《运动控制系统》课件第5章

第5章交流调压调速系统和串级调速系统5.1交流调速系统的分类5.2异步电动机调压调速系统5.3绕线式异步电动机串级调速系统5.4交流调压调速系统和串级调速系统的MATLAB仿真本章小结习题与思考题

5.1交流调速系统的分类

交流电机主要分为异步电机(即感应电机)和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。现有文献中介

绍的异步电动机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。

1.异步电动机的调速

1)按照电动机参变量分类

交流异步电动机的转速表达式为

(5-1)

式中,n为交流异步电动机的转速；p为极对数；s为转差率；f为定子电压频率。从公式(5-1)可以归纳出交流异步电动机的三类调速方法：改变极对数p的调速方法、改变转差率s的调速方法以及改变电源频率f的调速方法。常见的交流调速系统有：①变极对

数调速；②调压调速；③绕线式异步电动机转子串电阻调速；④绕线式异步电动机串级调速；⑤电磁转差离合器调速；⑥变频调速，等等。其中②、③、④、⑤均属于改变转差率s的调速方法。这是一种比较原始的分类方法。

2)按照异步电动机类型分类

异步电动机分为鼠笼式和绕线式两大类。其中适用于鼠笼式异步电动机的调速方法有：变极对数调速、调压调速、变频调速和电磁转差离合器调速；适用于绕线式异步电动机的调速方法有：调压调速、转子串电阻调速、串级调速、电磁转差离合器调速和变频调速。

3)按电动机的能量转换类型分类

根据能量转换类型对电动机交流调速进行分类，可以更加深入地掌握其基本原理，从更高的角度认识交流调速的本质。按照交流异步电动机的基本原理，从定子传入转子的电磁功率Pm可分为两部分：一部分为机械功率P2=(1-s)Pm，这是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率Ps=sPm，它与转差率s成正比。从能量转换的角度上来看，转差功率是否过大，最终是消耗掉还是得到回收，显然是评价调速系统效率高低的一种标志。从这点出发，可把异步电动机的调速系统分为三大类。

(1)转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转换成热能而被消耗掉。这类系统的调速效率低，它们以增加转差功率的消耗来换取转速的降低(恒转矩负载时)，越向下调速，效率越低，而且这类系统的结构最简单，因而有一定的应用场合，如上述的调压调速、电磁转差离合器调速、绕线转子异步电动机转子串电阻调速就属于这类系统。

(2)转差功率回馈型调速系统：这类系统中转差功率的一部分被消耗掉，而其余大部分则通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能加以利用，转速越低，回收的转差功率越多，例如异步电动机串级调速就属于这一类系统，而且这类系统的效率显然比上一类系统要高得多。

(3)转差功率不变型调速系统：在这类系统中除转子铜损部分的损耗不可避免外，无论电动机转速的高低，转差功率的消耗基本不变，因此它的效率最高，例如变极对数调速和变频调速等就属于这一类系统。但是，变极对数p的方法只能实现有级调速，应用场合有限。只有变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，是最有发展前途的一类系统。

2.同步电动机的调速

同步电动机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电动机调速系统只能是转差功率不变型(恒等于0)的，而同步电动机转子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步电动机那样的多种调速方法。

在同步电动机的变压变频调速方法中，从频率控制的方式来看，可分为他控变频调速和自控变频调速两类。自控变频调速利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此有时又称为无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。

开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电动机，有其独特的比较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展前途。

5.2异步电动机调压调速系统

5.2.1交流调压器

通过改变异步电动机定子电压来实现异步电动机转速可调的控制系统称为调压调速系统。调压调速是一种典型的转差功率消耗型调速系统，它是异步电动机调速方法中比较简便的一种。要实现异步电动机的调压调速，必须在电源和电动机之间设置一个交流调压器。20世纪50年代以前，改变交流电压多采用带直流磁化绕组的饱和电抗器或自耦变压器。自从晶闸管出现后，由于它体积小、重量轻、惯性小、控制方便，因而笨重的电磁装置就被晶闸管组成的交流调压器所取代。目前常用的交流调压器一般由三个反并联的晶闸管或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中组成，如图5-1所示。

主电路的接法可以有多种方案，晶闸管调压器的控制方式有通断控制和相位控制两种，下面分别简单加以说明。图5-1采用晶闸管组成的交流调压器

1．通断控制(周波控制)

在通断控制方式下，把晶闸管作为开关使用，这时晶闸管的控制角为0°。在工作时将负载与电源完全接通一个或几个完整的工频周期Tf，然后再断开几个工频周期Tf。也就是在一个循环周期Tc内控制导通的工频周期数为导通周期T1，断开的工频周期数为间歇周期T0，这样通过改变导通周期T1和间歇周期T0的相对大小就可以达到控制加在负载上电压有效值的大小的目的，从而起到调节电压的作用，如图

5-2所示。图5-2周波控制方式的负载电压波形可见，周波控制采用了“零”触发的控制方式，几乎不产生谐波污染。但是由于在导通周期内电动机承受的电压为额定值，而在间歇周期内电动机承受的电压为零，因而，加在电动机上的电压变化剧烈，使转速脉动大，在低速时影响更为严重，故常用于大容量、热惯性时间常数大、调速范围小的场合。

2．相位控制

相位控制方式是指通过控制晶闸管的导通角α来得到不同的负载电压波形，从而起到调节电压的作用，如图5-3所示。显然，当导通角α增大时，加在负载上的电压有效值就减小；反之，当α角减小时，负载上得到的电压有效值就增大。图5-3相位控制方式的负载电压波形相位控制电路的输出电压较为准确，调速精度较高，快速性好，低速时转速脉动较小，但是这种控制方式会产生成分复杂的谐波，对电网造成谐波污染，常用于中小功率、调速精度与稳定性要求较高的场合，也是一种应用较广的晶闸管调压控制形式。

总之，在晶闸管调压调速系统中，晶闸管可借助于负载电流过零而自行关断，不需要另外增加换流装置。但在低速时，由于电动机的转差损耗增大，致使电动机发热严重，效率随之下降，所以这种调速方式经常用于一些短时工作制或短时重复工作制的调速系统中，如电梯、起重机械以及家用电器产品等。5.2.2交流调压调速电路的组成

