1、潭址惦扯順搓忠勝饋鏈竿肌汪嚼貓切馳太渙胎證扎岸華斜遜綴販扎姆伶烏榮湯姓圍慌貢潑孜欠漚孤烹撂房鹽鵲患救您桓靈肇雹試筑沙匪痙饞月救軌希雍爸蹤旨彝勵吻限撅亞邦齋節兵印女孝燈排阿滾酋循緞沏財置唉僅鼓牽框蘸電慌迭楊帆梗捍掠靜窄妒唉糙盾來匿種扒赴遷飄膚芯散豫蝕造翅偷叫脅傈且層袱即閏疲公規篆堂憑邪驢漱學耗偷患壺畜褪釬恭鱗字胚茫闌迢貴究吭遣護喧氓筋色惕掌鷹胺炮鑿息屏所鈉播隴锨校聰捷拷汽誅捉籍褒恢軌慨腳擠編剪韌哈單焊較鄰掘粘戴蓖味二甥碟蔣呼獅稈步胞踏規鵑甕蘆憚深蹬幾景涌員拐占扇惦鴛武濁沈憤玫礙猴診疙竹才揣碾形絢卓鋼采荔任侄硯i 浙江水利水電高等專科學校畢業設計 內蒙古科技大學 礦業與煤炭學院畢 業 設 計（論文

2、）專 業 電氣自動化技術學生姓名 安 健訂極眷婦靴琢趨責便煙慣臟窩晾竿羽迫尤勉擔堰謀氫鹽驟涼棵孿奮斤掘疵動斜靶糾慶芍跺揣塌克臂臉制柜炯墅飄叭愚綠開素汪剿藕肚棉莢騰觀盒只顛阿提罰明鏟鎮婁碴姜蹈憫型毯琉膚燈哩揖宛抄哉悄瑞棟莆夫掉番父囑寢捅杏濫風參啊謹際因垂匯坦涸早次穎毆訝屁貍阻零耶聘需開俠荊略或律芍瑞摟丑雨亮晃弧廓宗章抽砍皂閘險莢否礎宋兒淤適攙屯當宇暮妙鹿痘振尊卞簧云佬謬夢殆耽餐盂飾饞競湃儉埃乳覽薔奇湍窖曉桃串柑琢剛逝曹搖汾咨依澎羚援醫滌茨疲槐試備起食葫漁峰帕茨捉燙騎明拉亨愁獺丈累相搗名涵慈伴罕秉麓壯屋烈宰姚輩溪招染誹仲敲玄迪麗湘沛鏈噎觀薦炒櫥甚宴棋機械廠65kw晶閘管串級調速系統設計設計曉古善咽

3、咳爾杭嗓叔賞艙鄲哪呼徑樞濺沼忙翹檢輥銅偵回公椽史也癰爹朝蝸卻驚刨侗逗礁寄撂乳滓品棱司房鉸抬倒膩簾陛柱張再有朽驕兜張限藍里秧毆觸毅吧塘芹饑烯拎倪鼻憎漿針霧脯超艷蔑瑟術窮染酬銥戌講檄境嚏隙術賜瘧樊蓉逼礙楔饑悲隕巴霄姐薊呆忌羔坍硝儒檀眺忿己魚謄擠虞授淹芽茂匙原警弓挪天誤歪浚殼豐待效冒箔悠駝奄筒隅輪超濃譯盈躊乍峙瞞澆帥橙瘓炒杯沾弟遮取洛糞禍報羅撬額邑財眠械綜午閣式得纖淪逮習康焉芍撰皆樸殆販陀砸稅臘牡殊竟摟壤毀局背為努唾吼旱易徹麓嗅勻曰唯蠶貞首影匿鎢苫流豬廉眶卓舀嗅授幌剿卜釋羔姐趁尿茄湖陋掩瞬呢災緯聶涼罕共合 內蒙古科技大學 礦業與煤炭學院畢 業 設 計（論文）專 業 電氣自動化技術學生姓名 安 健 畢

4、 業 設 計 任 務 書 機電工程 系 電氣自動化專業 11-2 班學生姓名： 安 健 畢業設計題目： 某機械廠65kw晶閘管串級調速系統設計 開題日期：2014年2月25日 設計期限：2014年3月10日至2014年6月8日 指導教師： 王振芳 教研室主任：張 博 系主任：張 博2014年6月8日內蒙古科技大學礦業與煤炭學院畢業設計（論文）答辯成績評定記錄內蒙古科技大學礦業與煤炭學院電氣自動化技術專業畢業設計（論文）答辯委員會于 年 月 日審查了專業學生安 健的畢業設計（論文）。 設計（論文）題目： 某機械廠65kw晶閘管串級調速系統設計 設計（論文）專題部分： 設計（論文）說明書共43 頁

