一种改进型串级调速系统的研究与设计

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1、一种改进型串级调速系统的研究与设计ResearchandDesignaboutanImprovedCascadeControlSystem张兴起1任开春1何春晗1张小春1罗敏21.重庆通信学院（重庆400035),2.75706部队（海丰县516400)ZhangXing-qi1,RenKai-chun1,HeChun-han1,ZhangXiao-chun1,LuoMin21.ChongqingCommunicationInstitute（Chongqing400035）,2.75706troops（Haifeng

2、516400,China）摘要：通过对传统串级调速系统的分析研究，针对其不能实现电气制动的不足，提出一种改进型串级调速系统的设计方案。利用MATLAB软件，分别对两种调速系统的启动、制动进行仿真验证。结果表明，改进型串级调速系统不仅能够实现电气制动，而且调速性能优于传统串级调速系统。关键字：串级调速电气制动绕线电机Abstract:Byresearchingontraditionalcascadecontrolsystem,wedesignedanimprovedcascadecontrolsystembecause

3、ofthefaultthatthetraditionalcouldn’tachieveelectricbraking.Simulationexperimentswereconductedinthetwospeedregulationsystemsofstartandbraking.Thesimulationresultsindicatedthattheimprovedsystemcouldn'tonlyrealizeelectricbraking,butalsoitsperformanceofspeedregulat

4、ionwassuperiortothetraditionalsystem.Keywords:Cascadecontrolsystem,Electricbraking,Wound-typeelectromotor［中图分类号］TM343+.4［文献标识码］A文章编号：1561-0349（2011）12-1引言三相异步电机拖动的风机和水泵耗电量占全国发电总量的40%以上。目前大多数的风机水泵采用阀门、挡板或其它低效调速方法来调节流量满足负载要求，浪费电能严重。因而高效节能调速具有重要的经济和社会效益。在高效节能调速方面有

5、串级调速、变频调速两种，两者的区别是变流控制装置控制点不同。变频调速控制电机的定子侧，而串级调速控制电机的转子侧。变频装置需要承受供电电压和全部功率，因而在低压小容量电机上广泛应用，大容量电机上则存在诸多问题[1]。而串级调速承受的转子电压和比额定功率小得多的转差功率，因而在高压大容量电机调速上具有突出的优势。本文对传统的串级调速系统进行了研究，并针对其缺点进行了改进，提出了一种改进串级调速系统的设计方案。2传统串级调速系统的工作原理分析传统的串级调速系统将绕线电机的转子回路通过变流器及逆变变压器与电网相连[2]。如

6、图1所示。图1串级调速系统示意图上图二极管改为空心通直线，电感改为曲折形状，符号为斜体，脚注为小写正体，电压‘U’改为‘V’图1中U1为三相不控整流装置，U2为三相可控整流装置，L为平波电抗器。绕线电机转子的相电动势sEr0经U1整流输出直流电压Vd。U2提供可调直流电压Vi作为电机调速所需要的附加直流电动势外，还可以将U1整流输出的转差功率逆变，通过逆变变压器回馈到电网。不考虑电机转子与变压器绕组内阻以及晶闸管换相重叠角压降的影响，可以写出转子直流回路的电压平衡方程式：Vd=Vi+IdR（1）或K1sEr0=K2U

7、2cosα+IdR（2）式中K1、K2分别为U1和U2装置电压的整流系数，V2为变压器的二次相电压，α为U2装置的逆变角，R为转子直流回路总电阻。由电机学可知，转子电流方程为：（1）CT与电机结构参数有关的常数；Φm是电机主磁通，电机供电电压稳定时，近似为常数；cosφ2为转子功率因数，当电机稳定运行时，转差率变化不大，因此转子电流Ir近似与转速无关，与电机负载大小有直接关系。下面从起动、调速与停车三种情况分析系统工作原理。（1）起动电动机起动时要有足够大的转子电流或足够大的整流后的直流电流Id。由式（2）可知，控制

8、α使Vd与Vi有足够大的差值来产生满足启动需要的电流Id，但不超过额定值。这样电机在一定转矩下加速起动，随着转速的提高，转子电动势减小，增大α角以减小Vi值来维持起动电流的恒定，当达到期望的转速时，不再调整α角，电机在此转速下稳定运行。（2）调速控制α角的大小就可以调节电动机的转速。当增大α角时，由式（2）可知逆变电压就会减小，Id将增大，电磁