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1、绕线式异步电动机的串级调速作者： 摘 要：本设计主要利用电力拖动控制设计出可靠安全且容易操作和维修。主要介绍了机械和工艺对电器控制线路的要求，以及怎么设计出来的控制线路满足生产的要求，达到简单经济。在设计电力拖动自动控制系统时，一般包括两部分内容，一是确定拖动方案和选择电动机，前者主要解决的是采用交流拖动方案还是直流拖动方案，后者主要解决的是选择电动机容量等问题。根据电机学由异步电机转速公式n=60f1/(1-sp)可知异步电机的调速方法有改变定子频率、磁极对数和转差率等，而对于绕线式异步电机我们一般都采用的是改变转差率进行调速，而改变转差率实现异步电动机的调速方法有一：在绕线式异步电机的转子
2、中串入不同的电阻实现电力拖动的速度调节，但这中方法存在着以下缺点：1）他是通过增大转子回路电阻来降低转速，当电机负载转矩恒定时，转速越低转差功率越大，这种方法是通过增大转差功率来降低转速的，但所增加的转差功率全部被转化为热量消耗掉了，这种调速方法效率岁调速的范围增大而降低。2）调速时电机理想空载转速不变。只能在额定转速以下调节，调速时机械特性变软，降低了静态调速精度，3）由于转子回来附加电阻的档数有限，无法实行无级调速，调速范围小。二：串级调速，串级调速是通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，串级调速可以将异步电动机的功率加
3、以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高。它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬。特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用。 关键词：异步电动机 串级调速 原理 基本类型Abstract：The design of the main drag to control the use of electricity to design safe and reliable operation and maintenance easy. Introduces the process of mechanical and electrical
4、 control circuit, as well as how the control circuit designed to meet the requirements of the production to a simple economic. Automatic control in the design of electric drive system, generally comprises two parts, first drag the program to identify and select the motor, which is used mainly to sol
5、ve the exchange program or drag drag DC program, which is the main solution is to choose electric machine capacity and so on.According to the study by the electric induction motor speed formula n = 60f1 / (1-sp) induction motor can see the speed control methods have to change the frequency of the st
6、ator, on the pole and a few slip, and so on, but for the winding - We induction motors generally used is to change the slip for governor, and change the slip of the induction motor to achieve a speed control methods: the wound-rotor induction motor in the string into a different resistance to realiz