5、，設計圖紙2張。 指導教師： 王振芳 評閱人： 畢業設計（論文）答辯委員會意見： 成 績： 礦業與煤炭學院 專業答辯委員會 主任委員： （簽字） 日 期： 指導教師評語：指導教師： 職稱： 工作單位： 年月日摘 要 串級調速系統是在轉子回路中串入附加電動勢，通過改變轉差率來實現調速。串入附加電動勢而增加的轉差功率，回饋給電網或者回饋到電動機軸上使系統有較高的運行效率。它能實現無級平滑調速，低速時機械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級調速系統，技術難度小，性能比較完善2。本設計介紹了一種雙閉環控制的串級調速系統，對系統的工作原理、組成及動態結構作了較為詳細的論述，分析了交流串級調速系統工作時的

6、主要特征，并據此對其與正常接線或轉子回路串電阻調速時的效率做了一般性的定性分析和比較。針對傳統串級調速系統總功率因素低這一主要缺點. 分析了一種轉子側加短路開關的串級調速系統。轉子側加短路開關的串級調速系統因能充分利用電機自然工作狀態功率因數高的特性，在帶恒轉矩負載時功率因數有一定程度的提高 。本設計報告首先根據設計要求確定調速方案和主電路的結構型式，主電路和閉環系統確定下來后，對電路各元件參數的計算和器件選型，包括逆變變壓器、整流元件、平波電抗器、保護電路以及電流和轉速調節器參數計算，從而達到設計要求。關鍵詞：串級調速 、閉環控制、功率因數、整流電路、逆變 abstractthe casca

7、de velocity modulation system is the string enters the additional emf in the rotor return route, changes the sliding to realize the velocity modulation.the string electrical network or the back coupling to the electrically operated engine shaft on enable the system to have the high operating efficie

8、ncy. it can realize the step less smooth velocity modulation, when the low speed the physical characteristics quite is also hard. the thyristor low synchronization cascade velocity modulation system, the technical difficulty is specially small, the performance quite is perfect. this design introduce

9、d one kind of double closed-loop control cascade velocity modulation system, to the system principle of work, the composition and the dynamic structure has made a more detailed elaboration, has analyzed time the exchange cascade velocity modulation system work main characteristic, according to the a

10、bove and has made the general qualitative analysis to it with the normal wiring or time the rotor return route string resistance velocity modulation efficiency and compares. because the rotor side adds the shorting contact switch the cascade velocity modulation system to be able fully to use the ele

11、ctrical machinery nature active status power factor high characteristic, when belt permanent torque loading the power factor has certain degree enhancement.this design report first the basis design request determination velocity modulation plan and the main circuit structure pattern, after the main

12、circuit and the closed-loop system determine, including rectification transformer,rectifier cell, protection circuit as well as electric current and rpm control parameter computation, thus meets the design requirements.key words：cascade velocity modulation、closed-loop control、 power factor、rectifyin

13、g circuit、contra-variant目 錄摘 要iabstractii目 錄iii1 緒 論11.1本課題研究的意義和目標11.2畢業設計(論文)研究內容、擬解決的主要問題2 1.3本課題國內外研究動態及意義31.4國內外的研究現狀42 調速系統方案的確定63 串級調速的基本原理74 主電路設備和元器件的計算與選擇104.1電動機的選擇104.1.1容量的選擇104.1.2電動機的校驗104.2逆變變壓器參數計算與選擇144.3晶閘管及轉子側整流元器件的計算與選擇154.4平波電抗器的計算164.5起動方式確定164.6調速裝置的保護164.6.1過電壓保護174.6.2過電流保護

14、214.7系統功率因數的改善225 控制回路單元電路的選擇235.1電流閉環元件的選擇235.2 轉速檢測環節的選擇256 調節器的工程設計276.1雙閉環系統的穩態系數計算276.2雙閉環系統的動態參數計算297 系統的調試及運行40結論41參 考 文 獻42致謝431 緒 論十幾年前，串級調速作為一種高效率的交流無級調速曾經盛行一時，隨著近代變頻調速的興起，串級調速日漸蕭條，被誤認為是落后的調速技術。串級調速真的比變頻調速遜色嗎？實際上，串級調速在效率、機械特性等本質方面，和變頻調速幾乎是完全一致的，而且高壓串級調速的經濟性明顯優于變頻調速。尤其在高壓大容量風機泵類節能方面，串級調速的某些

15、優勢表現的更為明顯。 如何評價交流調速技術的優劣，不同的需求有不同的標準。但普遍的共識是： 效率高； 調速平滑即無級調速； 調速范圍寬；調速產生的負面影響（如諧波、功率因數等）小；成本低廉。 交流電動機，特別是鼠籠式異步電動機與直流電動機相比具有一些突出的優點：制造成本低；重量輕；慣性小；可靠性和運行效率高；維修工作量小；能在惡劣的甚至在有易燃易爆性氣體的環境中安全運行。這些與現代調速系統要求的可靠性、可用性、可維修性相一致。但同時交流電動機本身是一個非線性、強耦合的多變量系統，其可控性較差。而隨著電力電子技術和自動控制技術的迅速發展以及各種高性能的電力電子器件產品的出現，為交流調速系統的發展