用晶闸管装置来实现交流调压调速的电路主要有两大类：一类是单相交流调压；另一类是三相交流调压。这里着重分析三相交流调压电路。三相交流调压调速的电路形式很多，各种接法均有其特点，适用范围也不相同。下面介绍几种常用的三相交流调压电路。

1．三相全波星形连接的交流调压电路

三相全波星形连接的交流调压电路如图5-4所示。由VT1、VT2和VT3三组晶闸管组成三相全波整流电路，R表示三相负载(事实上，工业设备中感性负载比较多，一般可用电阻和电感的串联电路来等效)。这种接法的特点是输出电压中谐波分量低，比较适用于低电压、大电流的负载场合，也是工业现场使用较多的交流调压方式之一。图5-4三相全波星形连接的交流调压电路

2．带零线的三相全波星形连接的交流调压电路

带零线的三相全波星形连接的交流调压电路如图5-5所示，该电路可采用窄脉冲作为触发脉冲，但零线上有三次谐波电流，且三次谐波电流对电动机和电网的影响比较严重，所以在工业上应用不太多。图5-5带零线的三相全波星形连接的交流调压电路

3．晶闸管三角形连接的交流调压电路

晶闸管三角形连接的交流调压电路如图5-6所示。由于晶闸管接在负载后面，所以可减少电网浪涌电压对它的冲击。但该电路要求电动机定子绕组为星形连接，且中性点能拆开。另外，这种电路负载上有偶次谐波，同样对电动机不利，并且晶闸管的耐压要求比星形连接高。图5-6晶闸管三角形连接的交流调压电路5.2.3调压调速系统的工作原理

通过改变异步电动机定子电压来实现异步电动机转速可调的控制系统称为调压调速系统。调压调速是一种典型的转差功率消耗型调速系统。

1.异步电动机的等效电路

根据电机学原理，在下述三个假定条件下：①忽略空间和时间谐波；②忽略磁饱和；③忽略铁损，异步电动机的稳态等效电路如图5-7所示。图5-7异步电动机的稳态等效电路图5-7中各参数的含义如下：R1为定子每相电阻；R2′为折合到定子侧的转子每相电阻；Ll1为定子每相漏感；Ll2′为折合到定子侧的转子每相漏感；s为转差率；I1为定子每相电流；I2′为折合到定子侧的转子每相电流；Lm为定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；U1、ω1为定子相电压和供电角频率。

2.异步电动机调定子电压时的机械特性

1)定子电流计算公式

根据图5-7，可以推出折合到定子侧的转子每相电流I2′为

(5-2)

其中，。在一般情况下，Lm>>Ll1，则C1≈1，这相当于将上述假定条件的第③条改为忽略铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化成下面的形式：

(5-3)

2)转矩计算公式

异步电动机的电磁功率为Pm=3I2′2R2′/s，同步机械角转速为ωm1=ω1/np(其中np是极对数)，则异步电机的电磁转矩为

(5-4)式(5-4)实质上就是异步电机的机械特性方程式。它表明，当转速n或转差率s一定时，电磁转矩Te与定子电压的平方成正比。这样，对于不同的定子电压，可以得到一组人为的机械特性，如图5-8所示，图中U1N表示额定的定子电压，Temax表示最大转矩。图5-8异步电动机不同电压下的机械特性

3)最大转矩公式

将式(5-4)对s求导，并令dTe/ds=0，可求出对应于最大转矩时的静差率sm和最大转矩Temax：

(5-5)

(5-6)可见，随着定子电压的降低，最大转矩Temax与定子电压的平方成正比地下降，而最大静差率sm与定子电压U1无关，保持不变。

3.交流调压调速原理

所谓调压调速，就是通过改变定子外加电压来改变其机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速。

对于图5-8所示的异步电动机调电压时的机械特性，当电动机带恒转矩负载TL工作时，普通笼型异步电动机变电压时的稳定工作点为A、B、C，转差率s的变化范围不超过0~sm，调速范围有限，无法实现低速运行。而对于风机、泵类的负载，在调压调速时，可得到较大的调速范围，如图

中的D、E、F工作点。为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电动机能在较低转速下运行而不致过热，应设法增大最大转差率sm，这时可以通过增大转子电阻的方法来实现。这样，异步电动机的转子就有较高的电阻值，这样的电动机在变电压时的机械特性如图5-9所示。显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电动机，这种电动机又称做交流力矩电动机。图5-9高转子电阻电动机(交流力矩电动机)在不同电压下的机械特性5.2.4闭环调压调速系统的组成及其静特性

1.系统组成

采用普通的异步电动机调压调速时，存在的主要问题是调速范围不宽，且低速时运行稳定性较差，尤其在电网电压有波动以及负载有扰动时都会引起较大的转速变化，难以实际使用。当采用高转子电阻异步电动机(交流力矩电动机)时，调速范围虽然可以大一些，但机械特性变软，负载稍有波动，就会引起很大的转速变化。采用开环控制方式来直接调节交流电动机的速度时，很难解决上述这些矛盾。因此，对于恒转矩负载，为提高机械特性硬度，扩大调速范围，减少静差率，必须采用闭环控制方式。带转速负反馈的闭环交流调压调速系统如图5-10所示(在要求不高时也可以采用定子电压反馈控制方式)。图5-10带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统原理图该闭环控制系统由转速调节器ASR、晶闸管调压装置、测速反馈装置和异步电动机等组成。当改变给定电压U*n的大小时，就可以改变电动机的转速n；当由于电网电压波动或者负载扰动而引起电动机转速发生变化时，系统可通过反馈来自动调节，使电动机转速维持稳定。理论上，只要有偏

差存在，反馈闭环控制系统就会自动纠正偏差，使电动机的转速跟随给定而变化。

2.系统的静态特性分析

根据图5-10所示的闭环控制的交流变压调速系统的原理图，可以得到闭环控制的交流变压调速系统的静态结构图，如图5-11所示。

图5-11中，Kp为转速调节器ASR的静态放大倍数；Uct为控制电压；Ks为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数；α为转速反馈系数；U1为定子电压；n=f(U1,Te)是式(5-4)所表达的异步电机机械特性方程式，它是一个非线性

函数。图5-11异步电动机闭环变压调速系统的静态结构图根据系统的静态结构图，可求出稳态时各个环节输出量与输入量的关系如下：

Uct=Kp(U*n-Un)

(5-7)

U1=KsUct

(5-8)

