速如果要求應(yīng)用在調(diào)速精度很高的場(chǎng)合時(shí)，就應(yīng)該 選擇閉環(huán)控

16、制模式的調(diào)速方式。 串級(jí)調(diào)速包括轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)閉環(huán)環(huán)節(jié)，它與我們提到的雙閉環(huán)直流調(diào)速 具有很大的相似性。但是串級(jí)調(diào)速也有其本身的特殊性，實(shí)踐證明對(duì)于應(yīng)用了 串級(jí)調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)速方式，不但有利于其靜態(tài)性能的改善而且也有利 于動(dòng)態(tài)性能的改善。在矢量控制出現(xiàn)之前，雙饋調(diào)速就已經(jīng)出現(xiàn)，雙饋調(diào)速的 方案比較簡(jiǎn)單，但是能有效的發(fā)揮雙反饋調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。不僅能取得較好的 結(jié)果，串級(jí)調(diào)速還具有效率高等優(yōu)點(diǎn)。 2.2 雙閉環(huán)控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成 雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與直流閉環(huán)系統(tǒng)相似，其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。其工作 第二章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 - 5 - 原理為：電流調(diào)節(jié)器 ACR 輸出電壓為零時(shí)，

17、應(yīng)整定觸發(fā)脈沖，使逆變角為最 小值，以防止逆變顛覆。一般取 30，此時(shí)轉(zhuǎn)速最低，隨著 ACR 輸出電壓的增 加， 角增大，減少，轉(zhuǎn)速上升，到 =90,=0,相當(dāng)于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)不起作用。 i U i U 利用電流負(fù)反饋?zhàn)饔门c速度調(diào)節(jié)器 ASR 輸出電壓的限幅環(huán)節(jié)作用，在加速過(guò)程 中，也能實(shí)現(xiàn)恒流升速，使系統(tǒng)具有較好的加速特性。需要加速時(shí)，增加給定 信號(hào)，經(jīng)逆變觸發(fā)器 GT 使 角變大，逆變電壓下降，直流電流增加，電機(jī) * n 加速，由于限幅環(huán)節(jié)作用，在加速過(guò)程中電機(jī)能維持所設(shè)定的最大加速轉(zhuǎn)矩。 隨著轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)增加，最后在與給定信號(hào)相對(duì)應(yīng)的較高轉(zhuǎn)速下運(yùn) 行。 圖 2-1 雙閉環(huán)控制的串

18、級(jí)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ASR ACR - M TG - - TI TA 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 6 - 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) 雙反饋回路主回路的元器件的選擇是非常重要的，本部分主要是對(duì)雙反饋 主回路主要的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而選擇合適的電器元件。 3.1 主回路設(shè)計(jì) 圖 3-1 為串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主回路電路圖，電機(jī)的定子三相繞組接在 380V 的電網(wǎng)中，電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的三相與整流逆變裝置相連接通過(guò)晶閘管的開(kāi)通來(lái) 調(diào)節(jié)逆變電路一次側(cè)電壓進(jìn)而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組的電壓，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào) 節(jié)。 當(dāng)我們需要轉(zhuǎn)速升高時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)逆變電路的逆變角達(dá)到調(diào)節(jié)逆變電 路二次側(cè)電壓的目的，最終會(huì)影響到

19、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中電流的大小達(dá) 到調(diào)節(jié)速度的目的。 M 圖 3-1 主回路電路圖 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 7 - 繞線式異步電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 1458rpm 最低轉(zhuǎn)速為 1000rpm。水泵電機(jī)的最大 轉(zhuǎn)差率為： = 12 max 1 n -n s= n 1458-1000 =0.31 1458 3.2 整流二極管的選擇 3.2.1 轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓： （3-1） 2maxuv20 1 = 3(1)UK E D 在該要求電機(jī)中，E20為轉(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì)查電機(jī)手冊(cè)可得 E20=349v ，查表 3-1 可得 Kuv=1.35。 表 3-1變流器主電量計(jì)算系數(shù) 符號(hào)KITK

20、UTKUVKIVKILK 三相帶中 線 0.36720.670.5770.4720.866 三相橋0.367 2 1.350.8150.8160.5 雙三相橋 串聯(lián) 0.36722.70.8161.578 0.260.52 雙三相橋 并聯(lián) 0.18431.350.4780.789 0.260.52 代入式（3-1）中可以得到： 2max 1 = 3 1.35 3491-=256.3v 1.458 U （） 3.2.2 最大直流整流電流： （3-2） 2 dmax=1.1 N IV I I K 式中：為啟動(dòng)電流倍數(shù)=3； 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 8 - I2N為轉(zhuǎn)子電壓計(jì)算系數(shù)，查變