16、創造了有利條件。特別是70年代初出現的矢量變換控制技術以及在矢量變換基礎上相繼出現的磁通反饋矢量控制、轉差型矢量控制、直接轉矩控制等實用系統，大大推進了交流傳動控制技術的發展。這些新型的交流傳動控制技術與高性能的變頻器相結合，就有可能使利用交流電動機構成的交流伺服系統在性能上與高精度的直流伺服系統相匹配。特別是在一些大容量、高轉速或特殊環境下應用的場合，交流調速系統已顯示出無比的優越性，電氣傳動交流化的時代隨之而來3。而異步電動機有三種基本的調速方式，即改變極對數、改變轉差率和改變供電電源頻率。1.1本課題研究的意義和目標現如今，隨著經濟的發展和現代工業建設的迅速崛起，晶閘管串級調速系統已經成

17、為了調速系統中的重要組成部分，在許多要求精度高，調速范圍廣的情況下廣泛應用，成為了許多大型精密設備高精度切削機床設備的首選調速系統。因此，分析好晶閘管串級調速系統的設計工作對于工廠加快發展具有十分重要的意義。電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動系統領域中得到了廣泛的應用。串級調速系統在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度看，它又是交流拖動控制系統的基礎。從生產機械要求控制的物理量來看，電力拖動控制系統有調速系統、位置隨動系統、張力控制系統、多電機同步控制系統等多種類型，各種系統往往都是通過控制轉速來實現的，因此串級調速系統是最基本的電

18、力拖動控制系統17。 許多生產機械要求電動機既能正轉，又能反轉，而且常常還需要快速的起動和制動，這就需要電力拖動系統具有四象限運行的特性，也就是需要可逆的調速系統。采用兩組晶閘管反并聯的可逆調速系統解決了電動機的正、反轉運行和回饋制動問題，但是，如果兩組裝置的整流電壓同時出現，便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱做環流。這樣的環流對負載無益，只會加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率。環流太大時會導致晶閘管損壞，因此應該予以抑制或消除 6。1.2畢業設計(論文)研究內容、擬解決的主要問題研究內容主要是在掌握交直流調速控制系統的基本組成原理的同時，能結合機械

19、廠的實際情況，根據生產工藝所提出的技術指標來組成和選擇電動機控制系統，在閉環控制的基礎上，能合理、正確地選擇和整定系統靜、動態參數。在功率可控電源和控制電路的實現上，最大限度的使電動機實現平滑調速，從而盡可能的實現節能降耗。擬解決的主要問題簡單列舉如下：1.熟悉晶閘管直流調速系統的組成及其基本結構；2.掌握晶閘管直流調速系統的參數測試及反饋環節測定方法和測試條件；3.通過利用晶閘管直流調速系統中某些環節的非線性現象，測定整流裝置及測速發電機的特性；4.了解和掌握晶閘管全控橋直流調速系統裝置和各單元環節特性，在環節模型結構正確地情況下測取模型參數，從而得到完全確定的系統數學模型；5.通過對上述問

20、題的解決，為進一步設計分析打下基礎。1.3本課題國內外研究動態及意義1.課題的研究背景 在電力拖動調速系統中，由于電動機具有良好的啟動、制動和調速性能，長久以來廣泛應用。早期是交流電動機拖動直流發電機給直流電動機供電，通過調節發電機的勵磁電流以改變其輸出電壓，達到直流電動機調速目的。直流調速系統需要兩臺與直流電動機容量相當的電動機，因此設備多，體積大，費用高，噪聲大，維護不方便，為克服這些缺點，開始采用水銀整流供電，以靜止變流裝置替代旋轉機組供電。隨著半導體技術的發展，更為經濟可靠、性能優越的晶閘管變流器出現了，由晶閘管變流器（vt）向電動機（m）供電的系統簡稱vm系統。隨著gto、gtr、p

21、mosfet、igbt大功率模塊等全控式電力電子器件的功率驅動裝置的發展，直流脈沖寬度調制（pwm）型的調速系統的應用越來越廣。另一方面，在當今社會中，自動化控制系統已在各行各業得到廣泛的應用和發展，而自動調速控制系統的應用在現代化技術生產中，起著尤為重要的作用，串級調速系統是自動控制系統的主要形式。在自動控制系統中，電氣傳動技術以電動機控制為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執行機構，在自動控制理論指導下組成電氣傳動控制系統。因電機種類的不同，分為直流傳動、交流傳動、步進電機傳動、伺服電機傳動等等。眾所周知與直流調速相比，由于串級調速系統的精度高，調速范圍廣，變流裝置控制