Un=αn

(5-9)

Te=TL

(5-10)由公式(5-7)～(5-10)可得：

(5-11)

式中，n0为异步电动机的同步转速；s为异步电动机的转差率。

再根据异步电动机机械特性的实用表达式，可得

(5-12)当电动机在额定负载以下运行时，转差率s很小，则

，故式(5-12)可以近似写成

(5-13)

在忽略定子电阻R1的条件下，可得电动机的最大转矩为

(5-14)式中，3表示电动机定子相数；np为极对数；U1为电动机的定子电压；Rk为异步电动机的短路电抗；ω1为电动机定子电压的角频率。将式(5-11)和(5-14)代入式(5-13)得：

(5-15)

式中，。如果电动机的参数和系统中各环节放大倍数已知，可根据式(5-15)求出不同给定电压U*n时调压调速系统的静态特性，如图5-12所示。显然，引入速度负反馈可使系统静态特性大大提高，而影响调速精度的主要因素是放大系数α、Kp、Ks，它们的选择和直流调速系统相类似。下面结合图5-12，从物理概念上分析静特性的形成过程。图5-12闭环控制变压调速系统的静特性设系统的给定电压为U*n，当负载转矩为TL时，系统带负载工作在A点。如果负载转矩TL增大引起转速n下降，反馈控制作用能提高定子电压U1，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点A′。这时，电动机输出的转矩增大，以平衡增大了的负载转矩TL。同理，当负载转矩TL降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点A″，此时电动机输出的转矩随着降低。按照反馈控制规律，将A″、A、A′连接起来便是闭环系统的静特性。可见，采用闭环控制后，当负载发生变化时，通过转速负反馈，可以自动调节加在电动机定子上的电压大小。系统的闭环静特性实际上是几个不同电压对应机械特性上各取一点，组成一条新的且很硬的特性曲线。所以，尽管异步电动机的开环机械特性和直流电机的开环特性差别很大，但是在

不同电压的开环机械特性上各取一个相应的工作点，连接起来便得到闭环系统静特性，这样的分析方法对两种电机是完全一致的。如果采用PI调节器，同样可以做到无静差调节。若改变给定电压信号U*n，则静态特性将平行地上下移动，从而达到调速的目的。和直流调压调速系统不同的地方是，这种系统存在失控区。交流电动机闭环调压调速系统在额定电压下的机械特性和最小输出电压下的机械特性是闭环静特性左右两边的极限，当负载变化到极限两侧时，闭环系统就失去控制能力，相当于回到了开环机械特性上工作。

3.系统的动态特性分析

这里通过对系统动态结构图的简单分析来研究其动态特性。首先求出系统中各环节的传递函数，根据图5-11所示系统静态结构图可以得到相应动态结构图，如图5-13所示。图中有些环节的传递函数是直接写出的，如转速调节器ASR、晶闸管触发电路和交流调压器、测速反馈环节等，而且其传

递函数WASR(s)、WGTV(s)、WFBS(s)的表达式与直流调速系统相同。但异步电动机的传递函数与直流电动机差别较大，原因在于描述异步电动机动态过程的是一组非线性微分方程，要用一个传递函数来准确地表示异步电动机在整个调速范围内的输入和输出之间的关系是不可能的。只有在一定的假设条件下，采用稳态工作点附近线性化的方法才能得到近似的传递函数。具体推导过程可以参考有关文献。图5-13异步电动机闭环变压调速系统的动态结构框图

5.3绕线式异步电动机串级调速系统

5.3.1串级调速系统的原理及基本类型

1.串级调速的原理

为了充分利用转差功率，使其只有一小部分消耗在转子回路的电阻上，而大部分转差功率被回收后回馈给电网(或再送回电动机轴上输出)，从而使电动机在低速运转时仍有较高的效率，人们提出了串级调速方法，该方法属于转差功率回馈型调速方法。

串级调速是指在绕线式异步电动机转子回路中串入与转子电动势E2同频率的附加电势Eadd，如图5-14所示，然后通过改变附加电势Eadd的幅值和相位来实现调速。图5-14绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图需要注意的是，要获得较好的串级调速性能，对在转子回路中串入的附加电动势有一定的技术要求，具体叙述如下：

(1)它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求。

(2)从节能的角度看，希望产生附加直流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。串级调速完全克服了转子串电阻调速的缺点。因其串入附加电动势后增加的转差功率被回馈给电网或回馈到电动机轴上，故电动机在低速运行时具有较高的效率、无级平滑调速、机械特性较硬等许多优点。

下面对绕线式异步电动机串级调速的工作原理进行定性分析。

1)同步串级调速过程

当附加电势Eadd=0时，电动机工作在自然机械特性曲线上，如果此时拖动恒转矩负载，电动机转速处在接近额定值的稳定运行状态，称为同步串级调速。此时转子电流I2为

(5-16)

式中：E20为s=1时的转子开路相电势；X20为s=1时转子绕组的每相漏电感；R2为转子回路的每相电阻；s为异步电动机转差率。

2)次同步串级调速过程

当在转子回路中串入与频率相同、相位相差180°的附加电动势Eadd时，电动机在额定转速值以下调速，称为次同步调速。此时，电动机转子电流变为

(5-17)

可见，反向附加电势Eadd的串入，使得转子合成电动势减小，从而引起转子电流I2的减小，电动机的电磁转矩Te相应减小，出现电磁转矩小于负载转矩TL的情况，平衡条件被破坏，迫使电动机的转速n减小。随着转速n的降低，转差率s升高，转子电流I2回升，电磁转矩Te也相应回升；当电磁转矩Te与负载转矩TL重新达到平衡时，减速过程结束，电动机稳定运行在低于原值的某一转速上。这就是低于同步转速的串级调速过程。串入的附加电势的幅值越大，电动机的稳态转速就越低。

3)超同步串级调速过程

串级调速还可以向高于同步转速的方向上调节，这时只要在电动机转子回路中串入与E2频率相同、相位相同的附加电动势Eadd，电动机就会在额定转速值以上调速，称为超同步串级调速。此时，电动机转子电流变为

(5-18)转子合成电动势增大为sE20+Eadd，则转子电流I2和电动机电磁转矩Te相应增大，使电动机升速，转差率s减小；当转差率s减小到到某一值s′时，电动机的电磁转矩Te和负载转矩TL重新达到平衡，电动机又稳定运行在高于额定转速值的某一转速上。这就是高于同步转速的串级调速过程。串入的附加电势的幅值越大，电动机的转速就越高。