21、流器主電量計(jì)算系數(shù)表表 3-1 可得 I2N=0.815； Idr為轉(zhuǎn)子整流器輸出支流電流的額定值，其中。 2 dr= N VI I I K 由上面數(shù)據(jù)代入式（3-2）可得最大整流電流是： =793.6A dmax 196 =1.1 3 0.815 I 由此可以計(jì)算整流二極管電壓：在整流電路的各個(gè)橋臂上有 N=2 個(gè)整流二極管 串聯(lián)，這樣就可以求出每個(gè)串聯(lián)的二極管的反向重復(fù)峰值為： （3-3） 2 1 (2 3) 3(1) UTN KRM AV KE D U KN 式中：為電壓系數(shù)由變流器主電量計(jì)算系數(shù)可得：=； UT K UT K2 為轉(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì)其中：=349v； 2N E 2N E 為

22、均壓系數(shù)，在一般情況下我們?nèi)。?0.9，。 AV K AV K1.458D 由式（3-3）可計(jì)算得到單個(gè)二極管的反向重復(fù)電壓值為： =223.8V 1 1.532349 (1) 1.458 0.9 2 KRM U 從式(3-3)中可以看到二極管的反向重復(fù)電壓值與水泵電機(jī)的調(diào)速范圍有很大的 關(guān)系，他們之間的關(guān)系呈現(xiàn)反比特性。 整流二極管的電流的計(jì)算：在串級(jí)調(diào)速中，采用了六個(gè)二極管并聯(lián)使用， 其并聯(lián)數(shù) NP=3，每個(gè)整流二極管的電流可用下式計(jì)算而得出： （3-4） dmax (1.5 2) IT F ACP K I I KN 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 9 - 式中：KIT為電流計(jì)算系數(shù)，

23、查表 31 可得 KIT=0.367； Idmax為轉(zhuǎn)子整流器的最大整流電流由以上計(jì)算可得 Idmax =793.6A； KAC為均流系數(shù)，它的值可取在 0.80.9 之間。 代入式（3-4）可得整流二極管的電流為： =242.7A 2 0.367 793.6 0.8 3 F I 通過(guò)上面的計(jì)算可以進(jìn)行二極管的選擇，使選擇的二極管的電壓電流標(biāo)準(zhǔn) 大于上式所計(jì)算的數(shù)值，查詢電工手冊(cè)可知應(yīng)選擇 6 個(gè)型號(hào)為 2CP3 的二極管。 3.3 逆變變壓器的選擇 逆變變壓器在繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中是非常重要的，逆變變壓 器要根據(jù)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓、電流以及電機(jī)的調(diào)速范圍來(lái)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)逆 變變壓器

24、與繞線式異步電動(dòng)機(jī)的匹配。另外逆變變壓器還起到隔離的作用，避 免了電機(jī)與電網(wǎng)直接連接，避免電網(wǎng)的脈動(dòng)對(duì)電機(jī)造成傷害。 3.3.1 逆變變壓器二次側(cè)線電壓 逆變變壓器二次側(cè)線電壓的計(jì)算是根據(jù)轉(zhuǎn)子最大整流電壓與逆變變壓器的 最大電壓相等來(lái)確定的。 （3-5） dmax 2 min cos T UV U U K 式中：UT2為逆變變壓器二次側(cè)線電壓； Udmax為轉(zhuǎn)子整流器的最大整流輸出電壓 Udmax=U2max=256.3V； KUV為整流電壓計(jì)算系數(shù) KUV=1.35； 為最小逆變角一般?。?。 min min o 30 代入式（3-5）可得逆變變壓器二次側(cè)線電壓為：=219.2V。 2 o

25、256.3 1.35 cos30 T U 3.3.2 逆變變壓器二次側(cè)線電流 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 10 - （3-6） 2dnTIV IK I 式中：IT2為逆變變壓器的二次側(cè)線電流； KIV為整流電流計(jì)算系數(shù)查表 3-1 可得=0.815； IV K Idn為轉(zhuǎn)子整流器輸出電流額定值。 dndr 196 =240.5 0.815 IIA 代入式（3-6）可得逆變變壓器二次側(cè)線電流為。 2=0.815 240.5=195.6T IA 3.3.3 逆變變壓器一次側(cè)電流 由逆變變壓器一次側(cè)電流為： （3-7） dn 1TIL T I IK K 式中：IT1為逆變變壓器一次側(cè)線電流；

