电气传动课程设计

1、一 直流电动机调速系统的设计1 引 言在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许

2、多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控

3、制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。 342 系统方案选择和总体结构设计2.1调速方案的选择本次设计选用的电动机型号Z2-51型，其具体参数如下表2-1所示表2-1 Z2-51型电动机具体参数电动机型号PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra()GDa2（Nm2）P极对数Z2-914823020914500

4、.358.0212.1.1电动机供电方案的选择变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统。在V-M系统中，调节器给定电压，

5、即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压。由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。2.1.2调速系统方案的选择 计算电动机电动势系数：由 v min/r,当电流连续时， 系统额定速

6、降为: r/min, .开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率:，大大超过了S5%.若D=10，S5%.，则，可知开环调速系统的额定速降是1090.4，而工艺要求的是7.6，故开环调速系统无能为力，需采用反馈控制的闭环调速系统。因调速要求较高，故选用转速负反馈调速系统，采用电流截止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。为使线路简单，工作可靠，装载体积小，宜用KJ004组成的六脉冲集成触发器。该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒定。采用三相全控桥式整流电路供电。2.2总体结构设计采用双闭环调速系统，可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能

7、力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，这时，转速负反

8、馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。直流调速系统的框图如图2-1所示： 图2-1 直流双闭环调速系统结构图3主电路设计与参数计算电动机的额定电压为230V，为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y联结。3.1整流变压器的设计3.1.1变压器二次侧电压U2的计算U2是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延

9、迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算，即： （3-1） 式中 -整流电路输出电压最大值；nUT -主电路电流回路n个晶闸管正向压降；C - 线路接线方式系数；Ush -变压器的短路比，对10100KVA，Ush =0.050.1；I2/I2N-变压器二次实际工作电流与额定之比，应取最大值。在要求不高场合或近似估算时，可用下式计算，即： （3-2）式中A-理想情况下，=0°时整流电压与二次电压之比, 即A=/；B-延迟角为时输出电压与之比，即B= /；电网波动系数；(11.2)考虑各种因数的安全系数；根据设计要求，采用公式： 8 (3-3)由表

10、查得 A=2.34；取=0.9；角考虑10°裕量，则 B=cos=0.985取U2=120V。电压比K=U1/U2=380/120=3.17。3.1.2 一次、二次相电流I1、I2的计算由表查得 =0.816, =0.816考虑变压器励磁电流得： 3.1.3变压器容量的计算 （3-4） ； （3-5） ； （3-6）式中-一次侧与二次侧绕组的相数；由表查得=3×380×56.49=64.398 KVA=3×120×170.54=61.394 KVA =1/2（64.398+61.394）=62.896 KVA 取S=62.9 KVA3.2晶闸管

11、元件的选择3.2.1晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压，乘以（23）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即=（23）整流电路形式为三相全控桥，查表得，则 （3-7）取V.3.2.2 晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值 ，即 =1.57> 或 >=K （3-8）考虑（1.52）倍的裕量 =（1.52）K （3-9）式中K=/（1.57）-电流计算系数。此外，还需注意以下几点：当周围环境温度超过+40时，应降低元件的额定电流值。当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值

12、。关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。由表查得 K=0.367，考虑(1.52)倍的裕量 （3-10） 取。故选晶闸管的型号为KP20-7。3.3晶闸管保护环节的计算晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。3.3.1过电压保护以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。（1）交流侧过电压保护1）阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护。本系统采用D-Y连接。S=62.9KVA, =120V取值：当

13、 S=50100KVA时，对应的=41，所以取3。 C6S/U22=6×3×62.9×103/1202=78.6µF耐压1.5Um =1.5×120×=254.6V选取10µF,耐压300V的铝电解电容器。 选取: S=62.9KVA, S=50100KVA，=15，所以 =3R2.3 U22/S =2.3×1202/62.9×103=34.48取 R=35IC=2fCUC×10-6=2×50×10×120×10-6=0.376 APR(3-4)IC2R=