2.串级调速系统的基本类型

串级调速的核心是产生附加电动势Eadd的装置。由于异步电动机转子电动势E2的频率是随转速n而变化的，这样附加电势Eadd也需要随转速n而变，即Eadd装置应是频率和幅值可调的三相变频器，这样的装置复杂，费用高。目前，国内外广泛应用的是转子回路串入直流附加电动势Eadd的方案，以避免随着转速n的不同改变Eadd的频率，如图5-15所示。在转子绕组端接入一个不可控的整流器，将转子感应电动势E2整流为直流电压，串级调速用的附加电动势Eadd也为直流电压，两者叠加来实现调速。由于转子电路采用了不可控整流电路，所以转差功率只能从转子流向产生附加电势装置，再回馈电网。图5-15采用直流附加电动势Eadd的串级调速原理图根据串级调速异步电动机转子回路中直流附加电动势Eadd获得的方法不同，可以将串级调速系统分为以下三种基本类型。

1)直流电动机串级调速

电路原理图如图5-16所示。直流附加电动势Eadd就是直流电动机旋转时的反电动势，改变直流电动机的励磁电流大小，即可改变附加电势Eadd的大小。直流电动机拖动交流异步电动机作发电机运行，从而将转差功率回馈入电网。图5-16直流电动机串级调速

2)晶闸管串级调速

电路原理图如图5-17所示，用晶闸管全控整流电路获得直流附加电动势Eadd，整流电路长期工作在有源逆变区，即晶闸管的逆变角β≤90°，改变β的大小即可改变附加电势Eadd的大小。图5-17晶闸管串级调速

3)机械串级调速

电路原理图如图5-18所示。该系统采用他励直流电动机旋转时的反电动势作为直流附加电动势Eadd，改变直流电动机的励磁电流的大小，即可改变附加电势Eadd的大小，从而实现主电动机的调速。图5-18机械串级调速转差功率经转子整流器送给直流电动机，由于直流电动机与调速电动机同轴硬性连接，使直流电动机吸收的转差功率转变为轴上的机械功率，然后输送给负载。这相当于在负载轴上增加了一个拖动转矩，从而很好地利用了转差功率。不计损耗时，负载上得到的机械功率总和为

(1-s)P+sP=P

(5-19)

故具有恒功率调速特性，能在低速时产生较大转矩，适用于低速需重负载转矩的场合。但是因为转速较低时，直流电动机不能产生足够的附加电势Eadd，所以这种串级调速系统的调速范围不大，通常在2∶1以内。5.3.2异步电动机串级调速系统的机械特性

1.串级调速系统的调速特性

1)串级调速系统主回路

串级调速系统的主回路接线图和相应的等效电路图分别如图5-19和图5-20所示。

图5-19所示的串级调速系统主回路主要由绕线转子异步电动机、三相桥式二极管转子整流器、三相桥式晶闸管有源逆变器、逆变变压器和平波电抗器L等部分组成，该系统的核心部分是有源逆变器和转子整流器。有源逆变器在电力电子变流技术中已有讨论，下面主要分析转子整流器的工作状态。图5-19串级调速系统主回路接线图图5-20串级调速系统主回路直流等效电路

2)串级调速系统转子整流器特点

在分析串级调速系统的转子整流器时，应特别注意它与一般整流器有几点不同：

(1)转子三相感应电动势的幅值和频率都是转差率s的函数。

(2)折算到转子侧的漏抗值也是转差率s的函数。

(3)由于电动机折算到转子侧的漏抗值较大，换流重叠现象严重，因而转子整流器会出现“强迫延迟换流”现象，从而引起转子整流电路的特殊工作状态。

3)转子整流器换流重叠角γ和工作状态

由于电动机存在漏抗，使换流过程中电流不能突变，因而产生换流重叠角γ，其计算公式为

(5-20)

式中，Id为转子回路整流电流平均值；XD0为折算到转子侧的每相漏抗(转差率s=1时)；E20为转子开路时的相电动势有效值。由上式可见，当E20、XD0一定时，换流重叠角γ随着整流电流平均值Id的增大而增大，具体分析如下：

(1)当Id较小(

)，γ<60°时，整流电路中各整流器件都在对应相电压波形的自然换相点处换流，整流波形正常。

(2)当，γ=60°时，若继续增大电流Id，则出现强迫延迟换相现象，即晶闸管元件的起始换流点从自然换流点被迫向后延时一段时间，这段时间用强迫延迟换流角αp表示。在这一阶段，γ=60°保持不变，而αp在0°~30°之间变化。这时，由于强迫延迟换相的作用，使得整流电路好似处于可控的整流工作状态，αp角相当于整流器件的控制角。

(3)当αp=30°时，整流电路中4个器件同时导通，形成共阳极组和共阴极组器件双换流的重叠现象，此后αp保持为30°不变，再继续增大电流Id的值，则随着Id的增大，换流重叠角γ从60°继续增大。如上所述，为了分析方便，可以假设串级调速时的异步电动机转子整流电路有三种工作状态，具体约定如下：

(1)换流重叠角0°<γ<60°，αp=0的工作状态为转子整流器的第一工作状态。

(2)γ=60°保持不变，0°<αp≤30°的工作状态为转子整流器的第二工作状态。

(3)αp=30°不变，随着电流Id增大，γ从60°继续增大的工作状态为转子整流器的第三工作状态。该工作状态属于故障工作状态，这里不讨论。

由此可见，串级调速时的异步电动机转子整流电路有两种正常的工作状态。不同工作状态下电流Id与换流重叠角γ、强迫延迟换流角αp之间的函数关系如图5-21所示。图5-21转子整流电路的γ=f(Id)、αp=f(Id)*4)串级调速时转子整流电路的电流和电压

下面分析电动机转速n、转子回路直流电流Id以及逆变角β之间的函数关系，并推导出通过改变逆变角β而得到的调速特性n=f(Id)，据此进一步说明异步电动机串级调速系统具有类似直流电动机的调压调速特性。由于串级调速系统中转子整流电路具有两种不同的正常工作状态，所以系统的特性分析应分别对这两个不同的工作状态加以讨论。根据图5-20所示的串级调速系统主回路的直流等效电路，可以列出转子整流器在第一工作状态下的直流回路电压平衡方程式，如下所示：

