三相异步电动机的串级调速系统设计

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Ui及以外的一些还能够可将此在经整流装置进行一次整流输出的一个转差的功率的逆变，同时在回馈到交流电网上。

转子的整流器和晶闸管的有源逆变器，它们的连接方式采取的是三相桥式结构。逆变电压Ui是由逆变器在转子的回路中串入的一个附加的直流电动势。拖动负载的转矩是由直流回路中的电流Id所决定的，当电动机拖动的负载是一定时，Id作为定值不变，通过改变逆变角β的值，使逆变电压Ui也会随之发生相应的改变，通过这种方法是向最终的调速目的。

3.3 逆变电路的设计

逆变电路指的是起逆变作用的由晶闸管组成的三相的桥式整流电路，α为控制角时，逆变角β=π-α[20]。逆变时所被允许采用的最小逆变角βmin=δ+γ+θ’。

晶闸管工作时他的关断时间tq ，最大的时候可达到200~300us，折算成δ就约为4o到5o。γ则根据下面公式：

co?s?co?s?(??)IdXB2U2sinm （3.7）

?

进行计算，γ约15o到20o为。但在三相桥式逆变电路中，触发器在输出时会有脉冲输出，导致相位角之间的间隔不相等，一般的不对称度在5o左右。需要设置安全裕量角，否则偏后的脉冲就相当于将β值变小，可能会小于βmin，最终导致逆变失败。

3.4 整流电路的设计

使用三相桥式的不可控的整流电路构成转子的整流电路，如图3.2所示：

图3.2 转子整流电路

电机运行在某一转差率s下时，导通整流器，就会有换相的现象出现，正

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在换相中的一个两相电动势在这时突然且同时的产生了作用，换相重叠降就这样的产生了。

换相时产生的重叠角为： ??arccos[1?2sXD0Id6sEr0]?arccos[1?2XD0Id6Er0] （3.8）

通过上式（3.7）可以了解到，重叠角γ将会因为整流器之中的电流Id他的增大进而变大。通常在Id会比较小的时候，在0o至60o之间的时候，得到的是一个正常的整流波形，

在整流电路当中，它的各个整流器件都是在其所对应的相电压波形的所有自然换相点处在进行它的换流。负载电流Id持续增大到比公式（3.7）计算得到的γ角60o时的值还大时，期间就算到了自然换相点也不会发生换相，这就使的以后的一些步骤都推迟，例如应该在自然换相点换流的就要推迟处理，这就出现了一种现象被称为强迫的换流现象，所有被延迟的角度有个统一的称呼αp，其被称之为强迫延时换相角。强迫延时换相现象只能够说明在某一时刻Id的值超过某一值，这个整流器件就会比自然换相点更加的滞后于αp的角度处进行换流，但是如果从总体上来看，6个器件共同在360o内进行轮流的工作，而当每一对器件在进行换流得过程中只是最多占60?，最终的结果时，无论Id取值再大，最终γ=60o是不会发生变化的。

在整流时的电流： ID?6Er06Er0? [cos?p?cos(?p??)]?sin(?p?) （3.9）

2XD02XD06在整流时的电压：

Ud?2.3sE4r0?2.3sE4r0co?sp?co?sp(??2c?ops?3sXD0)?R2DId （3.10）

?Id?RDI2d特别是其中，RD=sR’s+Rr 是被用来折算到了电动机的转子侧并将定子和转子他们每一个的等效电阻上。当γ≤60o时，通常情况下表示转子整流的电路将处于一种不可控的整流工作状态,这就是第一种工作状态；0﹤αp﹤30o，γ=60o时则被称为第二种工作状态。

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3.5 保护电路的设计

快速熔断器，快速熔断器是在电路当中的电流超过限制时的保护措施，也是一种使用比较广泛应用的电路保护装置。快速熔断器带有辅助接点，快速熔断器的断流时间会在10ms以内。世面上常见的快速熔断器最常见的是元件串联的接法。快速熔断器的选择计算：

IRD?(1.25~1.50)IF(A)

式中： IRD—熔体电流有效值

IF —元件额定电流

3.6 控制电路的设计

3.6.1 主控制器的选择

使用单片机作为控制核心，不仅安全可靠，价格低廉，应用起来十分简单方便，并且搭建的外围电路也比较少也是单片机的一大特点，比较容易控制和实现。具有极其灵活的可编程性也是单片机系统的特色，对于系统进行功能的拓展和性能改善也十分地方便。而且还具有结构简单、性能可靠、功能强大、较强的实用性、性价比较高等特点，使得整个系统设计成本降低，降耗能耗，而且速度控制精度也大大提高了

3.6.2 电流环的设计和参数计算与推导过程

电流环的时间常数是非常的小，并且反应很迅速，但转差电势变化却缓慢，可忽略掉转差电势的影响，简化以后，按照典型Ⅰ型系统校正，令τi=TLn；那么电流环的结构图就会如图4.2所示： T?i?Tfi?TV （3.11）

电流环的开环放大倍数如下： 又因为：

KI?12T?i12

KI?KiKVKLnKfi/?i（3.12）

（3.13）

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可以得到电流调节器的参数如下所示：

Ki?

Tn （3.14）

2KVKLnT?iKfi上式中：KV、TV—是指晶闸管逆变器的静态放大倍数β与动态滞后的时间常数T；

Tfi—电流反馈回路的滤波时间常数，Tfi=T0； Kfi—电流反馈回路电流的放大系数β。

3.6.3 速度环的设计与其参数的计算推导过程

电流环按照典型的Ⅰ型系统校正以后，其闭环的传递函数速度环动态的结构，为使系统也具有好的抗扰动性及跟随性，转速环通常都按照典型Ⅱ型系统进行设计的。即让τn=hT∑n，在h=5时系统的抗扰动性及跟随性最好，速度环的开环放大倍数如下 ：

KN? T?nh?1 （3.15）

2h2T?2n?Tfn?2T?i （3.16）

2h?1TJKfi? （3.17）

2hKfn得到速度调节器参数如下所示：

Kn?

?nTJKfiKfn13