7、e the power delay Adjust the speed of the move, but there is method in the following shortcomings: 1) he is through loop increased resistance to reduce the rotor speed, when the motor torque constant load, the lower the speed difference to the greater power, this approach is adopted Increasing deter
8、ioration of the power to reduce speed, but the increase in power all the difference to be converted into energy consumed, the efficiency of this method of speed-year-old governor to reduce the scope of the increase. 2) The speed at the same speed no-load motor ideal. Can only be rated below regulati
9、on speed, variable speed control when the mechanical properties of soft and reduce the static speed accuracy, 3) due to additional back rotor resistance limited number of stalls, unable to carry out stepless speed regulation, the small scope of the governor. Second: Cascade Speed, speed cascade thro
10、ugh the wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to achieve slip cascade of speed. Rotor resistance and the string in different ways, can cascade speed asynchronous motor to power the application (or the power grid back into mechanica
11、l energy to send back to the motor shaft), so efficient. It can not achieve the smooth-class speed and low speed when the mechanical properties of relatively hard. Thyristor especially low speed synchronous cascade system, the technical difficulty of small, relatively perfect performance, which was
12、widely used. Key words: asynchronous motor series of basic principles governing the type of 一、串级调速的基本原理 所谓串级调速就是在转子回路中串入与转子电动势E2同频率的附加电动势Eadd如图11所示。通过改变Eadd的幅值大小和相位来实现交流电动机的调速。这样电动机在低速运转时，转子中的转差功率Ps仅有小部分消耗于转子相电阻R2上，而大部分被串入的附加电动势Eadd所吸收，再利用产生附加电动势的装置，设法把所吸收的这部分转差功率回馈给电网。这种在绕线式异步电动机 转子回路中串入附加电动势Eadd的高
13、效率调速方法称为串级调速。 图11 转子串接Eadd的基本原理（一）串级调速的分类串级调速系统的核心是产生附加电势Eadd的装置。由于异步电动机转子的电动势sE20的频率是随转速变化的，这样Eadd的频率也须随转速而变，也就是说Eadd装置应该是其频率和幅值可调的三相变频器。目前这种变频器有交一交变频器和交一直一交变频器两种。由于采用变频器来产生附加电动势Eadd使电动机既可在同步转速以下调速，也可在同步转速以上调速，即实现超同步调速。超同步串级调速系统控制装置复杂，设备费用高，国外正在逐步应用，国内尚在研制中。目前，国内外广泛应用的是转子电路串入直流附加电动势Eadd的方案，以避免随着转速的