(5-21)式中：UT2为逆变变压器二次侧相电压；RD为折算到转子侧的电动机每相等效电阻(RD=R2+sR1′)；XD0为在s=1时折算到转子侧的电动机每相漏电抗；为由转子漏抗引起的换相压降；RL为平波电抗器电阻；RT为折算到二次侧的逆变变压器每相等效电阻(RT=RT2+sRT1′)；XT为折算到二次侧的逆变变压器每相等效漏抗(XT=XT2+XT1′)；

为逆变变压器每相等效漏抗引起的换相压降。从式(5-21)中求出转差率s为

(5-22)将s=1-n/n0代入式(5-22)，可以求得转速n为

(5-23)式中：这样，在公式(5-23)中，等号右边分子中的第一项是转子直流回路的直流电压，可以记作dU′；第二项相当于回路中的总电阻压降，可以写作IdRΣ′；而分母则是负载电流的函数，也认为是转子直流回路的等效电动势系数，记作CE′。注意，串级调速系统中的负载电流函数CE′与直流调速系统主回路的电动势系数Ce在概念上有所不同，它是使转速特性成为非线性的重要因素，故两个符号的下角不同，以示区别。由式(5-23)可见，串级调速系统通过改变逆变角β可以实现调速，其特性n=f(Id)相当于他励直流电动机调压调速的特性。但是，由于串级调速系统转子直流回路等效电阻RΣ′比直流电动机电枢回路的总电阻大，所以串级调速系统的调速机械特性n=f(Id)相对要软一些。上述结论是在串级调速系统转子整流器为第一工作状态时得到的，当转子整流器处于第二工作状态时仍可以用相同的方法获得调速特性：

(5-24)式中：比较式(5-23)和式(5-24)，可以看出，如令αp=0，则式(5-24)就表示系统在第一工作区的转速特性。式(5-24)分子和分母各项的含义和式(5-23)中的相同。显然，式(5-24)的转速降落增大，串级调速系统的第二工作状态机械特性更软了。

2.串级调速系统的机械特性与最大转矩

由上述讨论可知，串级调速系统中转子整流器可以运行在两种正常的工作状态，即第一和第二工作状态，相应地，每个工作状态对应不同的机械特性区。与转子整流器第一工作状态对应的机械特性区称为串级调速系统机械特性的第一工作区；与转子整流器第二工作状态对应的机械特性区称

为机械特性的第二工作区。

1)第一工作区的机械特性与最大转矩

异步电动机输出转矩为

(5-25)

式中，ω0是理想空载机械角转速，ω0=2πn0/60，单位为rad/s。在不考虑转子电阻损耗及转子整流元件的损耗时，转子整流器的输出功率就等于转差功率，即

(5-26)

当s=1时，转子空载整流电动势Ed0=2.34E20。将式(5-26)代入式(5-25)，消去转差率s，得到：

(5-27)利用转矩公式(5-27)和转子整流器在第一工作状态下的直流回路电压平衡方程式(5-21)，可以推出串级调速系统在第一工作区的机械特性表达式，如下所示：

(5-28)

而理想空载转差率为

(5-29)将第一和第二工作区分界点电流

代入式(5-27)，可求得第一、第二工作区分界点的转矩Te1—2为(Te1—2也称做交接转矩)：

(5-30)

在忽略定子电阻时，可以求得绕线式异步电动机固有特性的最大转矩为

(5-31)将式(5-30)与式(5-31)相比，可以得到：

(5-32)

由上式可知，Te1—2=0.716Tem。由于一般绕线异步电动机的最大转矩为Tem≥2TeN，这里TeN为绕线式异步电动机额定转矩，故Te1—2≥1.432TeN，即串级调速系统在额定转矩下运行时，一般处于机械特性第一工作区。

但要注意的是，上述求得的最大转矩实际上并不存在，它只不过是第一、第二工作区分界点的转矩，而真正的最大转矩应该发生在第二工作区。

2)第二工作区的机械特性与最大转矩

串级系统工作在第二工作区时，同样，在不考虑转子电阻损耗及转子整流元件的损耗时，转子整流器的输出功率等于转差功率，即有：

(5-33)

可以推出电磁转矩为

(5-34)已知第二工作区的电流为

(5-35)

把式(5-35)代入式(5-34)得：

(5-36)由上式可以看出，当强迫延迟换流角αp=15°时，可得串级调速系统机械特性第二工作区内的最大转矩为

(5-37)

将式(5-37)与绕线式异步电动机固有特性的最大转矩式(5-31)相比，可得：

(5-38)根据式(5-38)可以推出，采用串级调速后，绕线异步电动机的过载能力降低了17％左右。在选择串级调速系统绕线异步电动机容量时，应特别考虑这个因素。

此外，在式(5-35)中，令强迫延迟换流角αp=0，可求得机械特性第二工作区的起始转矩Te2为

(5-39)

所以，两段特性在交点处(γ=60°,αp=0)衔接。图5-22所示为晶闸管串级调速系统的机械特性曲线，由图可见，串级调速系统的机械特性比绕线式异步电动机固有的机械特性更软，最大转矩也比固有机械特性的小。图5-22异步电动机串级调速系统的机械特性曲线5.3.3双闭环控制的串级调速系统

根据生产工艺对调速系统静态、动态性能要求的不同，串级调速系统可以采用开环控制或闭环控制。串级调速系统静态特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。当开环控制不能满足调速性能指标要求时，就要采用闭环控制。根据闭环反馈控制规律，若生产工艺要求控制的物理量不同，如电流、电压、转速、流量、压力等，则要相应地采用该物理量的闭环控制。和直流调速系统一样，由电流反馈和速度反馈组成的双闭环调速系统较为常用，因此，下面主要讨论电流和转速双闭环控制的串级调速系统。

1.双闭环串级调速系统的组成

转速和电流双闭环控制的串级调速系统组成框图如图5-23所示。和双闭环直流调速系统中一样，U*n为转速给定信号，Un为转速反馈信号，U*i为电流给定信号，Ui为电流反馈信号，ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，GT为触发电路，TG为测速发电机，TA为电流互感器，UI为晶闸管逆变器，UR为二极管整流器。为了使调速系统既能实现速度和电流的无静差调节，又能获得快速的动态响应，转速调节器ASR和电流调节器ACR一般都采用PI调节器。图5-23转速和电流双闭环控制的串级调速系统组成框图

