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【摘要】：近十几年来，随着电力电子技术的迅猛发展，大功率半导体器件、集成电路的研制成功，交流传动技术亦随之飞速发展，并进入到完全可以实用的阶段，而晶闸管串级调速系统具有结构简单、可靠、节能、经济、维护方便的特点，使得这种调速技术首先在风机、泵类机械上得到了广泛的应用。晶闸管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，在我国具有极大的技术和经济意义。串级调速完全克服了转子串电阻调速的缺点，它具有高效率、无级平滑调速、较硬的低速机械特性等优点。
【关键词】：主电路 整流变压器 逆变器 晶闸管整流调速装置 平波电抗器
1、串级调速系统
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。如果要设法回收转差功率，就需要在异步电动机的转子侧施加控制，此时可以采用绕线转子异步电动机。但在电阻上将消耗大量的能量，效率低，经济性差，同时由于转子回路附加电阻的容量大，可调的级数有限，不能实现平滑调速。为克服上述缺点，采用异步电动机转差功率同馈型调速方法，即串级调速系统。串级调速属于变转差率来实现串级调速的。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了兩个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，能够获得良好的静、动态性能。与带电流截止负反馈的单闭环系统相比，双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。
1.1串级调速基本思路
在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键是在转子侧串入一个可变频、变幅的电压。 对于次同步电动状态的情况，将转子电压先整流成直流电压，再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可调节异步电动机的转速。把交流变压变频问题转化为直流变压问题，分析与实现都比较方便。
2、主电路设备和元件的计算与选择
2.1电动机的选择及方案
根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。为了减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求能够隔离，所以通常要配用整流变压器。为了抑制谐波干扰，一般采用 接法的整流变压器，电机型号等已在附件给定指标中说明
2.2逆变变压器的参数
2.3 整流元器件的计算与选择
1、转子整流器的额定电压
2、额定电流
2.4调速系统的保护
过电压保护，即阻容保护参数计算：由于逆变变压器容量40kVA 5kVA，故变压器一次侧、二次侧均设置阻容保护环节。 直流侧与交流侧过电压保护方法相同。
过电流保护，即为了防止变流装置逆变失败及直流侧短路，实行过载保护，本系统采用采用了DS-6/8快速自动开关接在被保护的直流电路内。为了使系统的保护特性协调，满足串级调速运行的起动操作顺序和停车操作顺序，在逆变变压器及电动机电源侧和变压器二次侧均采用DW型自动空气开关实现电路保护。本系统采用与晶闸管和硅整流元件串联快熔，以及在逆变变压器二次侧串接快熔的方法，实现对元器件和系统的过电流保护。
2.5系统功率因素的改善—补偿电容器
改善串级调速装置功率因素的方法有两类，一类是改变串级调速系统本身的结构，即利用改进的串级调速装置；另一类是利用电力电容器来改善功率因素。
利用电容器改善功率因素方便易行，故应用较广。
3、控制回路单元电路的选择
3.1电流环元件的选择
1、电流检测装置
三相桥式有源逆变器中，交流测有效电流I2与直流侧电流Id间有着近似的比列关系，即I2=0.816Id，因此，利用交流电流互感器检测电流，即可以反映直流电流，又能把控制回路与主回路隔离。因此，采用交流电流互感器做为电流检测装置。
2、电流调节器ASR的机构：
为了满足工艺要求，提高系统的动态性能，电流调节器采用近似的PI调节器，由高增益线性组件BG305构成，电流调节器ASR的输出信号和功率放大后做为触发装置GT的移相信号Uct。
3、触发装置的选择
触发器是晶闸管交流装置的一个极其重要组成部分，采用KCZ6集成六脉冲触发组件。该组件采用三块KC04移相触发器、一块KC41六路双脉冲形成器、一块KC42脉冲列调制形成器组成。它将控制电压Uct的幅度转化为相应控制角的触发脉冲，通过脉冲变压器使主电路可靠地工作。控制KC41端子7的逻辑电平，可以很方便地实现对输出脉冲的封锁与开放。当控制端子7接逻辑电平时，无输出脉冲。
3.2 转速检测环节的选择
1、转速检测环节和电压隔离器
转速检测装置的质量和安装精度直接影响着系统的动态品质。采用永磁式直流测速发电机实现转速检测。选用ZYS231/110型。为了使测速发电机与控制回路隔离，设置了直流电压隔离器。
2、转速调节器ASR的结构
转速调节器ASR采用与ASR相同的结构，由线路组件BG305构成近似的PI调节器，调节器的设置，使转速n跟随给定值Un*变化，稳态时无静差，对负载变化起抗干扰作用；其输出限幅值决定最大电流。
参考文献
[1]冯垛生主编.交流调速系统.北京：机械工业出版社2000
[2]王兆安.电力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社，2003
[3]Leonard Bobrow.Elementary Linear Circuit Analysis Second Edition[M].北京：电子工业大学出版社，2000电力电子出版社
【关键词】：主电路 整流变压器 逆变器 晶闸管整流调速装置 平波电抗器
1、串级调速系统
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。如果要设法回收转差功率，就需要在异步电动机的转子侧施加控制，此时可以采用绕线转子异步电动机。但在电阻上将消耗大量的能量，效率低，经济性差，同时由于转子回路附加电阻的容量大，可调的级数有限，不能实现平滑调速。为克服上述缺点，采用异步电动机转差功率同馈型调速方法，即串级调速系统。串级调速属于变转差率来实现串级调速的。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了兩个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，能够获得良好的静、动态性能。与带电流截止负反馈的单闭环系统相比，双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主调作用，系统表现为电流无静差。得到过电流的自动保护。显然静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。
1.1串级调速基本思路
在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键是在转子侧串入一个可变频、变幅的电压。 对于次同步电动状态的情况，将转子电压先整流成直流电压，再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可调节异步电动机的转速。把交流变压变频问题转化为直流变压问题，分析与实现都比较方便。
2、主电路设备和元件的计算与选择
2.1电动机的选择及方案
根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。为了减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求能够隔离，所以通常要配用整流变压器。为了抑制谐波干扰，一般采用 接法的整流变压器，电机型号等已在附件给定指标中说明
2.2逆变变压器的参数
2.3 整流元器件的计算与选择
1、转子整流器的额定电压
2、额定电流
2.4调速系统的保护
过电压保护，即阻容保护参数计算：由于逆变变压器容量40kVA 5kVA，故变压器一次侧、二次侧均设置阻容保护环节。 直流侧与交流侧过电压保护方法相同。
过电流保护，即为了防止变流装置逆变失败及直流侧短路，实行过载保护，本系统采用采用了DS-6/8快速自动开关接在被保护的直流电路内。为了使系统的保护特性协调，满足串级调速运行的起动操作顺序和停车操作顺序，在逆变变压器及电动机电源侧和变压器二次侧均采用DW型自动空气开关实现电路保护。本系统采用与晶闸管和硅整流元件串联快熔，以及在逆变变压器二次侧串接快熔的方法，实现对元器件和系统的过电流保护。
2.5系统功率因素的改善—补偿电容器
改善串级调速装置功率因素的方法有两类，一类是改变串级调速系统本身的结构，即利用改进的串级调速装置；另一类是利用电力电容器来改善功率因素。
利用电容器改善功率因素方便易行，故应用较广。
3、控制回路单元电路的选择
3.1电流环元件的选择
1、电流检测装置
三相桥式有源逆变器中，交流测有效电流I2与直流侧电流Id间有着近似的比列关系，即I2=0.816Id，因此，利用交流电流互感器检测电流，即可以反映直流电流，又能把控制回路与主回路隔离。因此，采用交流电流互感器做为电流检测装置。
2、电流调节器ASR的机构：
为了满足工艺要求，提高系统的动态性能，电流调节器采用近似的PI调节器，由高增益线性组件BG305构成，电流调节器ASR的输出信号和功率放大后做为触发装置GT的移相信号Uct。
3、触发装置的选择
触发器是晶闸管交流装置的一个极其重要组成部分，采用KCZ6集成六脉冲触发组件。该组件采用三块KC04移相触发器、一块KC41六路双脉冲形成器、一块KC42脉冲列调制形成器组成。它将控制电压Uct的幅度转化为相应控制角的触发脉冲，通过脉冲变压器使主电路可靠地工作。控制KC41端子7的逻辑电平，可以很方便地实现对输出脉冲的封锁与开放。当控制端子7接逻辑电平时，无输出脉冲。
3.2 转速检测环节的选择
1、转速检测环节和电压隔离器
转速检测装置的质量和安装精度直接影响着系统的动态品质。采用永磁式直流测速发电机实现转速检测。选用ZYS231/110型。为了使测速发电机与控制回路隔离，设置了直流电压隔离器。
2、转速调节器ASR的结构
转速调节器ASR采用与ASR相同的结构，由线路组件BG305构成近似的PI调节器，调节器的设置，使转速n跟随给定值Un*变化，稳态时无静差，对负载变化起抗干扰作用；其输出限幅值决定最大电流。
参考文献
[1]冯垛生主编.交流调速系统.北京：机械工业出版社2000
[2]王兆安.电力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社，2003
[3]Leonard Bobrow.Elementary Linear Circuit Analysis Second Edition[M].北京：电子工业大学出版社，2000电力电子出版社