26、 KIL為逆變變壓器一次側(cè)線電流計(jì)算系數(shù)查表 3-1 可得 KIL=0.816； 為轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值=240.5A； dn I dn I KT為逆變變壓器的變比。 380 1.73 220 T K 由上式參數(shù)賦值代入上式可得逆變變壓器一次側(cè)線電流為； =113.4A 1 240.5 0.816 1.73 T I 3.3.4 逆變變壓器容量 逆變變壓器容量計(jì)算為： （3-8） 2dnTSTIVT SKK UI 式中：KST為變壓器等值容量計(jì)算系數(shù) KST=1.05； 查表 3-1 可得 KIV=0.815； UT2為逆變變壓器的二次側(cè)線電壓 UT2=219.2V。 Idn為轉(zhuǎn)子整流器

27、輸出直流電流額定值，由上面計(jì)算得出：Idn =240.5A 代入式（3-8）可得逆變變壓器的容量為： 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 11 - ST=1.050.815219.2240.5=45113W 由以上計(jì)算可以進(jìn)行逆變變壓器的選擇，我們選擇變壓器的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)所 選擇的變壓器的電壓與電流以及變壓器容量要大于要求的相應(yīng)的電壓、電流以 及計(jì)算得出的變壓器容量值。由此我們通過(guò)查詢電機(jī)手冊(cè)可以選擇出逆變變壓 器的型號(hào)為 SL7-50，其具體參數(shù)見(jiàn)表 3-2。 表 3-2 變壓器 SL7-50 的技術(shù)參數(shù) 額定容量（KVA）50 空載損耗（KW）0.19 空載電流（）2.6 負(fù)載損耗（KW）1

28、.15 3.4 晶閘管的選擇 在 110KW 繞線式異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，由于電壓較高單個(gè)晶閘管 不能夠承受電路產(chǎn)生的正常電壓，這就要求要幾個(gè)晶閘管串聯(lián)使用。在本次設(shè) 計(jì)中每個(gè)橋臂上的串聯(lián)晶閘管的數(shù)目為 N=2，單個(gè)晶閘管的反向重復(fù)電壓就可 以計(jì)算出來(lái)，如下： （3-9） 2 (2 3) UTT RRM AV K U U KN 式中：通過(guò)查表 3-1 可得電壓計(jì)算系數(shù) KUT=；2 KAV為均壓系數(shù)，其值一般可以取 0.80.9 之間； 逆變變壓器二次側(cè)線電壓 UT2由上文計(jì)算得：UT2 =219.2。 代入式（3-9）可得晶閘管反向重復(fù)電壓為： =4.84V 2.52219.2 0.8

29、2 RRM U 逆變部分的橋臂并聯(lián)元件支路數(shù)為則晶閘管額定電流為:3 P N 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 12 - （3-10） dmax 1.52 IT F ACP I I KN （）K 式中：KIT為電流計(jì)算系數(shù)，查表 3-1 可得：KIT =0.367； Idamx為整流器最大直流整流電流，由上文計(jì)算可得：Idamx =793.6； KAC為均流系數(shù)，一般可以在 0.80.9 之間取值。 代入式（3-10）可得： =242.7A 2 0.367 793.6 0.8 3 F I 由上面計(jì)算可以進(jìn)行晶閘管的選擇，我們所要選擇的晶閘管的電壓與電流 要大于上式所計(jì)算數(shù)值，通過(guò)查詢電工手冊(cè)

30、可以選用晶閘管型號(hào) KP300,其具體 參數(shù)見(jiàn)表 3-3。 表 3-3 晶閘管 KP300 的主要技術(shù)參數(shù) 通態(tài)平均電流（A）300 通態(tài)峰值電壓（V）2.6 維持電流（mA）300 門(mén)極正向峰值電壓（V）16 門(mén)極正向峰值電流（A）3 3.5 平波電抗器的選擇 整流器的輸出電流是脈動(dòng)的，為了保證電機(jī)的正常運(yùn)行應(yīng)該在整流電路中 加入平波電抗器。通過(guò)配置一定電感的平波電抗器來(lái)保證整流電路的電流的連 續(xù)。 保證整流電路的連續(xù)性，所需要的電感量為： do L （3-11） 2 do1 dmin =mH U LK I 式中：K1為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表 3-4 可得：K1 =0.695； U2