2.双闭环串级调速系统的工作原理

在图5-23中，转速负反馈信号Un取自异步电动机轴上连接的测速发电机TG，电流反馈信号Ui取自逆变器交流侧的电流互感器TA，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。当改变转速给定信号U*n的大小时，可以实现调速。例如，当转速给定信号U*n增大时，电流调节器ACR的输出电压也逐渐增加，使逆变角β逐渐增大，逆变电动势Eβ减小，电动机转速n也就随之升高。为了防止逆变器逆变颠覆，当电流调节器ACR的输出电压为零时，应整定触发脉冲，使逆变角为最小值βmin，通常βmin限制为30°。当电流调节器ACR的输出电压为上限幅值时，应整定逆变角为最大值βmax=90°。这里转速调节器起到输出限幅作用，ACR起到电流负反馈的调节作用，可以使双闭环串级调速系统在加速过程中实现恒流升速，获得良好的加速特性，通过转速负反馈实现闭环调速。因此，双闭环串级调速系统的工作原理与直流不可逆系统一样，具有静态稳速与动态恒流作用，所不同的是

它的控制作用都是通过转子回路实现的。值得指出的是，由于次同步串级调速不能产生电气制动转矩，故减速过程只能靠负载转矩自由降落，与不可逆直流调速系统相类似。

3.双闭环串级调速系统的动态结构图

1)转子直流主回路的传递函数

根据电气串级调速系统主回路直流等效电路图5-20，可以写出转子直流主回路的动态电压平衡方程式，如下所示：

(5-40)

式中，Eβ为逆变电动势，即逆变器直流侧的空载电压，其计算公式为

Eβ=2.34UT2cosβ

(5-41)

LΣ为转子直流回路总电感，LΣ=2LD0+2LT+LL，其中LD0是折算到转子侧的异步电机每相漏感，LT是折算到二次侧的逆变变压器每相漏感，LL是平波电抗器电感；RsΣ为转差率

时的转子直流回路等效电阻，且

(5-42)把转差率代入转子直流主回路的电压平衡方程式(5-40)得到

(5-43)

将式(5-43)取拉氏变换，可以求得转子直流主回路的传递函数，如下所示：

(5-44)由上式可以看出，转子直流主回路的传递函数近似为一个惯性环节，其中，TLn为转子直流回路的时间常数，

；KLn为转子直流回路的放大系数，。

2)异步电动机的传递函数

由于串级调速系统的额定工作点处于第一工作区，由第一工作区的电磁转矩公式(5-27)可知，电动机转矩Te与转子主回路直流电流Id的关系为

(5-45)相当于串级调速系统的转矩系数为

(5-46)

式中，系数Cm是电流Id的函数，也就是说在动态中Cm不是常数。如果用此式来表示转矩Te与电流Id的关系，会导致一定的误差。但是，为了计算方便，在串级调速系统的静态、动态情况下都用该式表示转矩Te和电流Id的关系。在电机拖动系统中，电力拖动系统的运动方程式为

(5-47)

即机械惯量的方程式，或者写成

(5-48)式中,IL为负载电流，即负载转矩TL所对应的等效直流电流。式(5-56)即为串级调速系统的运动方程式。把该式取拉氏变换，可以求得异步电动机的传递函数为

(5-49)

显然，串级调速系统中，异步电动机的传递函数可以近似为一个积分环节。上式中，TI为异步电动机环节的积分时间系数，且TI=GD2/375Cm。转速、电流双闭环串级调速系统中其他环节的传递函数与转速、电流双闭环直流调速系统中是一致的，这里不再具体推导。至此，可以得到双闭环串级调速系统的动态结构图，如图5-24所示。图5-24转速、电流双闭环串级调速系统的动态结构图

3)串级调速系统的动态结构图

串级调速系统在突然增加给定U*n时的起动动态过程与直流调速系统一样。起动初期，速度调节器处于饱和输出状态，系统相当于转速环ASR开环；随着起动过程的进行，电流调节器ACR的输出增大，使逆变器的逆变角β增大，逆变电压Eβ减小，从而打破了起动开始瞬间逆变电压大于电动机转子不动时整流电压Ed0的条件，产生直流电流Id，使电动机有电磁转矩而加速起动。在电动机转速未达到给定值以前，调速系统始终由电流环起电流跟踪作用，以维持动态电流Id为恒定，并且在加速过程中，逆变电压Eβ与转子整流器输出电压的变化速度相同。直到电动机的转速超调，速度调节器退出饱和，转速环ASR才投入工作，以保证最终获得与给定值相一致的实际调速。*5.3.4双闭环串级调速系统中调节器参数的设计

双闭环串级调速系统的设计方法与双闭环直流调速系统基本相同，通常也采用工程设计方法，设计规则也是从内到外，先设计电流环ACR，然后把设计好的电流环看做是速度环中的一个等效环节，然后再进行转速环ASR的设计。闭环控制串级调速系统的动态校正一般主要按抗扰性能考虑，即应使系统在负载扰动时有良好的动态响应能力。因此，在采用工程设计方法进行动态设计时，可以像直流调速系统那样：

(1)电流环按典型Ⅰ型系统设计。

(2)转速环按典型Ⅱ型系统设计。但是，由于串级调速系统转子直流主回路的放大系数KLn和时间常数TLn都是转速n的函数，不是常数，所以电流环ACR是一个非定常系统。另外，绕线式异步电动机的积分时间系数TI也不是一个常数，而是电流Id的函数，这是和直流调速系统设计的不同之处，同时也给调节器的设计带来一定的困难。具体设计时，可以先在确定的转速n和负载电流Id的前提下，求出各传递函数中的参数，例如按照要求的最大转差率smax或平均最大转差率smax/2来确定转速，按额定负载或常用的实际负载来选定电流，然后按定常系统进行设计。目前，双闭环串级调速系统的工程设计常采用以下方法：

(1)在进行电流环的设计时，一般来说，可按调速范围的下限，即低速时的smax来计算转子直流主回路的放大系数KLn和时间常数TLn，从而计算电流调节器的参数。因为突加转速给定信号U*n时，由于电动机机械惯性大，转速来不及变化电流已调节完毕，即电流调节过程是在电动机静止或处于某一低速下且转速来不及变化时进行的，因此，应按照低速时的KLn和TLn来计算电流调节器的参数。只要保证升速有好的动态性能，则降速时的动态性能也能得到保证。