14、(34) ×0.3762×35=（14.8419.79）W选取电阻为2.2，20W的金属膜电阻。2）压敏电阻的计算=1.3××120=220.6V流通量取5KA。选MY31-330/5型压敏电阻（允许偏差+10）作交流侧浪涌过电压保护。（2）直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。(1.82)=(1.82.2) ×230=414460V 选MY31-660/5型压敏电阻(允许偏差+10)作

15、直流侧过压保护。（3）闸管及整流二极管两端的过电压保护 查下表：表3-1 阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/F0.10.150.20.250.512电阻/1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.11.15倍。由于 由上表得C=0.5µF，R=10，电容耐压1.5=1.5×=1.5××120=441V选C为0.15µF的CZJD-2型金属化纸介质电容器, 耐压为450V。=50×0.15&

16、#215;=0.324W 选R为80，1W的普通金属膜电阻器。3.3.2 过电流保护快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 （1） 晶闸管串连的快速熔断器的选择接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管的有效值=120.7 A选取RLS-150快速熔断器，熔体额定电流150A。（2）过电流继电器的选择因为负载电流为209A，所以可选用吸引线圈电流为30A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器，整定电流取1.25×209=261.25A260A3.4平波电抗器的计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通

17、常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。（1）算出电流连续的临界电感量可用下式计算，单位mH。 （3-11）式中为与整流电路形式有关的系数，可由表查得；为最小负载电流，常取电动机额定电流的510计算。根据本电路形式查得=0.695所以=7.98mH （2）限制输出电流脉动的临界电感量由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热

18、。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。平波电抗器的临界电感量（单位为m）可用下式计算 （3-12）式中系数，与整流电路形式有关，电流最大允许脉动系数，通常三相电路（510）。根据本电路形式查得=1.045, 所以=6mH （3）电动机电感量和变压器漏电感量电动机电感量（单位为mH）可按下式计算 （3-13）式中,n直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入；P电动机的磁极对数；计算系数。一般无补偿电动机取812，快速无补偿电动机取68，有补偿电动机取56。本设计中取=8、=230V、=209A、n=1450r/min、p=1=3.036mH 变压器漏电感量（单位为mH）可

19、按下式计算 （3-14）式中计算系数，查表可得变压器的短路比，取3。本设计中取=3.9、=3所以 =3.9×3×120/（100×209）=0.067mH （4）实际串入平波电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量： 如上述条件均需满足时，应取作为串入平波电抗器的电感值，所以本电路选取=60 mH作为平波电抗器的电感值。3.5励磁电路元件的选择整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取700V。额定电流可查得K=0.367，取=1.2 A=(1.52)K=(1.52)×0.367×1.2A=0.60.88A 可选用ZP型3A、700V的二极管。

20、为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流。为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器 ，动作电流通过 调整。根据额定励磁电流Iex =1.2A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器。 图31主电路图电路 4 触发电路选择选用集成六脉冲触发器电路模块，其电路如电气原理总图所示。 从产品目录中查得晶闸管KP20-7的触发电流为(5100)mA触发电压3.5V。由已知条件可以计算出 ，触发器选用15V电源，则：Ks=15。因为，3.5V，所以触发变压器的匝数比为取14:1。设触发电路的触发电流为100mA，则脉冲变压器的一次侧电流只需大于100/14=7.14mA

21、即可。这里选用3DG12B NPN管作为脉冲功率放大管，其极限参数.触发电路需要三个互差120°，且与主电路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一个三相同步变压器。这里用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY型。同步电压二次侧取30V，一次侧直接与电网连接，电压为380V,变压比为380/30=12.7。 触发器的电路图如下图41所示：图41集成六脉冲触发电路5 双闭环的动态设计和校验5.1电流调节器的设计和校验（1）确定时间常数在三相桥式全控电路有：已知，所以电流环小时间常数=0.0017+0.002=0.0037S。（2）选择电流调节器的结构因为电流超调量，并保证