14、不同，改变Eadd的频率，如图12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sE20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，由一逆变器产生。由于转子电路采用了不可控整流电路，转差功率的传递是单方向的，即转差功率只能从转子流向产生Eadd的装置，再回馈电网，而无法实现由电网向电动机转子输入转差功率，所以系统只能运行在低于同步速度的电动状态和高于同步速度的发电制动状态，即系统只能在同步速度以下调速，通常称这样的系统为低同步串级调速系统。对于低同步串级调速系统又可分为以下两种。图1-2 采用直流附加电动势Eadd的串调系统框图（二）机械串级调速转差功率送至电机轴上
15、机械串级调速系统。串级调速系统还有一种机械串级调速系统，也称恒功率串级调速系统，如图13所示。该系统中产生直流附加反电势Eadd的是直流他激电机MD，它与被调速的主电机MA同轴硬性联结。改变直流电机的激磁电流，就相应改变Eadd值，即可实现主电机的调速。当不计电机的各种损耗，主电机从电网吸收的功率为P，主电机直接输送给负载的机械功率为P(1s)，另一部分转差功率经转子整流器送给直流电机，由于直流电机与主电机同轴硬性联结，使直流电机吸收的转差功率sP转变为轴上的机械功率仍然又输送给负载。这样串级调速系统调到低速运转时，负载得到的机械功率总和为 图1-3 机械串级调速系统所以该系统具有恒功率的调速
16、特性。机械串级调速系统具有低速运转时电机能产生大转矩的特点，故适于低速时需要重负载转矩的生产机械场合。但这种串级调速系统范围不大，因转速较低时，直流电机不能产生足够的附加电势Eadd通常调速范围在2：1以内。图1-4 晶闸管串级调速系统（三）、晶闸管串级调速1)、晶闸管的工作原理 图1-5 晶闸管1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。 2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。 3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。 4. 晶闸管在导通情况下，当主
17、回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结(图1-5)可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管(图1-5) 当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。(图1-5)中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。 设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流
18、放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0, 晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和： Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0 若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig 从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如(图1-5)所示。 当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流IaI
19、c0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从(图1-5)，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2） 1时，式I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）中的分母1-（a1+a2） 0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。 式I=(Ic0+Iga2)/
20、（1-（a1+a2）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2） 0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。 在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流 Ia 减小到维持电流 IH 以下时，由于 a1 和 a1 迅速下降，当 1- （ a1+a2 ） 0 时，晶闸管恢复阻断状态，转差功率回馈至电网晶闸管串级调速系统 这种串级调速系统的组成如图14所示。在异步电动机转子绕组端连接一个不可控整流器，将转子电动势sE20整流为直流电压Ud，有源逆变器再将直流电压逆变成交流电与电网相连，通过控制有源逆变器直流侧电压U即可改