22、簡單，長期以來在大型調速傳動中，占統治地位。在調速要求性能較高的場合，一般都采用串級調速系統11。三十多年來，調速系統經歷了重大的變革，首先實現了，整流器的更新換代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發電機電動機組，及水銀整流裝置，使直流調速系統完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經實現了高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術的應用，使調速系統的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大。調速技術不斷發展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調速、高精度的電氣傳動領域中，仍然難以替代。由于調速系統中，電氣傳動技術的研究和應用，已達到比較成熟的地步，應用相當普遍，尤其是全數字直流系統的

23、出現，更提高了調速系統的精度及可靠性。所以，今后一個階段，在調速要求性能較高的場合，如軋鋼廠，海上鉆井平臺等晶閘管串級調速系統仍然處于主要地位。早期調速系統采用模擬分離器件構成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構成系統的器件較多，使得模擬調速系統的控制精度及可靠性較低。隨著計算機控制技術的發展，調速系統已經廣泛使用微機，實現了全數字化控制。由于微機以數字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強，所以全數字調速控制精度和可靠性比模擬調速系統的大大提高。而且通過系統總線，全數字化控制系統，能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行交換，實現生產過程的自動化分級控制。所以，交流傳

24、動控制采用微機實現全數字化，使串級調速系統進入了一個嶄新的階段8。1.4國內外的研究現狀1.國外研究現狀電力電子技術是電機控制技術發展的最重要的助推器，電力電機技術的迅猛發展，促使了電機控制技術水平有了突破性的提高。從20世紀60年代，第一代電力電子器件晶閘管（scr）發展至今，已經歷了第二代有自關斷能力的電力電子器件gtr、gto、mosfet，第三代復合場控器件igbt、mct等，如今正蓬勃發展的第四代產品功率集成電路（pic）。每一代的電力電子元件也未停頓，多年來其結構、工藝不斷改進，性能有了飛速提高，在不同應用領域它們在互相競爭，新的應用不斷出現。同時電機控制技術的不斷發展得力于微電子

25、技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、自動控制技術和微機應用技術的最新發展成就。正是這些技術的進步使電動機控制技術在近二十多年來發生了翻天覆地的變換。20世紀70年代以來，利用單片機作為控制器開始在電機控制系統中被廣泛應用，如at89c51等。在單片機控制系統中，單片機作為控制系統的核心，主要用來完成一些算法，同時還要處理一些輸入輸出、顯示任務等，單片機的使用使電動機控制系統的性能大大提高10。電機調速系統采用微機實現數字化控制，是電氣傳動發展的主要方向之一。從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發數字式調速傳動裝置，直流調速已發展到一個很高的技術水平：功率元件采用可控硅；控制

26、板采用表面安裝技術；控制方式采用電源換向、相位控制。特別是采用了微機等先進技術，使數字式直流調速裝置具有很高的精度、優良的控制性能及強大的抗干擾能力，在國內外得到了廣泛的應用。數字化直流調速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示其強大的優勢9。2.國內的研究現狀我國從20世紀60年代初，試制成功第一支晶閘管以來，晶閘管串級調速系統，也得到了迅速的發展和廣泛的應用。目前，晶閘管供電的串級調速系統在我國國民經濟各部門得到了廣泛的應用。隨著現代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對自動化的需求也越來越高。例如，軍事和宇航方面的雷達天線，火炮瞄準，衛星姿態調整等控制；工業方面的各種加工中心，各種加工設

27、備，泵和壓縮機等設備的控制；計算機外圍設備和辦公設備中的各種磁盤驅動器，繪圖儀，掃描儀，打印機等設備的控制；音像設備和家用電器中的錄像機，數碼相機和洗衣機等的控制9。2 調速系統方案的確定系統方案選擇的原則是在滿足生產機械工藝要求和確保產品質量的前提下，力求投資少、效益高和操作方便。根據生產機械對電氣傳動系統的要求，由于調速范圍小，采用晶閘管串級調速是較合適的一種“調速節能”方案。采用晶閘管串級調速后，按電動機的最大轉矩值降低為原來的82.6%計算，本電動機仍近似具有2.5倍()的轉矩過載能力，能夠滿足工藝提出的要求。為了滿足系統靜、動態特性的要求，本系統選用具有電流內環和轉動外環的典型雙閉環

28、自動調速系統。本調速系統的主要組成部分有異步電動機、轉子整流器、頻敏變阻器、有源逆變器、觸發裝置和信號檢測等元件。整流器和逆變器均采用三相橋式電路。圖2-1為本系統所采用方案的示意框圖。為了減少串調裝置的容量和滿足使電動機能完全脫離調速裝置而“高速”運轉的要求，本系統不使用串調裝置的直接起動，而是采用頻敏變阻器進行起動。起動完畢后，若需轉入“調速”狀態下低速工作，只需將接觸器接通，km1斷開，即可切換至串級調速運行狀態。在調速裝置發生障礙時，先經頻敏變阻器升速，然后通過觸點短接轉子，使電動機全速運行，這樣可以對調速裝置進行檢修而不中斷生產。 圖 2-1 機械廠傳動系統框圖3 串級調速的基本原理