22、稳态电流无静差，可按典型型系统设计电流调节器电流环控制对象是双惯性型的，故可用PI型电流调节器 。 电流调机器的比例系数 电流调节器的超前时间系数 （3）电流调节器参数计算： 电流调节器超前时间常数=0.03s，又因为设计要求电流超调量，查得有=0.5，所以=，电枢回路总电阻R=2=2.4，所以ACR的比例系数 =（4）校验近似条件 电流环截止频率=135.1。晶闸管整流装置传递函数的近似条件： > ，满足条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响条件： ，满足条件。电流环小时间常数近似处理条件：，满足条件。（5） 计算调节器的电阻和电容取运算放大器的=40，有=11.9740=511.68

23、，取520，取0.1，取0.2。故=，其结构图如下所示： 图51电流调节器5.2 转速调节器的设计和校验（1） 确定时间常数：有则，已知转速环滤波时间常数=0.01s，故转速环小时间常数。（2）选择转速调节器结构：按设计要求，选用PI调节器 转速调节器的比例系数转速调节器的超前时间常数（3）计算转速调节器参数：按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=4,则ASR的超前时间常数为：，转速环开环增益 。ASR的比例系数为：。（4）检验近似条件转速环截止频率为。电流环传递函数简化条件为，满足条件。转速环小时间常数近似处理条件为：，满足近似条件。（5）计算调节器电阻和电容：取=40，则，取1000。，取0.

24、1，取1。故。其结构图如下： 图52 转速调节器校核转速超调量：由h=4，查得，不满足设计要求，应使ASR 退饱和，重计算。设理想空载z=0，h=4时，查得=77.5%，所以 =0.00792 =0.79% < 10%满足设计要求.6 控制电路的设计与计算6.1 给定环节的选择已知触发器的移相控制电压为正值，给定电压经过两个放大器它的输入输出电压极性不变，也应是正值。为此给定电压与触发器共用一个15V的直流电源，用一个2.2、1W的电位器引出给定电压。6.2 控制电路的直流电源这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，如下图所示图61直流稳压电源原理图6.3 反馈

25、电路参数的选择与计算 本设计中的反馈电路有转速反馈和电流截止负反馈两个环节，电路图见主电路。6.3.1测速发电机的选择因为，故这里可选用ZYS-14A型永磁直流测速发电机。它的主要参数见下表。表62ZYS-14A型永磁直流测速发电机 型号最大功率W最高电压V最大工作电流A最高转速r/minZYS-14A121201003000取负载电阻=2,P=2W的电位器，测速发电机与主电动机同轴连接。6.3.2 电流截止反馈环节的选择选用LEM模块LA25-NP电流传感器作为检测元件，其参数为：额定电流100A，匝数比1：1000，额定输出电流为25mA。选测量电阻=120,P=1W的绕线电位器。负载电流

26、为1.2时。让电流截止环节起作用，此时LA25-NP输出电流为1.2/250=1.2×18.25/1000=0.099A，输出电压为120×0.099=11.88V，再考虑一定的余量，可选用1N4240A型的稳压管作为比较电压，其额定值为10V。7 直流调速系统电气原理总图8 系统MATLAB仿真本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系统电气原理结构图，使用Power System工

27、具箱进行调速系统仿真的新方法。本次系统仿真采用后一种方法。8.1 系统的建模与参数设置转速、电流双闭环直流调速系统的主电路模型主要由交流电源、同步脉冲触发器、晶闸管直流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。采用面向电气原理结构图方法构成的双闭环系统仿真模型如图8-1所示。 图8-1 转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型转速、电流双闭环系统的控制电路包括：给定环节、ASR、ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环、速度反馈环等，因为在本次设计中单片机代替了控制电路绝大多数的器件，所以在此直接给出各部分的参数，各部分参数设置参考前几章各部分的参数。本系统选择的仿真算法为ode23tb，仿真S

28、tart time设为0，Stop time设为2.5。8.2 系统仿真结果的输出及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图8-2是双闭环直流调速系统的电流和转速曲线。从仿真结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。下面分析一下仿真的结果。图8.2双闭环直流调速系统的电流和转速曲线启动过程的第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线形增长。第三阶段，当转速达到给定值后。转速调节器的给定与反