(2)也可把电流环ACR作为定常系统，按平均最大转差率smax/2时所确定的KLn和TLn值去计算电流调节器的参数。

(3)转速环一般按典型Ⅱ型系统进行设计。由于电动机环节的非线性积分常数TI非定常，所以在设计时，可以选用与实际运行工作点电流值Id相对应的TI值，然后按定常系统进行设计。这样经校正后的系统会尽可能地接近满意的动态特性。

5.4交流调压调速系统和串级

调速系统的MATLAB仿真

本小节主要讨论的是交流调压调速系统和串级调速系统，这两个系统的执行机构是交流电动机。与前面所述的直流调速系统相比较，其主电路有区别。在控制电路中，交流调压调速系统的控制电路采用的是转速单闭环控制方式，串级调速系统采用的是转速、电流双闭环控制方式。交流调压调速系统控制电路的建模和仿真与直流调速系统的单闭环和双闭环控制方式相同，因此，本节着重讨论交流调压调速系统主电路的建模与参数设置。5.4.1交流调压调速系统的MATLAB仿真

交流调压调速系统的电气原理结构图如图5-10所示。按照图5-10的电气原理建立的交流调压调速系统的仿真模型如图5-25所示，其中同步6脉冲触发器和三相交流调压电路均为封装的子系统。同步6脉冲触发器的组成和封装模型和前面直流调速系统中使用的同步6脉冲触发器完全相同；而三相交流调压电路的封装在后面会详细介绍。下面主要介绍各部分的建模与参数设置过程。图5-25交流调压调速系统的仿真模型

1.交流调压调速系统的建模与模型参数设置

1)主电路的建模与参数设置

由图5-25可知，主电路由三相对称交流电压源、晶闸管三相交流调压电路、交流异步电动机、电机信号分配器等部分组成。三相交流电源的建模和参数设置在前面各章已经作过讨论，此处重点讨论晶闸管三相交流调压电路、交流异步电动机、电机测试信号分配器的建模和参数设置问题。

(1)晶闸管三相交流调压电路的建模与参数设置。晶闸管三相交流调压电路通常用三对反并联的晶闸管元件组成，单个晶闸管元件采用“相位控制”方式，利用电网自然换流。根据三相交流调压电路的接线要求，利用单个晶闸管元件搭建而成的三相交流调压电路仿真模型如图5-26所示，其中标记为UA、UB、UC的三个输入端子代表三相交流调压电路的输入端；标记为A、B、C的三个输出端子代表三相交流调压电路的输出端；标记为P的输入端子代表脉冲输入端，此端与同步6脉冲触发器的脉冲输出端(pulses)相连接。该仿真模型封装后的子系统如图5-27所示。在该仿真模型中，单个晶闸管(Thyristor)模块可以在电力系统(SimPowerSystem)工具箱中的PowerElectronics路径下得到。单个晶闸管元件的参数设置仍然遵循晶闸管整流桥的参数设置原则，具体的参数设置为Ron=0.01Ω,Uf=0.8V,Rs=10Ω,Cs=4.7μF。

(2)交流异步电动机的建模与参数设置。在电力系统(SimPowerSystem)工具箱中有一个电机(Machines)模块库。该模块库包含了直流电动机、直流发电机、异步电动机、同步电动机以及其它各种电机模块。其中异步电动机模块有两种：一种是标么值单位制(PUUnit)下的异步电动机模型；另一种是国际单位制(SIUnit)下的异步电动机模型，本节选择后一种异步电动机模型。国际单位制下的异步电动机模块符号如图5-28所示。描述异步电动机模块性能的状态方程包括电气和机械两个部分，电气部分有5个状态方程，机械部分有2个状态方程。该模块有4个输入端子，4个输出端子。前三个输入端子A、

B、C为电机的定子三相电压输入端；第四个输入端子Tm一般接负载，为加到电机轴上的机械负载，该端子可以直接接Simulink信号。该模块的前三个输出端子a、b、c为转子电压输出，一般短接在一起，或者连接其它附加电路。当选择鼠笼式异步电动机时，电机模块符号将不会显示输出端子

a、b、c。第四个输出端子为m端子，它返回一系列电机内部信号(共21路)，供给电机测试信号分配器模块(Machines

MeasurementDemux)的输入端子m。图5-26利用单个晶闸管元件搭建的三相交流调压电路仿真模型图5-27封装后的三相交流调压电路的仿真模型图5-28交流异步电动机的模块符号(AsynchronousMachineSIUnit)异步电动机的参数设置可以通过电动机模块的参数对话框来输入，有关参数设置如下：

①绕组类型(RotorType)列表框：分为绕线式(Wound)和鼠笼式(Squirrelcage)两种，本书选择后者。

②参考坐标系(ReferenceFrame)列表框：有三种坐标系可以选择：静止坐标系(Stationary)、转子(Rotor)坐标系和同步旋转坐标系(Synchronous)，此处选择同步旋转坐标系。

③异步电动机的额定参数：额定功率PN=2.2kW，线电压UN=380V，频率fN=50Hz。

④定子电阻(Stator)Rs=3Ω，定子漏感Lls=2mH。⑤转子电阻(Rotor)Rr=0.816Ω，转子漏感Llr=2mH。

⑥互感(MutualInductance)Lm=69.31mH。

⑦转动惯量(Inertia)J=2kg·m2，极对数P0=2。

⑧初始条件(InitialConditions)设为默认值［1，00，0，00，0，0］。

(3)电机测试信号分配器的建模与参数设置。异步电动机测试信号分配器的模块符号如图5-29所示。该模块共有21路输出信号。具体要输出哪些信号，可以根据实际问题，通过电机测试信号分配器模块的设置对话框来选择。需要输出哪个物理量，只要在其前面的复选框内打个“√”即可。此