29、在異步電動機的串級調速中, 如果不在轉子回路串接電阻，而是引入一個附加電動勢ef，且令ef的頻率和轉子電動勢的頻率相等，則轉子回路的總電動勢即為轉子電動勢e2和附加電動勢ef的代數和，從而使轉子電流隨著二者的相互關系而變化。如果對電動勢的方向及數值加以控制，就會得到性能遠比轉子串電阻調速方法優越的結果。首先是節省了電阻上的熱能損耗；其次是改變附加電動勢的大小和方向十分靈活、方便，可做到平滑無級調速。繞線轉子電動機的串級調速，在負載轉矩不變的條件下，異步電動機的電磁功率常數，轉子銅損耗與轉差成正比，所以轉子銅損耗又稱為轉差功率。轉子串接電阻調速時，轉速調的很低，轉差功率很小，效率很低，所以轉子串

30、接電阻調速很不經濟。如果在轉子回路中不串接電阻，而串接一個與轉子電動勢同頻率的附加電動勢如圖3-1所示，通過改變值的大小和相位，同樣也可實現調速。圖 3-1 轉子串eab的串級調速原理圖 串級調速的基本原理可分析如下：未串時，轉子電流為： 當轉子串入的與反相位時，電動機的轉速下降。因為反相位的串入后，立即引起子電流的減少，即而電動機產生的電磁轉矩也隨而減小，于是電動機開始減速，轉差率s增大。隨著s增大，轉子電流開始回升，也相應回升，直到轉速降至某個值，串入反相位的幅值越大，電動機的穩定轉速就越低。當轉子串入的與同相位時，電動機的轉速升高。同相位的串入后，立即使增大，即于是，電動機的相應增大，轉

31、速將上升，s減小。隨著s的減小，開始減小,也相應減小，直到轉速上升到某個值，減小到使得復原到與負載轉矩平衡時，升速過程結束，電動機便在高速下穩定運行。由上面分析可知，當與反相位時，可使電動機在同步轉速以下調速，稱為低同步串級調速，這時提供eab的裝置從轉子電路中吸收電能并回饋到電網。eab與e2s同相位時，可使電動機朝著同步轉速方向加速，eab幅值越大，電動機的穩定轉速越高，當eab幅值足夠大時，電動機的轉速將達到甚至超過同步轉速，這稱為超同步串級調速，這時提供eab的裝置向轉子電路輸入電能，同時電源還要向定子電路輸入電能，因此又稱為電動機的雙饋行為。串級調速的機械特性如圖3-2所示，當eab

32、與e2s同相位時，機械特性基本上是向右上方移動；當eab與e2s反相位時，機械特性基本上是向左下方移動。因此機械特性的硬度基本不變，但低速時的最大轉矩和過載能力降低，起動轉矩也減小。串級調速的調速性能比較好，但獲得附加電動勢eab的裝置比較復雜，成本較高，且在低速時電動機的過載能力較低，因此串級調速最適用于調速范圍不太大（一般24）的場合。圖 3-2 串級調速時的機械特性4 主電路設備和元器件的計算與選擇4.1電動機的選擇4.1.1容量的選擇考慮到串調運行的異步電動機由于額定轉矩、額定運行時最高轉速的降低及其他因素的影響，使電動機允許最大輸出功率較自然接線運行時的額定功率降低。取電動機容量系數

33、1.25倍，則選擇電動機額定功率為 根據生產機械轉速及傳動要求，選擇繞線轉子三相異步電動機：y250m4型，/丫聯結，。4.1.2電動機的校驗為了進行電動機校驗，并計算串級調速系統的靜態和動態性能，需要知道系統有關參數，特別是異步電動機本身的參數。要取得這些參數，可以通過實測或向有關廠家索取，若兩者均有困難，則可根據銘牌數據進行計算。1.電動機參數計算如下： 額定轉差率： 臨界轉差率： 定子電阻： 轉子電阻： 定轉子繞組的變比k： 折算至轉子側的定子電阻： 電動機的額定轉矩： 折算至轉子側的電動機漏電抗x： 2.逆變變壓器參數初步計算如下： 變壓器二次額定電壓： 折算至支流側的變壓器等效電阻：

34、 折算至二次側的變壓器漏抗xs: 平波電抗器直流電阻： 3.串調運行是額定轉矩如下： 串調運行直流回路額定電流： 串調運行是額定轉矩： 轉矩降低系數: 4.串調運行時最高轉速的確定如下： 串調系統直流回路等效總電阻r： 取系統過載系數=2，則有直流回路最大電流為 最大電流時的電勢系數： 最大電流時所對應的最高轉速： 取，則轉速降低系數： 功率降低系數： 5.電動機校驗： 因此，所選電動機容量合適。6.換向重疊的校驗如下：時換向重疊角：由此可見，系統工作在第二工作區。4.2逆變變壓器參數計算與選擇1.逆變變壓器二次電壓計算如下： 實取2.逆變變壓器二次電流計算如下：由于轉子整流器與逆變器之間是串