29、馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使转速保持恒定，实际仿真结果基本上反映了这一点。由于在本系统中，单片机系统代替了控制电路的绝大多数控制器件，所以各项数据处理和调整都是在单片机内完成的，控制效果要好于本次的仿真结果。小结1经过两周的努力我的课程设计终于完成了。课程设计是对自己所学专业知识的一种检验。通过这次课程设计，使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。这样我才明白学习是一个长期积累的过程。此次的电气传动

30、系统课程设计是我和同学共同努力的结果，它增进了我们的团结互助的意识，这也是我们参加工作后所必需的。在此要感谢我们的指导老师胡老师和王老师的悉心指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我和同学通过查阅大量有关资料，并向老师请教等方式来完成我们的设计。二 交流调速系统建模与仿真1 引言随着电力电子技术、变频技术和微型计算机控制技术的迅猛发展，电气传动技术进入了一个新的阶段。特别是矢量控制技术的出现，使得交流传动系统领导了电气传动的潮流，采用高性能的交流传动系统进行交流提升机的改造是极富吸引力的。在交流提升机的拖动控制改造方面，国内的许多单位和一些专家也作了许多努力。对矿井交流提升机的电控系统用

31、可编程控制器进行改造，代替了原来的继电器控制，多级切换电阻，低频制动。此外将磁力站的接触器转换为真空接触器或双向晶闸管，提高了系统的可靠胜、降低了噪音，改造后的效果是显著的。但这些方案仍要串电阻，无法解决无级调速和节能的问题。能量指标是衡量调速系统技术经济性能的重要方面，而系统的效率与功率因数是能量指针的主要内容。传统的串级调速系统虽然效率高，但是其功率因数却很低。因此，从节约能源的角度来说，就需要寻找方法来提高串级调速系统的功率因数，改善其效率。因此本文提出了新型斩波串级调速方案，与常规串级调速系统不同之处在于转子直流回路中加入了直流斩波器，转子整流器通过斩波器与逆变器相连接。逆变器的控制角

32、可取为较小值，且固定不变，故可降低无功损耗，而提高系统的功率因数。斩波式逆变器串级调速系统虽然比传统的串级调速系统多了一个斩波器环节，但前者的逆变器容量较后者小，所节约的成本足以抵偿斩波器的成本。而且更重要的是前者比后者能够大大改善功率因数。2 斩波串级调速系统工作原理2.1斩波串调原理具有斩波控制的串级调速系统原理图如图21所示。图21斩波控制串级调速系统原理图具有斩波控制的串级调速系统与普通串调系统相比在直流回路中增加了开关器件、隔离二极管,滤波电容。此三个元件构成斩波升压电路。有源逆变器的逆变角选择可以一个最小的固定的，因此为固定电压。 在导通时，增加、截止。在截止时，通过流入逆变器，下

33、降。直流回路各点波形如图2-2所示。图中为的开通时间，为的开断周期，为斩波器CH的驱动信号，为两端的电压波形，为经流二极管的电流波形，为流经斩波器的电流波形。改变的开通占空比，就可以改变的平均电压。在交流电机转速一定时，改变，就可以改变的大小，即改变电动机的转矩，从而达到调速的目的。 斩波电路和逆变器的共同作用相当于普通串调系统中可调的有源逆变器的作用。只是后者的功率因数比较高，接近0.9，且恒定。图22斩波串调主电路波形2.2 双闭环调速系统为了提高静态调速精度及获得较好的动态特性，应采用具有电流负反馈与转速负反馈的双闭环控制方式。双闭环系统是一种具有电流闭环和速度闭环的反馈控制系统，较单闭