处选择三路输出信号，转子电流ira、irb、irc、转子角速度ωm和转矩Te。其中电机类型(MachineType)有四种选择：

单一化同步电机(SimplifiedSynchronous)、同步电机(Synchronous)、异步电机(Asynchronous)和永磁式同步电

机(PermanentmagnetSynchronous)，这里电机选择为异步

电机。图5-29异步电动机测试信号分配器(MachinesMeasurementDemux)的模块符号

2)控制电路的建模与参数设置

交流调压调速系统的控制电路包括：给定环节、速度调节器ASR(采用PI控制器)、限幅器、速度反馈环节等。该控制电路和无静差单闭环直流调速系统完全相同，同步脉冲触发器也完全相同，此处不再详细讨论。需要注意的一点是，为了得到比较复杂的给定转速信号，这里采用了将简单信号源组合的方法，将两个阶跃信号叠加组成输入信号。此处阶跃信号Step1的阶跃时间(StepTime)设为0，初值(InitialValue)设为50，终值(FinalValue)设为100，采样时间(SampleTime)设为2s；阶跃信号Step2

的阶跃时间(StepTime)设为2s，初值(InitialValue)设为0，终值(FinalValue)设为50，采样时间(SampleTime)设为4s，则组合输入信号如图5-30所示。图5-30交流调压调速系统的给定转速信号控制电路的有关参数设置如下：对于速度调节器ASR，PI调节器的放大倍数为Kpi=30，积分时间常数τpi=300，

PI调节器的上下限幅值为［100，-100］，限幅器(饱和器)限幅值为［100，-100］，其它没有特别说明的参数设为系统默认值。

2.交流调压调速系统的仿真参数设置

仿真所选择的算法为ode23tb，仿真开始时间(Start

Time)设为0，停止时间(StopTime)设为10，其它与上一章、系统相同。

3.交流调压调速系统的仿真及其仿真结果分析

建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图5-31所示为交流调压调速系统的转速仿真曲线，图5-32为使用MATLAB命令绘制的交流调压调速系统的转速曲线。从仿真结果可以看出：在稳态时，仿真系统的实际速度能实现对给定速度的良好跟踪；在过渡过程时，仿真系统的实际速度对阶跃给定信号的跟踪有一定的偏差。从图中还可以预见，实际速度对斜坡给定信号的跟踪还是比较好的。图5-31交流调压调速系统的转速仿真曲线图5-32用MATLAB命令绘制的交流调压调速系统的转速曲线5.4.2转速、电流双闭环串级调速系统的MATLAB仿真

转速、电流双闭环串级调速系统的电气原理结构图如图5-23所示。根据图5-23，采用面向电气原理结构图的方法构建的晶闸管串级调速系统的仿真模型如图5-33所示，其中主电路子系统为封装后的电路，由图5-34的模型封装得到。下面分别介绍各部分的建模与参数设置过程。图5-33转速、电流双闭环串级调速系统的仿真模型图5-34晶闸管串级调速系统主电路子系统的仿真模型

1.串级调速系统的建模与模型参数设置

晶闸管串级调速系统的主电路由三相对称交流电压源、绕线式交流异步电动机、二极管转子整流器、平波电抗器、晶闸管逆变器、逆变变压器、电机测试信号分配器等部分组成。图5-34是晶闸管串级调速系统除三相对称交流电压源、同步脉冲触发器、电机测试信号分配器之外的主电路子系统的仿真模型，其封装后的主电路子系统如图5-35所示。图5-35晶闸管串级调速系统主电路子系统的封装模型在图5-33和图5-34的仿真模型中，同步脉冲触发器、电机测试信号分配器、平波电抗器、交流异步电动机(绕线式)、PI调节器的建模和参数设置在前面的章节已经具体介绍过，此处不再赘述。这里主要讨论二极管转子整流器、晶闸管逆变器、逆变变压器的建模和参数设置问题。

(1)二极管转子整流器的建模和参数设置。在SimPowerSystem/ExtraLibrary路径下找到三相电气(ThreePhaseLibrary)子模块库，然后在此子模块库中找到“6脉冲二极管桥”(SixpulseDiodeBridge)模块，并将其标签改为“转子整流桥”。具体的参数设置如下：二极管导通阻抗(DiodeOnstateResitance)为0.001Ω，二极管导通自感系数(DiodeOnstateInductance)为0H，二极管正向导通电压为0.8V，缓冲阻抗(SnubberResistance)为10Ω，缓冲电容(SnubherCapacitance)为4.7μF。

(2)晶闸管逆变器的建模和参数设置。在SimPower

System/ExtraLibrary路径下找到三相电气(Three-PhaseLibrary)子模块库，然后在三相电气子模块库中找到“6脉冲晶闸管桥”(Six-pulseThyristorBridge)模块，并将其标签改为“逆变桥”。具体参数设置如下：晶闸管导通阻抗为0.01Ω，晶闸管导通自感系数为0H，缓冲阻抗为10Ω，缓冲电容为4.7μF。

(3)逆变变压器的建模和参数设置。同样在SimPower

System/ExtraLibrary路径下找到三相电气(Three-PhaseLibrary)子模块库，然后在三相电气子模块库中找到“YgY线性变压器”(YgYLinearTransformer)模块，并将其标签改为“YgY逆变变压器”。图5-36是YgY逆变变压器的参数设置

情况。图5-36

YgY逆变变压器的参数设置将各模块按照电气原理结构图所示的关系连接，就可以得到图5-34所示的仿真模型。

2.控制电路的建模与参数设置

由图5-33可知，晶闸管串级调速系统的控制电路包括给定环节、速度调节器ASR、电流调节器ACR、限幅器、速度和电流反馈环节等。这些与双闭环直流调速系统的控制电路仿真模型没有什么区别，同步脉冲触发器也一样，此处就不再详细讨论了。晶闸管串级调速系统比较复杂，为了得到比较好的性能，在设置控制电路的参数时，需要进行多次试探，进行参数优化。

3.系统的仿真参数设置

经仿真实验比较后，选择算法ode15tb；仿真起始时间StartTime设为0，终止时间StopTime设为10，其它与前述章节相同。

4.系统的仿真及其仿真结果分析

当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。

图5-37晶闸管串级调速系统的给定转速、实际转速和负载转矩曲线晶闸管串级调速系统的给定转速如图5-37(a)所示，在负载为150时，串级调速系统的转速仿真波形如图5-37(b)所示。从仿真结果可以看出：在稳态时，仿真系统的实际速度能实现对给定速度的良好跟踪，而且可以实现稳态误差；但是，在过渡过程时，仿真系统的实际速度对阶