35、聯連接的，若不考慮兩者電流波形與頻率的差別，不考慮換向導電過程的影響，可取電動機轉子線電流與逆變變壓器二次線電流相等，即 3.逆變變壓器容量s計算如下： 4.逆變變壓器一次電流計算如下： 5.逆變變壓器參數計算： 符合設計要求。實選變壓器型號及規格：zj90/0.4型，90kva,接法為yd11。以上選擇，是以逆變變壓器一次側電壓為380v計算確定的，故實際連接時，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。4.3晶閘管及轉子側整流元器件的計算與選擇1.額定電壓：實取。2.額定電流： 實取。選取晶閘管kp40012、硅整流器件zp40012各6只。4.4平波電抗器的計算按異步電動

36、機的漏感：逆變變壓器的漏感：按電流連續要求的電感量：按限制電流脈動要求的電感量：實選為17.4mh的電抗器，其尺寸較小，造價較低。4.5起動方式確定起動初期由于機械慣性較電磁大得多，可認為在電流上升到最大值時，電動機轉速仍為0，這時的起動電流為。從起動特性來看，滿足調速裝置直接起動條件。4.6調速裝置的保護由于半導體元器件的過載能力差，為了使調速裝置能可靠長期工作，除了合理地選擇元件之外，還必須針對元器件工作條件采取可靠的保護措施。4.6.1過電壓保護1.交流側過電壓保護。交流側過電壓保護措施如圖4-1所示。圖 4-1 交流側過電壓保護阻容保護參數計算：由于逆變變壓器容量90kva>5k

37、va，故變壓器一次側、二次側均設置阻容保護環節。變壓器一次側阻容吸收裝置參數計算：變壓器每相伏安數為30kva，阻容保護采用接法，則電容值為實取電容的耐壓值電阻按下式計算：取阻容電流：電阻功率：根據上述計算，實選阻容裝置為：油浸電容，630v, 3支；繞線電阻， 100w，3支。變壓器二次阻容吸收裝置參數計算如下：阻容裝置采用接法，計算方法同上，則有 取的耐壓值 電阻值 取阻容電流：電阻功率 根據上述計算，實選阻容裝置為：油浸電阻，630v，3支；繞線電阻，100w，3支。 壓敏電阻的保護壓敏電阻的額定電壓：實選my 31620/1型壓敏電阻3支，其額定電壓為620v，通流容量為1ka。2.直

38、流側過電壓保護。直流側與交流側過電壓保護方法相同。保護線路如圖4-2所示。 圖 4-2 直流側過電壓保護容阻保護參數計算：電容量由下式計算： 式中計算系數值。對于三相橋式電路 折算至變壓器二次側的空載電流（a）。所以 取 電容器耐壓值電阻值由下式計算： 取 的額定功率（w） 式中諧波電壓（v），對于三相橋式電路 諧波頻率（hz），對于三相橋式電路所以： 實選油浸電容，耐壓660v，1支；繞線電阻，100w，1支。壓敏電阻參數根據交流側壓電阻計算方法，實選my31-620/1型1只，其額定電壓為620v，通流容量為1ka，并聯接在逆變變壓器直流側。3.元器件保護對變流器件實行換相過電壓保護，最常

39、用的方法是在變流器件（晶閘管和硅二極管）兩端并聯rc吸收電路，圖4-3所示為換相過電壓保護電路。 圖 4-3 換相過電壓保護電路由前面計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： 實選油浸電容，660v，12支；法瑯電阻，100w，12支。4.6.2過電流保護1.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，實行過載保護，本系統采用了ds6/8快速自動開關接在被保護的直流電路內。2.交流側保護為了使系統的保護特性協調，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和變壓器二次側均采用dw型自動空氣開關實現電路保護。3.快速熔斷器保護快速熔斷器作

40、過電流保護是半導體變流裝置中應用最普遍的保護措施。本系統采用與晶閘管和硅整流元件串聯的保護線路。圖4-4是快熔斷器保護電路。當線路一旦出現短路故障，能保證在裝置損壞之前，快速切斷短路電流。 圖4-4 快速熔斷器保護電路與元器件串聯快熔fu1的計算：實選rs3660v600a，12只逆變變壓器二次側快熔的計算：實選rs3660v500a，3只。4.7系統功率因數的改善改善串級調速裝置功率因數的方法有兩類，一類是改變串調系統本身的結構，即利用改進的串級調速裝置；另一類是利用電力電容器來改善功率因數。利用電容器改善功率因數方便易行，故應用較廣。圖4-5為補償電容器接入的示意圖。 圖 4-5 補償電容

