串级调速系统

晶闸管串级调速双闭环系统方案晶闸管串级调速双闭环系统是一种常用的电力传动系统，广泛应用于工业生产中。

它通过晶闸管的调速和闭环控制，能够实现对电机转速的精确控制，提高系统的稳定性和可靠性。

下面将详细介绍晶闸管串级调速双闭环系统的方案。

1.系统结构2.系统原理（1）速度闭环：系统首先通过速度传感器测量电机的转速，将实际转速与给定转速进行比较，得到速度误差信号。

然后将速度误差信号通过比例积分控制器进行处理，得到电机的转速控制信号。

最后，转速控制信号经过PWM调制器和晶闸管触发控制电路，实现对晶闸管的控制，从而控制电机的转速。

（2）电流闭环：系统通过电流传感器测量电机的输出电流，将实际电流与给定电流进行比较，得到电流误差信号。

然后将电流误差信号通过比例积分控制器进行处理，得到电机的电流控制信号。

最后，电流控制信号经过PWM调制器和晶闸管触发控制电路，实现对晶闸管的控制，从而控制电机的输出电流。

3.系统参数设计为了保证系统的稳定性和可靠性，需要根据实际需求对系统的参数进行设计。

主要设计参数包括速度闭环的比例系数Kp1和积分时间常数Ti1，以及电流闭环的比例系数Kp2和积分时间常数Ti2（1）速度闭环参数设计：根据实际需求确定速度闭环的比例系数Kp1和积分时间常数Ti1、一般情况下，比例系数Kp1的值越大，系统的响应速度越快但稳定性越差；积分时间常数Ti1的值越大，系统对于长期速度误差的补偿能力越强但抗干扰能力越差。

因此，需要在速度响应速度和稳定性之间进行权衡，选择合适的参数。

（2）电流闭环参数设计：根据实际需求确定电流闭环的比例系数Kp2和积分时间常数Ti2、一般情况下，比例系数Kp2的值越大，系统的响应速度越快但稳定性越差；积分时间常数Ti2的值越大，系统对于长期电流误差的补偿能力越强但抗干扰能力越差。

因此，需要在电流响应速度和稳定性之间进行权衡，选择合适的参数。

4.系统优化设计为了进一步提高系统的性能和可靠性，可以对晶闸管串级调速双闭环系统进行优化设计。

串级调速技术的发展串级调速技术是一种电力传动系统的控制技术，它能够实现电机的良好调速性能和高效能运行。

随着电力传动系统的发展，串级调速技术也逐渐得到了广泛的应用和研究。

串级调速技术的发展可以追溯到20世纪50年代。

当时，人们主要利用直接调速和节能调速来控制电机的速度。

这些方法在实际应用中往往存在一些问题，如速度波动大、响应慢等。

为了克服这些缺点，研究人员开始尝试使用串级调速技术。

在60年代初，人们开始对串级调速技术进行了深入的研究。

通过串级结构和适当的控制策略，可以实现高精度的速度控制和响应速度快的特点。

串级调速技术还具有较强的鲁棒性和适应性，能够适应不同负载条件下的工作。

70年代至80年代，随着计算机和数字控制技术的快速发展，串级调速技术迎来了一个飞速发展的时期。

计算机的运算速度和存储容量不断增加，使得串级调速的控制算法可以更加复杂和精确。

数字控制技术的应用使得串级调速系统的控制器可以通过软件编程进行调整，大大提高了系统的灵活性和可调性。

进入90年代以后，新型的控制器、传感器和功率电子器件的不断涌现，为串级调速技术的发展提供了更为广阔的空间。

现代的数字信号处理技术可以实现高速、高精度的数据采集和处理，使得控制系统的响应速度得到了进一步提高。

而新型的功率器件，如IGBT和MOSFET等，使得串级调速系统的功率转换环节更加高效，并且减小了传统控制方法中存在的能量损耗问题。

在应用方面，串级调速技术在许多领域中起到了重要的作用。

电机驱动、机械传动、电力系统等。

特别是在高精度要求和高效能运行的场合，串级调速技术展现出了明显的优势。

串级调速技术的发展经历了多个阶段。

从最初的研究到现代的应用，串级调速技术不断积累并吸收了各种新的技术和理论成果。

可以预见，在未来的发展中，串级调速技术将继续拓展应用领域，并进一步提升系统性能和效率。

摘要本文介绍次同步转速下串级调速系统，它是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电动势而产生的，属于转差功率回馈型调速系统，具有结构简单、可靠、经济、维护方便等优点，在工业生产中得到了越来越广泛的应用。