31、為整流電路的輸入端電壓，也就是繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓：U2 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 13 - =349V；Idmin為最小負(fù)載電流： Idmin=5Inon=5196=9.8A 代入式（3-11）可 得保持整流電路電流連續(xù)所需要的電感量為：=24.5mH d0 L 表 3-4 整流電流的系數(shù) 輸出端形式系數(shù)單相半波單相全波單相半控橋三相全控橋 K12.71.671.670.655 K25.052.82.80.925 輸出端有換 流二極管 KB6.376.373.183.9 K1_1.670.695 K2_2.81.05 輸出端沒(méi)有 換流二極管 KB_3.183.9 電動(dòng)機(jī)電感的計(jì)算

32、： 3 e d ee =10 m 2Pn D U LKH I 式中：KD為與電動(dòng)機(jī)的種類有關(guān)系的系數(shù)，本次設(shè)計(jì)所使用的電機(jī)是繞線式異 步電動(dòng)機(jī)無(wú)補(bǔ)償電機(jī)，取 KD=7； Ue為電動(dòng)機(jī)額定電壓 Ue=380V； Ie為繞線式異步電動(dòng)機(jī)的額定電流 Ie=201.3A； P 為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，P =4； ne為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，ne =1458rpm。 代入式（3-11）可得電動(dòng)機(jī)的電感為： =1.13mH 3 d 380 =710 24 1458201.3 L 如果使整流電路的電流連續(xù)所需要的平波電抗器的容量是： =24.5-(1.13+3.34)=20mH ddo =L - BD L（L +L ）

33、 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 14 - 由上面的計(jì)算參數(shù)，通過(guò)查詢電工手冊(cè)可得所選的平波電抗器型號(hào)是 GB-88。 3.6 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì) 雖然晶閘管的使用使得串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的控制變的簡(jiǎn)單、方便、可靠。但是 由于晶閘管是非常脆弱的，非常容易受到過(guò)電壓、過(guò)電流的影響而遭到損壞。 因此，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行必須在電路中加裝保護(hù)裝置。 3.6.1 電壓保護(hù) 為了保護(hù)元件免遭受脈沖電壓的沖擊，應(yīng)在電路中加裝電壓保護(hù)裝置。電 壓保護(hù)一般為阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。 （1）阻容保護(hù) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)由于逆變電路直接與逆變變壓器相連接，為了防止過(guò)電壓的 出現(xiàn)在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中加裝阻容保護(hù)裝置來(lái)吸收產(chǎn)生的過(guò)電

34、壓，為了保護(hù)晶閘 管免受因過(guò)電壓的產(chǎn)生而受到損壞，應(yīng)在電路中加裝阻容保護(hù)裝置。如圖 3-1 電路中加裝的電容電阻分別為： （3-12） 2 2 6i C U S （3-13） 2 2k 2.3 i UU R S 式中：S 為變壓器單相的容量：=15KW； 3 T S S U2為變壓器二次相電壓：U2 =220V； i為逆變變壓器的磁電流百分?jǐn)?shù)，可?。篿 =7； UK為逆變變壓器的短路比，可取 UK=5。 由上面的參數(shù)值，代入式（3-12）和式（3-13）就可以計(jì)算得到相應(yīng)的電容和 電阻值： =13 3 2 6 7 15 10 220 C F 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 15 - =6.

35、3 2 3 2.3 2205 15 107 R 表 3-5 變壓器連接及阻容選擇 變壓器接法單相三相二次 Y 聯(lián)接三相二次 D 聯(lián)接 阻容裝置接 法 與變壓器二 次側(cè)并聯(lián) Y 聯(lián)接D 聯(lián)接Y 聯(lián)接D 聯(lián)接 電容CC 1 3 C3CC 電阻RR3R 1 3 RR 查上表 3-5 可知：所求電容： 0 1 4.3 3 CCF 所求電阻： 0 318.9RR 因此，可選擇 20電阻 3 個(gè)，型號(hào)為 CJ10/11 的電容 3 個(gè)。 （2）關(guān)斷保護(hù) 由于在整流電路中有電抗器等容性元件，當(dāng)電路突然發(fā)生斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很 大的感應(yīng)電流。為了防止感應(yīng)電流對(duì)晶閘管造成損傷在電路中應(yīng)該加入關(guān)斷保 護(hù)裝置如圖 3-1