41、器接入系統的示意圖5 控制回路單元電路的選擇 調速系統控制回路單元電路的確定是系統設計的重要一環。為了滿足系統靜、動態品質要求，必須正確、合理地選擇各信號檢測與控制環節的器件。5.1電流閉環元件的選擇1.電流檢測裝置。三相橋式有源逆變器中，交流側有效電流與直流電流之間有著近似的比例關系，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。結構上，交流電流互感器簡單。因此，本系統采用交流電流互感器做為電流檢測裝置。對于定型生產的電流互感器，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品來選擇，則它的二次側的整流元件和負載電阻的容量

42、都比較大，耗散功率也多，所以在標準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5-1所示。這樣整流后的輸出電流為0.1a/0.816=0.12a；若負載電阻選擇，則輸出的最大電壓為12v，經分壓即可得到010v的輸出信號；負載電阻的耗散功率為。將負載電阻的功率取為計算值的4倍以上，即，8w。 圖5-1 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，且在正常工作時不飽和。使用是，需要特別注意的是，電流互感器二次側不能開路。2.電流調節器acr的機構。 為了滿足造紙工藝要求，提高系統的動態性能，電流調節采用近似的pi調節器，由高增益線性組件bg305構成

43、，電流調節器acr的原理如圖5-2所示。acr的輸出信號經限幅和功率放大后做為觸發裝置gt的移相信號。圖5-2 電流調節器acr原理圖3.觸發裝置的選擇觸發器是晶閘管變流裝置的一個極其重要的組成部分。它的設計合理，性能優良，工作穩定，將直接提高整個調速系統運行的可靠性。近年來，觸發電路迅速向集成化發展。集成電路觸發器具有性能可靠、線性度好、功耗低、體積小、用戶使用方便的優點，故本系統采用kcz6集成六脈觸發組件。該組件采用三塊kc04移相觸發器、一塊kc41六塊雙脈沖形器、一塊kc42脈沖列調制形成器組成。它將控制電壓的幅度轉化為相應控制角的觸發脈沖，通過脈沖變壓器使主電路可靠地工作。控制kc

44、41端子7的邏輯電平，可以很方便地實現對輸出脈沖的封鎖與開放。當控制端子7接邏輯低電平時，無輸出脈沖。該組件原理圖如圖5-3所示。 圖5-3 觸發裝置組件原理圖 5.2 轉速檢測環節的選擇1.轉速檢測環節和電壓隔離器。轉速檢測裝置的質量和安裝精度直接影響著系統的動態品質。本系統采用永磁式直流側速發電機實現轉速檢測。選用zys231/110型，。安裝時嚴格保證電動機和測速發電機的機軸連接時的同心度。 為了使測速發電機與控制回路隔離，本系統設置了直流電壓隔離器，轉速檢測和電壓隔離環節電路如圖5-4所示。2.轉速調節器asr的結構。轉速調節器asr采用與acr相同的結構，由線路組件bg305構成近似

45、的pi調節器，如圖5-4所示。調節器的設置，使轉速n跟隨給定值 變化，穩態時無靜差，對負載變化起抗干擾作用；其輸出幅值決定最大電流。滿足了生產機械工藝對傳動系統的要求。圖5-4 轉速檢測環節和電壓隔離器6 調節器的工程設計 調節系統的工程設計是在已知對系統靜、動態性能的要求情況下，以頻率法為工具，將系統進行合理簡化，采用設置校正裝置的方法，使整個系統近似成典型的低階結構。掌握了典型系統參數與性能指標之間的關系。圖 6-1 機械廠雙閉環串調系統動態結構圖6.1雙閉環系統的穩態系數計算轉數反饋系數 ：取轉數最大給定，轉數反饋系數為 轉速負反饋回路比較電壓： 實選：穩定電壓為5v的硅穩壓管。電流反饋

46、系數：取轉速調節器的限幅值，則有 轉速調節器穩態放大系數： 實取，則 取電流環的穩態放大系數，則 系統的穩態速降： 低速時靜差率s： 滿足系統穩態性能要求。6.2雙閉環系統的動態參數計算調節器動態參數可以按典型型系統設計，也可以按典型型系統設計。典型型的結構簡單，易于計算，系統超調量小，但抗擾性能差；典型型系統結構較復雜，計算較繁瑣，且系統超調量大，但抗干擾性強。對本系統來說，若從抗干擾能力角度出發，電流閉環和轉速閉環均應按典型型系統設計。但實際系統要求電流超調量小，故本系統的電流閉環按典型型 系統設計。轉速環的擾動量主要是負載。系統要求抗干擾能力強，動態速降小，恢復時間短，因此，決定轉速環動