21、变直流附加电动势Eadd便可控制电动机速度，实现电动机在低于同步速度范围内的调速。由于用的是不可控整流器，故转差功率只能单方向经过整流器输出，为有源逆变器吸收，再回馈电网。随着大功率晶闸管变流技术的飞跃发展，晶闸管串级调速系统显示出无比优越性，已成为低同步串级调速的典型方案。本章下面将着重论述目前广泛应用的低同步晶闸管串级调速系统。（四）、 低同步串级调速系统当Eadd=0时，电动机工作在自然机械特性上，假定电动机拖动恒额定转矩的负载，这时电动机转速处在接近额定值稳定运转的状态，此时转子电流I2为: 串入的附加电动势与转子基本电动势反相时，此时转子电流I2为: 由于机械惯性，转差率暂时没有改变
22、，于是转子电流I2减少，则电动机产生的转矩T1 =CmmI2cos2，随I2而减少，使电动机电磁转矩小于负载转矩，平衡条件被破坏，迫使电动机转速减少。随着转速的减少，转差率s升高，由上式可知，转子电流I2回升， 转矩Te。亦相应回升，直到电动机转速降低至某值，I2又回升到使电动机转矩复原到与负载 转矩相等时，减速过程结束。这就是低于同步速度方向调速的原理。串入附加反电动势Eadd值愈大，电动机的稳态转速就愈低。低同步串级调速系统有下列优点：(1)由于串级调速系统将转差功率利用起来，所以是一种经济、高效的调速方法。(2)由于串级调速的电动机定子接到交流电源，因而电动机的磁场不变，只控制附加电动势
23、（即控制角）即可实现调速，则控制方便。(3)由于其附加装置控制的只是转差功率，因而装置的容量只是电动机功率的一部分，则串级调速系统的设备投资较少。因为串级调速系统是将转差功率利用起来并回馈电网，所以从能源角度上看是一个节能项目。（五）、 高同步串级调速系统串级调速还可以向高于电动机同步速度方向调速。当附加电动势与转子基本电动势同相时，使转子电流I2增加，此时， 电动机电磁转矩相应增大，电动机电磁转矩值大于负载转矩，使电动机加速,s值减少。由上式可知，随着s减少，转子电流I2亦减少，这一过程将持续到I2恢复至原值。当串入的附加电动势Eadd值足够大时，电动机加速，可能会超过同步速度，于是s0，s
24、E200，使I2减少，这一过程持续到Te恢复到原有数值。在新的平衡状态下，电动机处于高于同步速度的某值下稳定运行，这就是异步电动机的高于同步转速串级调速的原理。串入同相位的Eadd的幅值越大，电动机的转速就越高。二、 能源传递关系异步电动机转子回路中外接附加电动势构成的串级调速系统，从功率关系看，实际上是通过控制转子的转差功率来控制异步电动机的转速。因此串级调速的各种基本运转状态可以通过功率的传递关系加以讨论。串级调速可实现四种基本运转状态，不同的运转状态下功率传递关系如图15所示，为了清晰地表示功率传递关系，图中忽略线路和电动机内部的各种损耗，认为定子输入功率P就是转子电磁功率P。 图1-6
25、 串级调速的基本运行状态与功率传递关系 第一种状态是低于同步转速的电动状态，如图16 (a)所示。这时转子电流I2与转子电动势E2相位趋于一致，而与串入的附加电动势Eadd的相位相反，故转子输出转差功率Ps=SP被Eadd装置所吸收，并将它回馈电网。第二种状态是高于同步转速的电动状态，如图16(b)所示。这时转子电路外接附加电动势Eadd的相位和I2相位趋于致，而E2与I2的相位相反，电网通过Eadd装置向电动机转子输入转差功率|S|P从功率传递角度来看，高于同步转速的电动状态的串级调速系统是一种向异步电动机定子和转子同时输入功率的双馈系统。第三种状态是高于同步转速的发电制动状态，如图16(c
26、)所示。这时转子回路与第一种低于同步转速电动状态相同，电动机转子输出转差功率，由Eadd装置吸收并回馈电网同时定子也向电网回馈功率。电动机在高于同步速度下产生电气制动，工作在高于同步速度的发电制动状态。 第四种状态是低于同步转速的发电制动状态，如图16(d)所示。其特点是电网通过 Eadd装置向电动机转子回路提供转差功率SP，功率传递方向与高于同步速度的电动状态相同。送入转子的转差功率与电动机轴上输入的机械功率相加，通过定子回馈电网，此时电动机处于低于同步速度的发电制动状态。 所谓低同步串级调速系统，采用的是不可控整流器，只能附加装置吸收转差动率，转差 功率的流向是单向的，只能在同步转速以下调