36、。 所需要的電容值為： （3-14）(2 5) 103 T CI 所需要的電阻值為： （3-15） 1 2 (1 3)() B L R L 將參數(shù)數(shù)值代式（3-14）和（3-15）可得:；R=1.374.2CF1.37R 因此可以選擇 2 電阻 6 個(gè)，型號(hào)為 CJ10/11 的電容 6 個(gè)。 （3）壓敏電阻保護(hù) 在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，為了防止浪涌電壓對(duì)整流逆變電路造成損壞，應(yīng)該在 繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)加裝壓敏電阻。壓敏電阻的額定工作電壓為，則 e U 第三章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) - 16 - （3-16） em 89 UU 式中 Um為壓敏電阻承受的額定電壓峰值，Um =349V，代入式（

37、3-16）得 Ue101V，故可選 3 個(gè)壓敏電阻的型號(hào)為 MYG10K471。 e 101UV 3.6.2 電流保護(hù) 當(dāng)系統(tǒng)過(guò)載運(yùn)行時(shí)，會(huì)使得整流電路中的電流增加，過(guò)電流會(huì)對(duì)晶閘管等 元件造成損壞，由上文我們知道在整流電路中流過(guò)晶閘管的電流的有效值為 242 因此可選擇快速熔斷器的型號(hào)是 NGCT1，通過(guò)晶閘管的平均值為 200A 因 此可選用 RED-RW11-10。 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 17 - 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) 在進(jìn)行電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須應(yīng)該先進(jìn)行其他環(huán)節(jié)的建模，其相 應(yīng)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型如下。 4.1 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型 4.1.1 串級(jí)

38、調(diào)速系統(tǒng)主回路（直流回路）的傳遞函數(shù) 直流回路的輸入量是轉(zhuǎn)子空載整流電視 s和逆變器空載逆變電視之差， d0 U i U 輸出量是，它們之間的關(guān)系可以用直流回路的動(dòng)態(tài)電壓平衡方程式便是為 d I （忽略管壓降） S=+ （4-1） d0 U i U d t d d I L d R I 上式中，為逆變器輸出的空載電壓，=2.34;為轉(zhuǎn)子直流回路總 i U i U r cos T U L 電感，=L+2+2;為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)每相漏感；為折算到L 0D L T L 0D L T L 二次側(cè)的你變變壓器每相漏感；L 為平波電抗器電感；為轉(zhuǎn)差率為 s 時(shí)的轉(zhuǎn)R 子直流回路等效電阻， = （4-2）

39、R 33 s+ DB DBDK XX RRR 代入上式可得： （4-3） d d0d0id s dn =+ ndt I UUULR I 將上式兩邊同時(shí)去拉氏變換，可求得轉(zhuǎn)子直流回路的傳遞函數(shù)為： （4-4） dsn d0 n d0i s = s+1 nss n L L IK U T U （） （）U （） 轉(zhuǎn)子直流回路相應(yīng)的結(jié)構(gòu) nnn 1 =;= LLL L TKK RR 為轉(zhuǎn)子直流回路的放大倍數(shù)，。 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 18 - 圖如圖 4-1 所示。由于該環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)和放大倍數(shù)都是轉(zhuǎn)速 n 的函數(shù)， nL T nL K 所以它是非定常環(huán)節(jié) 4.1.2 異步電動(dòng)機(jī)的傳遞

40、函數(shù) 由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)一般運(yùn)行于第一工作區(qū)，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： （4-5） eirddd s 13 = DT TC I （2. 34EX I ）I 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為： （4-6） 2 ei dn 375 dt L GD TT 或 （4-7） 2 d dn () 375 dt TL GD CII 式中，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的等效負(fù)載電流。 L I L T 這樣就可以得到相應(yīng)的繞線式異步電機(jī)在串級(jí)調(diào)速中的傳遞函數(shù) （4-8） 2 d ns11 s = 1sss .s 375 D LD T W GDIT C （） （） （）I（） 在這個(gè)式子中，,由于系數(shù)是電流的函數(shù)，因此也是電流 2

41、1 . 375 D T GD T C T C d I D T 的函數(shù)，因此也是電流的函數(shù)，而不是常數(shù)。 d I D T d I 4.1.3 逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的輸入是觸發(fā)器的控制電壓，輸出是空載逆變電勢(shì)， k U i U 這是個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，由晶閘管電路知識(shí)可知，其傳遞函數(shù)為： 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 19 - （4-9） s s s s = s+1 K W T （） 式中，、分別為晶閘管逆變器的放大倍數(shù)和時(shí)間常數(shù)；是轉(zhuǎn)子整流電 s K s K s K 壓最大值和逆變器控制電壓最大值的比值；=0.0017s，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) i0 U maxK U s T 圖見(jiàn)圖 4-1。