串级调速是异步电动机十分经典的调速方法之一，它可以实现无级平滑调速，是结构简单、发展较快、技术难度较小、性能比较完善的一种控制系统。

串级调速技术除可用于新设备设计外，还可用于对旧设备进行技术改造。

因此，研究和应用串级调速技术具有极大的技术和经济意义。

本文着重对异步电动机串级调速系统的工作原理，静、动态基本性能等进行分析研究；进行转速、电流双闭环串级调速系统的动态参数设计；讨论了具有双闭环控制的串级调速系统的工作过程，并用MATLAB软件对系统性能进行了仿真。

关键词：异步电动机；串级调速；转差功率回馈型；MATLAB仿真AbstractIn this paper, cascade thyristor speed control introduces additional Emf through the rotor loop of the wound-induction motor, which belongs to slip power feedback system and is simple in structure, reliable, economic and easily maintained, and has won increasingly broad applications in industrial production. Cascade speed control is one of the very classic speed control method in asynchronous motor, which can realize stepless smoothing speed. It is a simple and rapid control system with low level of difficulty in techniques and rather perfect performance. Thyristor cascade speed control technology can be used in technical transformation for old equipment in addition to the design of new equipment. Therefore, study and application of thyristor cascade speed control technology are of great technical and economic significance. In this paper, the working principle and the basic performance of cascade speed control system in induction motor are studied emphatically. The dynamic parameters of cascade speed control system using both speed loop and current loop are designed under the condition of known static and dynamic performance requirements. The working process of cascade speed control system with double-closed-loop is discussed and the simulation for the system performance are made with MATLAB software.Keywords:Asynchronous motor；Cascade Speed Control；Slip power feedback；MATLAB simulation目录1 绪论 (1)1.1交流调速系统的发展 (1)1.2交流调速技术现状 (1)1.3课题研究意义 (2)1.4课题分析与研究计划 (3)1.5社会经济效益分析 (3)2串级调速的基本原理 (5)2.1交流调速方式 (5)2.2异步电动机串级调速原理 (6)2.3串级调速的各种基本运行状态及功率传递关系 (8)2.4串级调速系统的基本类型 (10)2.5串级调速系统方案的确定 (11)3串级调速系统的调速特性和机械特性 (13)3.1串级调速系统转子整流电路的工作状态 (13)3.2串级调速系统的调速特性 (14)3.3次同步串级调速系统的机械特性 (15)3.3.1 异步电动机在自然接线方式下的最大转矩 (16)3.3.2 串级调速异步电动机工作在第一工作区内的机械特性 (16)3.3.3 串级调速异步电动机工作在第二工作区内的机械特性 (18)4控制环节单元电路研究 (20)4.1反馈检测装置 (20)4.1.1 电流检测装置 (20)4.1.2 转速检测环节 (20)4.2电流、速度调节器结构选择 (21)4.2.1 电流调节器ACR的结构 (21)4.2.2 速度调节器ASR的结构 (21)4.3给定积分器 (22)5次同步串级调速系统的工程设计研究 (23)5.1系统电路及原理图设计 (23)5.2实验调试及数据分析 (24)5.2.1 直流测速发电机的工作特性 (24)5.2.2 串级调速系统开环工作机械特性 (26)5.2.3 串级调速系统单闭环工作机械特性 (27)5.2.4 串级调速系统双闭环工作机械特性 (30)5.3串级调速系统的MATLAB仿真研究 (33)5.3.1 用MATLAB建立双闭环串级调速系统的仿真模型 (33)5.3.2 系统仿真波形及其分析 (35)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)附录MATLAB简介 (42)1 绪论1.1 交流调速系统的发展直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。

串级调速技术的发展串级调速技术（Cascade Speed Control Technology）是一种在电机驱动系统中应用的调速技术。

它通过将多个电机串联在一起，使其输出力矩和转速受到统一的调节，从而实现较高的精度和稳定性。

串级调速技术的发展可以追溯到20世纪80年代，凭借其独特的优势，如高性能、高效率和可靠性，逐渐被广泛应用于各种机械和工业设备中。

1. 早期阶段：在20世纪80年代初，串级调速技术刚刚开始研究和应用。

当时的串级调速系统主要由多个电机串联连接，通过设置传递函数和控制算法来实现统一的调节。

这种方法虽然能够实现一定的调速效果，但在应对负载变化和系统动态性能方面存在一定的不足。

2. 简化阶段：随着数字信号处理器的快速发展，串级调速技术得到了进一步的改进与发展。

早先的串级调速系统需要采用传统的控制方法和滤波器来实现调节，而现在可以通过数字信号处理器直接进行控制和计算，简化了系统结构和算法设计，提高了系统的性能和可靠性。

3. 高性能阶段：在20世纪90年代，串级调速技术得到了快速发展和广泛应用。

通过引入高性能的电机驱动器和传感器，串级调速系统的动态性能和调节精度得到了显著提升。

控制算法和参数调节技术的改进也进一步增强了系统对负载变化和扰动的抵抗能力。

4. 多电机系统阶段：随着机械设备的复杂性和工业自动化的推进，多电机系统的需求也变得越来越重要。

在复杂的控制系统中，多电机系统可以有效地分担负载和实现协同控制。

串级调速技术开始应用于多电机系统中，并通过协调调速和分配负载，提高了系统的工作效率和稳定性。

5. 智能化阶段：随着现代控制理论和技术的不断发展，串级调速技术已经向智能化方向发展。

通过引入人工智能和自适应控制方法，串级调速系统可以根据实际工况和负载变化进行优化调整，提高系统的适应性和智能化水平。

串级调速技术还与其他先进技术，如云计算和大数据分析相结合，实现更精确的控制和更好的性能优化。

串级调速技术经过多年的发展和演进，已经成为电机驱动系统中不可或缺的一部分。

前言现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。

在这一系统中可对生产机械进行自动控制。

随着近代电力电了技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。

以达到高速、优质、高效率地生产。

在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。

另外，低成本自动化技术与设备的开发，越来越引起国内外的注意。

特别对于小型企业，应用适用技术的设备，不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率、可靠性与柔性，还有易于应用的优点。

自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的重要组成部分。

通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。

变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术。

控制理论广泛用于电力电子技术中，它使用电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求。

电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电与强电这两者的结合。

自动控制理论则是实现这种结合的一条强有力的纽带。

另外，控制理论和自动化技术密不可分，而电力电子装置则是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。

本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数计算，从而达到设计要求。

1.串级调速系统1.1主电路方案的确定全面比较单闭环和双闭环调速系统，把握系统要求实现的功能，选择最适合设计要求的虚拟控制电路。

根据系统实际，选择转速，电流双闭环调速系统。

对于交流异步电动机转差功率消耗型调速系统，当转速较低时转差功率消耗较大，从而限制了调速范围。

交流串级调速系统的分析与讨论本文从理论上分析、讨论了传统的串级调速系统的原理，该系统无功损耗大，功率因数较低。

为了克服这些缺点，开发了一种新型的三相四线双IGBT串级调速的方案，其主要特点是转子回路不仅不从电网上吸收无功功率，还会在电机低于额定转速时，向电网发出无功功率，从而提高了系统的功率因数。

（一）引言目前，工业生产中存在大量的风机、泵类负载，它们对控制系统的调速范围和动态性能的要求不高，但系统必须安全可靠，有较大容量，根据现有的调速方法，串级调速系统能很好地满足此类负载的要求。