27、速，电动机只能工作在第一种和第三种状态；而超同步串级调速系统，采用的是可控整流器，转差功率的流向是双向的，这样既可在同步转速以下调速，亦可在同步转速以上调速，电动机可以工作在上述四种状态。三、整流与逆变（一）、 整流电路整流电路是通过六只晶闸管组成的三组桥式全控整流电路，它是把交流电变成直流电的装置；三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路共阴极组和共阳极组串联而成的。此时输出的平均电压：Ud=2.34SE20 式中s异步电动机的转差率，其值为S=n0-n/n0 (n0和n分别为电动机的理想空载转速和实际转速) E20 为转子开路时的线电压整流电路的工作过程： 随着角的增大，它的电压和电流
28、波形如下： 图17转子整流电路的电压和电流波形(a)00换流重叠角随着转子直流整流电流Id的增大而增大，当Id较小，且小于600时，接到转子整流电路各相转子电动势e2a,e2a,e2c与各整流元件上的电流 i1、i2、i3的波形如图所示。图中除换流期间有了个整流元件同时工作外，其它时刻都只有两个元件导通，这是整流电路的正常工作情况。当负载电流Id增大到使=600时，整流电路共阳极组两个元件（如VD5与VD1）换流刚结束，立刻就发生共阴极组两个元件（如VD6与VD2）的换流。这样整流电路始终处于换流状态，在任何时刻都有3个元件同时导通，这仍属于自然换流正常工作，见图b。当负载电流Id再进一步增大
29、，就会出现整流元件的强迫延迟导通现象 如图C所示，当Id大到一定值时，假设所计算出的大于600。这样在图C的t4时刻本应发生元件VD1和VD3 间的自然换流，但因 600使得原处在换流状态的元件VD6与VD2间的换流仍未结束（注意此时VD1原已导通，VD6与VD2 处于同时导通状态）。故此时加在元件VD3阳极上的电压不是e2b 而是(e2b+e2c)/2，且为负值，而其阴极电位为e2a 。所以VD3 承受了反压，在t4时刻无法导通。只有等到t5时刻，待VD6与VD2 换流结束，VD6被截止后，VD3的阳极电位立即从(e2b+e2c)/2跃变为e2b ,使元件两端承受了正向电压后才开始导通，并开
30、始VD1与VD3间的换流。这样就产生了整流元件的强迫延迟换流现象，区间t4t5便是强迫延迟导通时间，对应的电角度即称为强迫延迟导通角，以p表示。依次类推，其它各相的整流元件也相应出现强迫延迟换流现象。例如VD1,VD3受强迫延迟换流影响从t5时刻开始换流，到t7时刻换流结束。区间t5t7即是换流重叠时间，所对应的电角度即是的大小。从图c可以证明这段时间所对应的=600，当负载再增大时只引起强迫延迟导通角的继续增大，而角一直保持600。 由于出现强迫延迟换流现象，可以把转子整流电路的工作分为两个工作状态。在0600时，p =00，称为转子整流电路的第一工作状态；此时转子整流电路呈不可控本质，在自
31、然换流点处进行换流。当=600，0p300时称为整流电路的第二工作状态。此时整流电路不再在自然换流点换流，而是一个p角度才换流。强迫延迟导通上使整流电路好像处于可控工作状态，p角相当于元件的控制角，所以转子整流电路相当于一个可控整流电路。为此可直接利用可控整流电路的一些分析式，表达转子整流电路在第二工作状态时的一些物理量。整流电流 Id=E20/2XD0整流电压 Ud=2.34SE20COSp-(SXDOId/)上两式中，当p0时，=600由图 可见图1-7，当转子整流电路在第一、第二工作状态工作时整流电路中最多只有3个元件导通。但当p300时，整流电路中就出现4个元件同时导通，形成共阳极组与
32、共阴极组元件双换流的重叠现象，整流电路进入非正常故障工作状态，此时保持p=300，而角继续增大，使整流电路处于第三作状态，由于它不属于正常工作范围，在此就不进行讨论。转子直流回路平波电抗器的作用是：一，使串级调速在最小工作电流下仍能维持电流的连续；二，减小电流脉动，把直流回路中的脉动分量在电动机转子中造成的附加损耗控制在允许的范围内。（二）、逆变电路逆变电路它是将直流电又变成交流电的装置，由晶闸管组成的三相有源逆变桥的作用有两个：一是从电网为转子回路提供附加直流电势E，它与外串附加交流电势Ef相当，因是低同步串级调速，所以它的方向与转子直流电势Ed相反；二是把直流电再逆变为与电网同步的三相交流
33、电，从而把转差功率Ps通过逆变变压器T匹配成电网电压，送回电网。1、问题的提出前面讨论了晶闸管可控整流电路的工作过程，在可控整流电路中，主要是研究如何把交流电变成电压可调的直流电来满足不同负载的要求，它在国民经济各个领域中已经得到了越来越广泛的应用，那么能不能利用晶闸管电路把直流电转变成交流电送回电网中去呢？这就是我们所要讲的变流器。若将变流器的交流侧接到交流电源上，变流器把直流电逆变成50Hz的交流电送回到电网中去，我们称为有源逆变。若将变流器的交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频率可调的交流电供给负载，我们把它称作无源逆变或变频，在这里我们只讨论有源逆变。2、 三相桥式逆变电路的工作原理三