42、 本次設(shè)計(jì)的水泵電機(jī)為 YR280S-4，該繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí) 1458rpm， 控制環(huán)節(jié)的電壓要求不大于 60V，因此選用的測(cè)速發(fā)電機(jī)為 ZCFY-12TH，其具 體參數(shù)見(jiàn)表 4-1。 表 4-1 測(cè)速發(fā)電機(jī) ZCFY-12TH 電壓（V）55V 轉(zhuǎn)速（r/min）1900 電流（A）0.08 由于繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子空載電壓為 349V，在控制電路中的電流過(guò)大會(huì) 對(duì)控制回路造成損壞，為了保護(hù)控制回路中的小整流環(huán)節(jié)的二極管免受損壞， 選用的電流互感器為 LMW-100/1。 本次設(shè)計(jì)所采用的穩(wěn)壓電源型號(hào)為 SCWY-30，其具體參數(shù)見(jiàn)表 4-2。 表 4-2 SCWY-30 穩(wěn)壓電源技術(shù)

43、參數(shù) 輸出電壓（V）030 輸出電流（A）05 頻率計(jì)測(cè)頻靈敏度小于 100mV 交流互感器不能與控制電路直接向連接，需要一個(gè)整流電路將交流變?yōu)橹?流，如圖 4-2 所示，所選擇的二極管的型號(hào)為 IN4007。 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 20 - - n+ dL I - - - + n U - + * n U i U n ns+1 L L K T d0 1 n U oi ons+1 K T it ois+1 K T 1 s D T on 1 s+1T ASR oi 1 s+1T ACR s ss+1 K T 圖 4-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)負(fù)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 第四章 串級(jí)調(diào)

44、速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 21 - 本次設(shè)計(jì)所采用的穩(wěn)壓電源型號(hào)為 SCWY-30，其具體參數(shù)見(jiàn)表 4-2。 表 4-2 SCWY-30 穩(wěn)壓電源技術(shù)參數(shù) 輸出電壓（V）0-30 輸出電流（A）0-5 頻率計(jì)測(cè)頻靈敏度小于 100mV 交流互感器不能與控制電路直接向連接，需要一個(gè)整流電路將交流變?yōu)橹?流，如圖 4-2 所示，所選擇的二極管型號(hào)為 IN4007。 電位器的選擇：為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線性度沒(méi) 有顯著影響，取測(cè)速發(fā)電機(jī)的最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的 20那么： e p d n0.042 1458 512 0.20.2 0.6 N N C R I 因此，選用 52

45、0 的滑動(dòng)電位器作為測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出環(huán)節(jié)。 觸發(fā)器選擇的型號(hào)為 KJ004，其具體參數(shù)為：正電壓源電壓=15V，負(fù)電壓 源電壓=15V，正電源電流=15mA，負(fù)電源電流=10mA，移相范圍為 170 度。 圖 4-2 整流電路 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 22 - 4.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì)及元器件選擇 忽略反電動(dòng)式的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4-3 由表 4-3 可得到整流裝置的之后時(shí)間常數(shù)：=1.67ms s T s T0.0017s 表 4-3 各種整流電路的失控時(shí)間 整流電路形式最大失控時(shí)間 smax/ms T平均失控時(shí)間 s/ms T 單相半波2010 單相橋式全波105 三相半波6.6

46、73.33 三相橋式、六相半波3.331.67 為三相橋式電路中每個(gè)波頭的時(shí)間，為了達(dá)到濾平波頭的目的，應(yīng)3.3ms 該有，故可取。計(jì)算電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)： oi 12=3.33ms（）T oi=2ms=0.002s T i T 由小時(shí)間常數(shù)近似處理可得：=0.0037s i T soi +TT 式中：為三相橋式電路的平均失控時(shí)間=； s T s T0.0017s 為電流濾波時(shí)間常數(shù)：=。 oi T oi T0.002s + ois+1 T l 1 s+1 R T s ss+1 K T ACR oi 1 s+1T * i sU（） - c sU（）d0 sU（） d sI（） 圖 4-3 電流環(huán)

47、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 23 - 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，電流環(huán)的超調(diào)量，故 i 5 可以按 I 型進(jìn)行設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性的，可以選用 型的電流調(diào)節(jié)器，根據(jù)上文敘述我們可以寫(xiě)出電流環(huán)的傳遞函數(shù)：PI i i i s+1 ( ) s ACR WSK 電流環(huán)的超調(diào)量由表 4-4 可得：=0.5 i 5 iI K T 整理上式可得： =135 i 0.50.5 = 0.0037 I K T 水泵電機(jī)型號(hào)為 YR280S-4 電機(jī)的電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)為，為了使 l=0.042s T 得調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消選擇。 il

48、 = =0.042sT 因此電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)是：=1.32 i i= I S K I R K K 可以取得運(yùn)算放大器的電阻：電流調(diào)節(jié)器見(jiàn)圖 4-4，則以下的電阻與 0=50 RK 電容值分別為：；=0.16。 ii0 =66RK RK i i i =0.6CF R oi oi 0 4 = T C R F 4.3 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)及元器件的選擇 類似于電流環(huán)中，我們可以對(duì)其結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行相應(yīng)的變換，可將轉(zhuǎn)速給定濾 波和反饋濾波移動(dòng)到環(huán)內(nèi)。如圖 4-5，近似形成一個(gè)時(shí)間常數(shù)，慣性環(huán)節(jié)可以 寫(xiě)成： non 1 = I TT K 確定時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，由表 4-2 可知：； i=0.5I K

49、T 則電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)； i 1 2=2 0.0037=0.0074s I T K 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 24 - 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)為 onon 1 =0.0174s I TT K 表 4-4 典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 參數(shù)關(guān)系 KT 0.250.390.500.691.0 阻尼比1.00.80.7070.60.5 超調(diào)量01.54.39.516.3 上升時(shí)間 r t6.6T4.7T3.3T2.4T 峰值時(shí)間 p t 8.3T6.2T4.7T3.6T 相角穩(wěn)定裕 度 76.369.965.559.251.8 截止頻率 c 0.243/T0.367

50、/T0.455/T0.596/T0.786/T 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇：如圖 4-6，由于速度環(huán)節(jié)要求跟隨性能較好，查表 4- 5 得取。h=5 i C i R d - I oi C 0 2 R 0 2 R oi C * i U 0 2 R 0 2 R 圖 4-4 電流調(diào)節(jié)器 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 25 - 表 4-5 典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo) h345678910 52.643.637.633.229.827.225.023.3 r t /T 2.402.562.853.03.13.23.33.35 s t /T 12.1511.659.5510.4511.3012.2513

51、.2514.20 k32211111 轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)的超前時(shí)間常數(shù)為： nn =h=0.087sT 轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)的比例系數(shù)為： em n n n+16 0.042 0.18 0.18 =13.4 2n2 5 0.007 0.5 0.0174 T K RT （）C 取放大器的電阻則： 0=50 RK d s L I（） ns（） - + d sI（） * i sU（） - + * n sU（） ons+ T ems R C T 1 1 s+1 I K ASR on 1 s+1T 圖 4-5 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 26 - ；。 nn0 =670RK RK n n 3

52、n 0.087 =0.148 585 10 CFF R on on 0 4 =0.8 T CF R 4.4 設(shè)計(jì)指標(biāo)校驗(yàn) 1、電流環(huán)的校驗(yàn)： 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件為： 滿足近似條件 -1-1 ci s 11 =196.1s=135.1s 33 0.0017 I K T 忽略反電動(dòng)式變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影像的條件為： 符合要求 ci ml 11 3=3=10.915 0.18 0.042T T 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為： 符合要求 ci soi 1111 =180.8 330.0017 0.002TT * n U n C n R bal R - n on C on C 0 2 R

53、0 2 R 0 2 R 0 2 R * n U 圖 4-6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 第四章 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì) - 27 - 由查表 4-2 可得：。因此，符合本次設(shè)計(jì) 0i0=0.42I K T1.54.35 要求指標(biāo)。 2、轉(zhuǎn)速環(huán)的校驗(yàn)： 作為轉(zhuǎn)速的超調(diào)量其中，其基準(zhǔn)值而應(yīng)該是查表 4-4 可得 n * n （4-10） maxbmax n * nn n =2()( -z) n N m T CCn CnCnT （） 通過(guò)以上計(jì)算以及查的電機(jī)手冊(cè)可得上式中的參數(shù)：?jiǎn)?dòng)電流倍數(shù)為，轉(zhuǎn)=3 子回路的電阻為，轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值為，繞0.5R d 240 N IA 線式異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為=1

54、458rpm，=0.132Vmin/r，上式計(jì)算得出nN e C ，當(dāng)由表 4-6 可得： m=0.18s T n=0.0174s Th=5 81.2 b max C C 代入式（4-10）可得： n 240.5 0.5 0.174 0.132 =2 81.21.5=0.0694 14580.18 由此可得，滿足本次設(shè)計(jì)的要求。 n=6.94 10 表 4-6 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗性指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 h345678910 max b C C 72.277.581.284.086.388.189.690.8 m t /T2.452.702.853.003.153.253.303.40 v t /T13.6

55、010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85 結(jié) 論 - 28 - 結(jié) 論 本文對(duì)水泵電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)做了細(xì)致的研究，在本次的設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì) 水廠的參觀調(diào)研，首先對(duì)供水的流程有了一個(gè)大致的了解，然后分析了主回路 和控制回路結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，參閱了大量資料并進(jìn)行了多方案的選擇比較， 交流電機(jī)調(diào)速分為串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速和變電壓調(diào)速。由于變電壓調(diào)速的調(diào)速 范圍很窄，因此不予選用，本文主要是對(duì)變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速做了比較，最終 確定選用的交流調(diào)速方式為串級(jí)調(diào)速。 在對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先對(duì)主回路的設(shè)計(jì)，其中為了系統(tǒng)的運(yùn) 行安全，本文增加了保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，主要包括電壓保

56、護(hù)和電流保護(hù)。其中電 壓保護(hù)包括壓敏電阻保護(hù)、阻容保護(hù)和關(guān)斷保護(hù)。在對(duì)控制回路設(shè)計(jì)時(shí)，首先 對(duì)各部分進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的建立，其次對(duì)電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最終對(duì)串 級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行校正。 參考文獻(xiàn) - 29 - 參考文獻(xiàn) 1 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 2 姜泓，趙洪.電力拖動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng).武漢：華中科技大學(xué)出版社，1996 3 張少軍，杜金城.交流調(diào)速原理及應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社，2003 4 楊振銘.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的諧波和抑制.電氣傳動(dòng)，1989 5 陳伯時(shí),陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng).北京:械工業(yè)出版社,2005 6 宋家成，張東亮，張春雷，段俊龍.交流調(diào)速系統(tǒng)

57、應(yīng)用與維修.中國(guó)電力出版社，2008 7 王君艷.交流調(diào)速.高等教育出版社，2003 8 白晶，李志民.交流調(diào)速控制系統(tǒng).電子工業(yè)出版社，2003 9 李華德.交流調(diào)速控制系統(tǒng).電子工業(yè)出版社，2003 10 A.Lavi and R.J.Polge. Induction motor speed control with static inverter in the rotor.IEEE Trans.on Power Apparatus and Systems,January 1966,Vol85:7684 11 E.Akpinar and P.Pillay.Modeling and perf

58、ormance of slip energy recovery induction motor drives using a linearization technique.IEEE Trans.On Energy Conversion,March 1993 致 謝 - 30 - 致 謝 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師：李素玲老師，李老師在 在畢業(yè)設(shè)計(jì)之初為我聯(lián)系了單位進(jìn)行參觀，使我對(duì)于自己所做的課題有個(gè)大體 的了解，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中李老師在百忙之中抽出時(shí)間為我們解答問(wèn)題。李老師 對(duì)我們嚴(yán)格要求使我們學(xué)到了許多新的知識(shí)，也使我們懂得怎么靈活的應(yīng)用我 們自己所學(xué)到的知識(shí)。其次也要感謝我

59、的同學(xué)，他們總是在我遇到困難時(shí)候?qū)?我提出幫助，為我解答疑惑，在老師和同學(xué)的幫助下我才能順利完成本次的畢 業(yè)設(shè)計(jì)。 附錄 - 31 - 附錄 水泵電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:5-Jun-2012 Sheet of File:D:件件ExamplesMyDesign5.ddbDrawn By: SL7-50 116 20A R0 x3 20 4.3uFx3 116 A 116 A KP300 x6 NGCT1x6 116 A 116 A 116 R6 x6A 116 A

60、 116 A 116 R6x6A 2 5uFx6 20mH 2CP3x6 RED-RW11-10 YR280S-4 A - + ZCFY-12TH Rp IN407x6 Coi 116 A 116 A 116 66kA 0.6uF 25Kx4 0.16uFx2 R7 Ui 25kx4 Con 67k 0.15uF 116 A 116 A 0.8uF 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 A 16 B 15 C 14 D 13 E 12 F 11 G 10 H 9 J? CONNECTOR EDGE44 CXW-380/40 VT1 2N1136 R1 4.7K VT2 2N1008 R3 220 VD2 3Z10 VD2 MZ82 R4 2K 10uF R2 1K R5 2.2 Rex6