34、环系统有着更为优良的静、动态特性。下面将着重介绍双闭环控制系统的工作原理。转速与电流双闭环调速系统结构及其特点：图23为具有双闭环控制的绕线异步电动机斩波串级调速系统的原理图。该调速系统采用转速外环和电流内环构成的双闭环系统对绕线式异步电动机进行转子斩波闭环控制。图中转速反馈信号取自于增量式光电编码器，电流反馈信号取自直流主回路中设置的霍尔电流传感器。ASR, ACR分别为速度调节器和电流调节器，均为PI调节器，由数字信号处理信号（DSP)产生。由于受斩波器开关作用的影响，整流器输出电流是脉动的，会引起转矩的脉动，为抑制转子电流的斩波脉动率，在直流主回路中串接一个平波电抗器。PWM为脉宽调制器

35、，用于产生斩波器的脉冲信号。图23有转子斩波器的异步电动机双闭环调速系统双闭环调速系统在电机调速中的特点是:在电动机启动时，起动电流很快的加大到允许过载能力值，并且保持不变，在这个条件下，转速n得到线性增长，当升到需要的大小时，电机的电流急剧下降到克服负载所需的电流值。这就要求在起动过程中，把电动机的电流当作被调量，使之维持为电机允许的最大值，并保持不变。因此需要有一个电流调节器来完成这个任务。来自速度给定电位器的信号与速度反馈信号比较后，偏差信号送到速度调节器的输入端，速度调节器的输出端再送到电流调节器的输入端。电流调节器的输出电压再作为导通比为a的控制电压加至PWM后与PWM内的载波比较以

36、产生脉宽调制脉冲波。该脉冲波经隔离去改变斩波器的占空比，可以调整转子电流，从而改变电动机 的转矩和转速。速度调节器和电流调节器均采用PI调节器。由于用了这两个调节器，一方面便于调整，另一方面使系统更容易完成对转速与电流的调节作用。两个调节器之间是串级连接的关系。从闭环反馈的结构上看，电流调节环是内环;转速调节器是外环。2.3斩波串调系统的建模绕线式异步电动机斩波串级调速系统的主电路主要由晶闸管三相全控桥式有源逆变器、三相桥式二极管转子整流器、绕线式异步电动机、逆变变压器、滤波电抗器、斩波器件IGBT、二极管和电容等组成。2.3.1主电路的建模根据三相绕线式异步电动机转子斩波串级调速系统的主电路

37、组成框图，利用Simulink和Power System工具箱，在同步电源与六脉冲触发器模型封装后，将六脉冲触发器输出的脉冲放大，与其它模块连接即可建立主电路，与实际电路不同的是，这里的电流反馈信号直接引用了晶闸管有源逆变器输出的电流，转速反馈直接采用电机输出信号测量分路器中的电机转速 (rad/s)。（6脉冲触发电路仿真如下图）图24 6脉冲触发电路仿真模型2.3.2系统的建模利用Simulink和Power system工具箱，然后按系统的电气结构关系连接起来，即得到绕线式异步电动机斩波串级调速系统的仿真模型（主电路仿真模型见录）。如图25所示。图105斩波串级调速系统的仿真模型图252.

38、4斩波串调系统的仿真2.4.1系统的仿真参数电机参数:额定功率=280KW，线电压=220V，频率=50HZ，定子电阻=0.435 和漏感=2mh，转子电阻=0.816 。和漏感=2mH，互感=69.31 mH，转动惯量=0.089 ，极对数=2，三相绕线式异步电动机，同步旋转坐标系。设置仿真的终止时间为l Os，仿真算法选择ode23tb, ode23tb属于TR-BDF2算法，适合与求解刚性问题，对于求解允许误差比较宽的问题结果好。相对允许误差为,绝对允许误差为auto，变步长;仿真菜单选正常仿真。按照斩波串级调速系统先单元、后系统;先开环、后闭环;先内环、后外环;先调稳态精度，后调动态指标的调试原则进行系统调试。优化后的主要环节参数如下:交流电源:工频、相电压有效值127V;脉冲触发器开关信号为”0”，即开放触发器;晶闸管逆变桥参数:通态内阻0.001，通态电感0，冷态电阻10，冷态电感4.7F;二极管整流桥参数: