晶闸管串级调速双闭环系统设计.doc

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1、摘要随着电力电子技术的发展，近代均采用在转子回路串联晶闸管功率变换器完成回馈任务，这样就构成了由绕线式异步电动机与晶闸管变流器共同组成的晶闸管串级调速系统。其中低同步的晶闸管串级调速系统，不仅具有良好的调速性能以及能把转差能量回馈电网，而且还结构简单，可靠性高，技术上已经成熟。性能更优越的超同步晶闸管串级调速也正在发展当中。晶闸管功率变换装置是交流电动机串级调速系统中的核心部分，它目前存在以下几个问题：装置结构较为复杂，设备初期投资较高，在一定程度上限制了交流调速的推广；存在谐波，对电网造成一定程度的污染；功率因数还不够高，特别是在低转速时功率因数

2、会更低。尽管如此，今年来串级调速技术在国外仍然突飞猛进的发展，大量新器件的出现和新技术的发展，使得串级调速性能指标大大提高，有些问题已得到根本的突破。不久的将来，串级调速装置定会进入生产个领域，发挥巨大的经济效益。此次设计主要容是让我们应用已掌握的知识，完成晶闸管串级调速系统的设计、参数定额计算、以及系统的建模与仿真，在此基础上，实现理论与实践的结合。这次设计，让我更深刻的理解串级调速的原理知识，而且还能锻炼个人动手能力和设计能力，加强本环节知识的掌握，对个人以后更好工作学习打下基础。预计设计能完成调速系统的设计以及各个环节参数的计算，在此基础上进

3、行建模仿真，得到比较理想的系统工作特性曲线。31目录第1章方案的选择与确定...............................................................................................3设计方案的确定与设计思路3第2章串级调速原理与主电路设计42.1串级调速原理:42.2晶闸管串级调速系统主电路设计62.3异步电动机串级调速系统的转子整流电路72.4异步电动机串级调速系统的逆变电路8第3章调速系统主电路的参数计算与器件选择103.1电动机基本参数和调速要求103.2逆变

4、变压器的选择133.3硅整流元件及晶闸管的选择133.4平波电抗器的选择143.5主电路保护143.5.1过电流保护143.5.2过电压保护15第4章控制电路设计与系统参数计算164.1控制电路组成164.2控制系统的参数计算推导174.2.1电流环的设计及其参数计算推导174.2.2速度环的设计及其参数计算推导184.2.3双闭环系统静态参数计算194.2.4双闭环系统动态参数计算20第5章串级调速系统的建模235.1串级调速系统的建模235.1.1直流电路传递函数235.1.2电动机的传递函数245.1.3电流环的设计及其传递函数255.1.4

5、速度环的设计及其传递函数265.1.5系统动态结构图285.2调速系统仿真28设计心得30参考文献3131第1章方案的选择与确定设计方案的确定与设计思路设计电路，根据不同的要求有不同的设计思路，根据我们现有的水平和设计能力，我们选择了比较简单的设计方案：绕线异步电动机在转子回路中串接一个与转子电动势同频率的附加电动通过改变值大小和相位可实现调速。这样，电动机在低速运行时，转子中的转差率只有小部分被转子绕组本身电阻所消耗，而其余大部分被附加电动势所吸收，利用产生E的装置可以把这部分转差功率回馈到电网，使电动机在低速运行时仍具有较高的效率。串级调速是通

6、过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。它属于变转差率来实现串级调速的。与转子串电阻的方式不同，串级调速能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬，它完全克服了转子串电阻调速的缺点，具有无级平滑调速、较硬的低速机械特性等优点，是一种经济、高效的调速方法。31第2章串级调速原理与主电路设计2.1串级调速原理:异步电动机运行时其转子相电动势为：（2-1）式中s-----异步电机的转差率；----绕线转子异步电机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相电压值。式（2-1）表明，绕线转子异步电机工作时，其转子电动势Er值与转差

7、率s成正比。此外，转子频率也与s成正比，。在转子短路情况下，转子相电流Ir的表达式为：（2-2）式中----转子绕组每相电阻；----s=1时的转子绕组每相漏抗。如在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势，此附加电动势与转子电动势有相同的频率，并与同相（或反相）串接，如图2-1所示。此时转子回路的相电流表达式为：（2-3）M～～～～Ir图2-131当电机处于电动状态时，其转子电流Ir与负载大小有直接关系。当电动机带有恒定负载转矩TL时，可近似地认为不论转速高低转子电流都不会变，这时，在不同s值下的式（2-2）和式（2-3）应相等。设在未串入附加

8、电动势前电动机原来在某一转差率S1下稳定运行。当引入同相的附加电动势后，电动机转子回路的合成电动势增大了，转子电流和电磁转