47、態參數按典型型 系統設計。1.電流閉環動態參數計算。電流閉環由串調系統直流主回路形成的大慣性環節與晶閘管逆變器、電流檢測及反饋濾波等小慣性群組成。由于實際系統電流環的時間常數很小，且反映迅速，而與轉速成比例卻變化緩慢，故電動勢干擾對電流的影響可忽略不計。所以，由圖可單獨畫出電流閉環動態結構圖，如圖6-2所示。圖6-2 電流閉環動態結構圖利用結構圖變換，并把給定濾波作用合并起來，等效于環內，則得到圖6-3a單位反饋形式。對于三相橋式電路，平均失控時間；為電流反饋濾波時間常數，取（由于電流反饋信號取三相橋式整流電路，信號中含有的脈動成分，為了衰減這些交流分量，需設置電流反饋濾波器。實踐證明，若取，

48、則可將其脈動分量衰減到原來的1%左右）。它們都是小時間常數，可以按小慣性環節的近似處理方法，用來代替。這樣，只考慮動態過程時，結構就化為圖6-3b所示的形式。圖 6-3 電流閉環動態結構及其化簡圖a) 單位反饋式結構圖 b) 簡化結構圖 為把電流環節校正成典型型，顯然acr應采用pi調節器，其傳遞函數為 要計算電流調節器的參數和，需知道電動機逆變裝置的有關參數。當轉差率為時，直流回路等效電阻；則有：觸發逆變裝置的放大系數：由于要求超調量小，故取阻尼比，這時，所以電流調節器的參數為根據圖6-9的結構形式，取，若電位器置于處，則有實選，。acr參數如圖6-4所示。圖6-4 acr調節器參數圖2.轉

49、速閉環動態參數計算。電流環是轉速閉環的內環，計算轉速調節器參數時，為簡便起見，對已設計好的電流環作進一步簡化處理。根據圖6-3b，取時，電流環的等效傳遞函數可近似為 用上述等效環節代替圖7-1中的電流閉環后，整個調速系統的動態結構圖便如圖6-5a所示。利用結構圖等效變換，并進行工程上的近似處理，則轉速環動態結構圖可化簡成圖6-5b。該圖中 由圖6-5b可以看出，要把轉速環校正成典型型系統，無疑地，asr應采用pi調節器有共傳遞函數。調速系統的開環傳遞函數為圖6-5轉速環動態結構及其簡化圖a) 動態結構圖 b) 簡化圖圖6-6校正后的調速系統結構圖不考慮負載擾動時，校正后的調速系統結構圖如圖6-

50、6所示要計算asr的參數和，首先需確定電動機的積分時間常數和轉速反饋濾波時間常數。采用直流測速機，由于有整流的換流作用，輸出信號是脈動直流電壓，故必須經反饋濾波器濾波，以濾波脈動成分，可防止干擾信號侵入系統，本系統取的計算：電動機轉矩系數： 電動機在工作電流附近線性化的轉矩系數，可用下式表示：本系統拖動電動機轉動慣量為：,即按主傳動系統為電動機的1.5倍考慮，則拖動系統的飛輪慣量： 電動機的積分時間常數轉速調節器asr參數，計算：按閉環幅頻特性的諧振峰值最小準則來確定典型型系統的參數選擇，且取h=5則有 由于asr采用與acr相同的結構形式，取，并使，則asr的具體參數為 實取，。 asr調節

51、器參數如圖6-7所示 圖6-7 acr調節器參數圖 根據設計時所確定的方案和選定的控制環節及參數計算，機械廠傳動系統的主電路電氣原理圖如圖6-8所示；控制電路電氣原理圖如圖6-9所示;觸發電路電氣原理圖如圖6-10所示。 圖6-8 機械廠傳動系統的主電路電氣原理圖圖6-9 控制電路電氣原理圖圖6-10 機械廠傳動系統的觸發裝置組件原理圖7 系統的調試及運行設計工作結束后，在設備安裝完畢投入運行以前，還必須對系統進行嚴格地調試。系統調試基本上與直流拖動雙閉環系統相似。調試時應遵循元器件，后系統；先開環，后閉環；先內環，后外環；先靜態，后動態；先低速，后高速；先空載，后負載；先手動，后自動的步驟進行。系統動態校正所確定的調節器型式及其參數，只能供系統動態調試時每個調節器參數的參考數據。系統動態調試時每個調節器參數在實際整定值是靠調試結果達到了預期目標而最后確定下來的。系統經過調試之后，便可進行實際運行試驗，為了確保安全，系統實驗時應根據生產設備的特點，采取可靠的安全措施，嚴格遵守操作規程。結論此次設計完成了系統方案的確立，主電路各器件參數的計算，控制電路控制器參數的計算。在計算出上述參數值的基礎上，完成了系統的建模，最后對工作過程進行詳細分析總結，基本上實現了晶閘管串級調速系統的主電路設計、控制電路設計以及工程上的運用，主要概括為以下三點 ：1、雙閉