串级调速系统是在电动机转子回路中串入附加电势来实现调速的，因此，尽管电机为高压电机，但控制装置是低压，可以大大节省投资。

本文从理论上分析了异步电动机传统的串级调速系统的原理，并在此基础上，介绍了一种新型的三相四线双IGBT串级调速的方案，该方案的整个系统具有线路简单，易于实现的特点。

（二）传统的串级调速系统——晶闸管串级调速系统晶闸管串级调速系统的主电路如图1所示，它主要由三相桥式二极管整流器UR、绕线式转子异步电动机M组成。

其中，三相桥式晶闸管是由源逆变器UI，逆变变压器TI，平波电抗器Ld这几部分组成，系统的核心部分有源逆变器UI 和转子整流器UR，逆变电压Uβ即为引入转子电路的反电动势。

当电动机稳定运行、并忽略了直流回路的电阻时，整流电压Ud，与逆变电压Uβ大小相等、方向相反，即Ud=Uβ；当串级调速系统运行时，逆变器始终处于逆变的工作状态，能将转子的能量反馈回电网，改变触发脉冲发出的时刻（逆变角β），即可以逆变电压Uβ，从而改变电动机的转速，达到调速的目的。

该系统的缺点是：功率因数较低，无功损耗大，高速满载运转时，总功率因数在0.6左右，低速时总功率因数更差；晶闸管串级调速时，会产生高次谐波，影响电网质量。

因此，从提高系统的功率因数的角度来说，有必要对传统的串级调速系统进行改进，改善其效率。

（三）新型的三相四线双IGBT串级调速系统新型的三相四线制串级调速系统是对传统的串级调速系统的改进，以提高系统的功率因数。

串级调速技术的发展串级调速技术是一种用于电机的控制技术，它通过将多个电机连接在串级的方式来实现对电机系统的调速控制。

该技术具有精准、高效、稳定等特点，广泛应用于各种工业领域，如风力发电、水泵控制、轨道交通等。

串级调速技术的发展可以追溯到20世纪70年代。

当时，由于电力系统对电机的可靠性和能效要求越来越高，人们开始探寻一种更加高效的电机控制技术。

在这个背景下，串级调速技术应运而生。

起初，串级调速技术主要应用于大型高功率电机的控制领域，例如钢铁、电厂等行业。

随着技术的不断发展和应用的扩大，串级调速技术逐渐应用于中小型电机的控制，并取得了显著的效果。

在20世纪80年代，随着半导体技术的快速发展，新型的功率电子器件如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等开始应用于串级调速技术中。

这使得串级调速技术的性能得到了大幅提升。

与传统的直流调速技术相比，串级调速技术具有体积小、重量轻、成本低等优点，逐渐成为电机控制领域的主流技术。

到了21世纪，随着数字化技术的不断进步，串级调速技术进一步发展。

数字信号处理器（DSP）的引入使得串级调速技术的控制精度更高，稳定性更好。

由于智能控制、故障诊断和通信技术的应用，电机系统的监测与管理更加方便。

串级调速技术也融入了节能减排的理念，通过优化控制算法和策略，提高电机的能效，减少能源消耗。

目前，串级调速技术已经形成了一整套完善的理论体系和应用技术。

在风力发电领域，串级调速技术被广泛应用于风力发电机组的控制，提高了风力发电的可靠性和工作效率。

在轨道交通领域，串级调速技术被应用于地铁、高铁等电机驱动系统的控制，提高了列车运行的平稳性和安全性。

在水泵控制领域，串级调速技术被应用于给水系统、排水系统等的控制，提高了水泵的工作效率和使用寿命。

串级调速技术在过去几十年的发展中取得了巨大的进步，它不仅提高了电机系统的性能和可靠性，而且节约了能源和减少了环境污染。

随着人工智能、大数据等新兴技术的快速发展，串级调速技术有望在未来进一步完善和应用，为电机控制提供更高效、智能的解决方案。