34、相桥式逆变电路中，设直流侧具有足够的电感，输出电流Id波形连续平直，电动机电势EM的极性及大小已具备逆变条件，对应于u、v、w三相电源，共阴极组的三个晶闸管为VT1、VT3、VT5；共阳极组的三个晶闸管为VT4、VT6、VT2，为了保证电路构成通路，晶闸管必须成对导通，且该两个晶闸管必须分别属于共阳极组和共阴极组。和三相桥式整流电路一样，一个周期内每个管子导通120，每隔60换相一次，管子导通的顺序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。下面以=60为例分析其工作原理。设在t=t1之前电路已正常，即晶闸管VT5和VT6已经导通。当t=t1时，晶闸管VT1的触发脉冲到来，这时VT1管的
35、阳极电位uu高于VT5管的阳极电位uw,具备导通条件（共阴极组的管子朝阳极电位更高的方向换相，共阳极组的管子朝阴极电位更低的方向换相），因此VT1管被触发道通，VT5管由于承受反压而关断，输出电压ud线电压uuv。在t1tt2期间虽然uuv0,所以它们能够道通。Id的流通方向从EM的正极流出，经VT6管流入V相，再由u相流出，经VT1管回到EM负极，直流电源EM输出功率，交流电源吸收功率。当VT1和VT6管导通60以后即t=t2时，晶闸管VT2的触发脉冲到来，这时VT2管的阴极电位uw低于VT6管的阴极电位 uv，所以VT2管被触发导通，VT6管由于承受反压而关断，这样，输出到负载的电压ud为
36、线电压uuw。后面按照管子的导通顺序依次触发管子VT3、VT4、VT5、VT6，从而在负载上得到的电压ud分别为uvw、uvu、uwu、uwv。每个周期内输出电压Ud的波形由六段形状相同的电压波形组成。三相桥式电路相当于两组半波电路的串联，所以其逆变电压的平均值是三相半波电路和逆变电压平均值的两倍，即：Ud=-2. 34U2cos其中U2为变压器二次线电压的有效值。Id=Ud-EM/R （R=RB+RD）式中：Ud 和EM均为负值；RB变压器绕组的等效电阻； RD变压器直流侧包括电动机电枢绕组在内的总电阻。三相桥式逆变电路较三相半波逆变电路输出电压脉动频率提高了，波形中交流分量的最低频率是6倍
37、基频，输出电压脉动减小，变压器利用率提高，晶闸管电压定额降低，电抗器较同容量的三相半波电路小，所以在大中容量可逆系统中得到广泛的应用。3、导致逆变失败的原因 首先说何为逆变失败，我们知道变流电路在逆变运行时，一旦换相失败，外接的直流电源电动势就会与变流电路输出的平均电压Ud变成顺向串联，由于回路电阻很小，所以会形成很大的短路电流，这种现象叫做逆变失败，也叫逆变颠覆。这时，交直流电源都供出电能，消耗在回路的电阻上，这一短路电流对交流电路危害很大，必须严格禁止。造成逆变失败的原因有：1）触发电路不可靠，不能适时准确的发出脉冲2）交流电源发生故障 当变流器工作于整流状态时，如果交流电压发生故障，比如
38、说缺相或突然断电，其后果最多只是输出电压Ud减小或没有输出电压。但工作于逆变状态时，若发生上述现象，电路中的逆变电流就会由原来的Id=Em-Ud/R变成Id=EM/R，由于回路电阻R很小，因此外接直流电源电动势将会经过晶闸管电路而被短路。3） 晶闸管质量不高或参数欲量不足如果晶闸管制造质量不高，耐压值达不到铭牌数据指标，或者选择参数时耐压指标选得过低，也会产生逆变失败。例如u相晶闸管 VT1断态重复峰值电压裕量不足，若V相晶闸管VT2导通完毕应换相到W相晶闸管VT3，但是当Wt=Wt1时，由于U相晶闸管VT1断态重复峰值电压裕量不足，VT1已误导通，即使 wt=wt2时，VT3管的触发脉冲来到
39、，但由于VT3管受反压也无法导通造成交直流电源电动势顺向串联而产生逆变失败。4）逆变角太小在可控整流电路中我们讲过，换相时会出现换相重叠角因而产生换相降压，这是由于交流侧各相都有电抗存在，如变压漏抗线路电抗等使回路电流不能突变，在两相邻相的晶闸管换相时有一小段时间该两个晶闸管都导通引起的。这段时间所对应的电角度即为换相重叠角，由于换相重叠角存在，逆变电路也能够正常换相；11、当wt=wt1时，w相晶闸管VT3应换相到u相晶闸管VT1上，当wt=wt2时，VT3和VT1的换相过程结束，这时u相电压uu仍高于W相电压uW，所以VT1能够维持导通，VT3由于受反相电压而保证关断。但当逆变角时，2mi
40、n，在设计电路中加限幅电路来控制输出电压Uct，使角限制在3090范围内。四、双闭环在速度调节系统中，为使抗扰特性好，机械特性硬，响应灵敏度高，运行平稳等，常引入双闭环速度系统。 在串级调速系统中，通常也采用具有电流和转速反馈的双闭环控制方式，以提高静态调速精度以及获得较好的动态特性，所谓动态特性的改善一般只是指起动与加速过程性能的改善，而减速过程只能靠负载作用自由降速。下面就对双闭环控制的串级调速作定性的分析。（一）、具有转速负反馈的调速系统图18 串级调速双闭环控制系统框图 图18 是由电流环和转速环组成的双闭环系统， 图中用直流测速发电机和分压电位器RP提供速度反馈信号，通过速度调节器A
41、SR形成速度外环，用交流互感器TA检测逆变器交流电流信号，通过电流调节器ACR形成电流内环。ASR、ACR采用比例积分调节器。系统对速度是无静差的。当ACR输出电压uct为零时，应整定触发脉冲使为最小值，为防止逆变颠复，一般取min=30 。随着ACR输出电压的增加，角向90 方向变化。ASR控制电动机的转速，ACR控制主回路电流。利用电流负反馈和速度调节器ASR输出限幅，使系统在升速过程中能实现恒流升速，具有良好的加速特性。在电网电压波动时，电流闭环能及时调节转子电流，以保持所需要的电磁转矩。低同步晶闸管串级调速系统的减速过程靠负载阻转矩的作用来自由降速，与不可逆直流调速系统类似。图19中直
42、线1234是一组不同Ud0下的开环机械特性。图19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系现开始电机运行在Ud01对应的开环机械特性1的A点上，此时，负载电流为Id1。现负载增大后，相应的电流为Id2。如果是开环调速，给定量未变化，整流器输出电压Ud01保持不变，电动机的转速应沿机械特性1下降到A点稳定下来。此时转速降n增大了。但在闭环系统中由于转速下降引起偏差增大，自动使整流器输出电压增大到Ud02，机械特性也相应地变为Ud02对应的曲线2，使转速又回升，最后稳定在曲线2的B点上。随着负载的变化，闭环调节结果不断地产生新的Ud0和对应的机械特性性以及相应的工作点（ABCD）等。把这些新的点连接起
43、来就形成了一条曲线，称为闭环控制系统的静特性曲线。值得注意的是系统的开环机械特性是对应于某一电压Ud0的固有特性，不可改变。而闭环系统静特性是系统靠反馈调节而产生的外特性，它的硬度与反馈调节的精度有关，是可以靠改变系统的调节器参数改变的。通过上述的定性分析知道，开环系统中，当负载增大时，电枢压降也增大，转速只能老老实实的下降下来；闭环系统装有反馈装置，转速稍有降落，反馈电压就感觉出来了，通过比较和放大，提高晶闸管整流器的输出电压，使系统工作在新的机械特性上，因而转速又有所回升，这就是转速闭环控制的基本机理。（二）、开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较采用速度闭环系统和开环系统在静特性上有明显
44、的区别，通过分析比较就能清楚地看出反馈控制的优越性。如果断开反馈回路，系统的开环机械特性为：而闭环系统的静特性为：式中和分别表示开环和闭环系统的理想空载转速；和分别表示开环和闭环系统的静态速降。从以上两个方程的比较得出如下结论：(1）闭环系统的静特性可以比开环系统机械特性特性硬得多。在同样的负载扰动下，两者的转速降落分别为；它们的关系是：显然，当K值较大时，比小得多，也就是说；闭环系统的特性要比开环特性硬得多。(2）当K值较大时，闭环系统的静差率较小。闭环系统和开环系统的静差率分别为：当同一理想空载转速时，(3）当要求的静差率一样时，在同一下闭环系统调速范围提高1+K倍。开环时，调速范围：闭环
45、时，调速范围：再考虑上式，得：服从给定，抑制扰动。从自动控制理论知道：在负反馈控制系统中，对于被负反馈环包围的前向通道上的一切扰动都能得到抑制，但对于给定作用的变化则唯命是从。除给定信号外，作用在控制系统上一切会引起被调量变化的因数都叫做“扰动作用”。在系统中，负载变化，交流电源电压的波动，电动机励磁的变化，放大器输出电压的漂移由温升引起主电路电阻的增大等都将引起扰动。作用在前向通道上任何一种扰动作用的影响都会被测速发电机检测出来，通过反馈控制，减小它们对稳态转速的影响。图19的静态结构图上画出了各种扰动作用，其中代表电流Id的箭头表示负载扰动，其它指向各方框的箭头分别表示会引起该环节放大系数
46、变化的扰动作用。此图清楚地表明：凡是被反馈环包围的加在控制系统前向主通道上扰动作用对被调量的影响都会受到反馈控制。图110 闭环调速系统中的给定作用和扰动作用(4）系统精度依赖于给定和反馈检测精度。反馈闭环控制系统对给定电源和被调量检测装置中的扰动无能为力，因此，控制系统的精度依赖于给定稳压电源和反馈量检测元件的精度。如果给定电源发生不应有的波动，则被调量也要跟着变化。反馈控制系统无法鉴别是正常的调节给定电压还是给定电源的变化。因此，高精度的调速系统需要有更高精度的给定稳压电源。此外，还有一种外界影响是反馈控制系统无法克服的，那就是反馈检测元件本身的误差。对调速系统来说，就是测速发电机的误差。如果直流测速发电机的励磁发生了变化，反馈电压Un也要改变，通
