第 24卷 第 3期 2011年 5月 机 电 产 品 开崖 与 崭 Development＆ Innovation of Machinery＆ Electrical Products Vo1．24．No．3 May．．201 1 文 章编 号 ： 1002—6673 (201 1)03—102—02 双 闭环控制 的串级调速 系统仿真模 型的建立与分析 陈 晓娟 (大 连 职业 技 术 学 院 ，辽 宁 大 连 116037) 摘 要 ：分析 了异步 电动 机 串级 调 速 系统 的组 成和 工作原 理 ，利 用 Maflab／simulink软 件 ，建 立 系统 的仿 真 模 型 ，一 改 常规仿 真 方法 的繁 杂 ，并通 过 实例进 行 实时仿 真 ，从 而证 明 了系统仿 真模 型 的 有效 性 和 可行 性 。 关 键 词 ： 异 步 电 动 机 ： 串级 调 速 ；Madab仿 真 中图分类 号 ：TP391．9 文 献标 识码 ：A doi：lO．3969／j．issn．1002—6673．2011．03．042 M odeling and Sim ulation of an Double Closed Loop Controlled AC Cascade Speed Regulating System (Dalian Vocational Technical College，Dalian Liaoning 1 16037，China) CHEN Xiao—Juan Abstract：The com position and principle of the asynchronous m otor cascade speed regulating system are analyzed．Using the dynamic sim u— lation software M adab／sim ulink．the simulation m odel of the system is est如 fished．which reduces the complexity of the conventionM sim ula— tion m ethod．Through real—tim e simulation of som e exam ples，the simulation model is tested to be valid and feasible． Key words：asynchronous motor； cascade speed regulating； M adab simulation 0 引言 I f 交流 串级 调速 是利 用在 电动机 转子 中 串入 附加 电动 l 速 系统 框 图如 图 1所 示 。它 主要有 绕线 转子 异 步 电动机 M、 相 桥 式二 极 管 整 流 器 UR、 相 桥 式 晶 闸 管 有 源 逆 变 器 UI、逆 变 变 压 器 TI、触 发 装 置 、电 流 调 节 器 势 ，以改 变转 差功 率从 而 实现 转速 调节 。具 有 高效 率和 ‘ ACR、速 度调 节器 ASR和信号 检测 等部 分组成 。图 中转 良好 的调 速性 能 。串级 调速 的关 键 点不 是去 控制 电动机 I 速 反 馈 信 号 取 自与异 步 电动 机 同轴 连 接 的测 速 发 电机 的定子侧 ，而是控制电动机的转子侧 ，由于串级调速装 l TG，电流 反馈信 号 取 自逆 变器 交流 侧 的 电流互 感器 TA。 置承 受 的是转 子 回路低 得多 的 电压 和较 电机 额定 功 率小 ： 通 过改 变 转 速 给定 信 号 U 的值 ，可 以实 现 调速 。为 防 得 多的转 差功 率 ，所 以高压 串级调 速 的经济 性 明显 优 于 I 变频调速 。因此 ，在高压大容量风机泵类方面 ，串级调 I 速具有突出的优势 。 I 本 文 为实 现 电动机 的 串级 调速 ，利 用 Matlab／Simulink ： 软件 ，建立交流 串级调速系统的仿真模型，并通过 实例 l 对系统运行状态进行实时仿真分析 ，一改常规仿真方法 I 的 繁杂 ，为控 制系 统研 究带来 了极 大 的方便 。 1 双 闭环 串级 调 速 系统 1．1 双 闭环 串级 调速 系统 的组成 I l I { 双 闭环 串级 调速 系统 不仅 具有 较 硬 的机械 特性 ，而 ： 且 动 态 响 应 速 度 快 ，抗扰 动 能 力 强 ，容 易 实 现 过 流保 I 护 ，所以得到广泛的应用 。典型的低同步串级双闭环调 I 收 稿 日期 ：2011—03—22 l 作 者 简 介 ：陈 晓 娟 (1978-)，女 ， X-程 硕 士 ，讲 师 。 主要 研 ： 究方向：电气控制。 l 102 

ACR都 采用 PI调节 器 。 1．2 双 闭环 调速 系统 的动 态结 构 图 在晶 闸管 串级 调 速系 统 主 电路 和 控制 电路结 构 完全 确 定 的情 况下 ，可 以 根据组 成 系统 各个 环 节 的传 递 函数 和控 制信 号 的传递 关 系 ，建立 系 统 的动 态结 构 图 ，双 闭 环 串级 调 速系统 的动态 结构 图如 图 2所示 。 · 制造 业 信 息 化 · 图 4 突 加 给 定 时 转 速 n的 波 形 (U锄=5V) Fig．4 Rotational speed waveform with sudden given signal (2)抗扰 仿 真 。给定 信号 U =5V，在 带 负载起 动 情 况 下 ，在第 1．5秒 时加 上 负载 IL=50A，得 到 转 速 n的波 形如 图 5所 示 。 由图可 以看 出 ，带负 载起 动 后 由于 电机 在 1．5秒 时加 上 了负载 ，此 时电 机转 速 开始 下 降 。在 经 过 了大 约 0．14秒后 ．电机 的转速 又趋 于稳定 ，稳 定时 转 速 为 44 3rpm。且 稳 定 性 能 较 好 ，基 本 不 受 负 载 变 化 的 影 响 本 文 中 ，双 闭环 串级 调 速系 统 的参 数为 ：晶 闸管触 发 逆 变 装 置 放 大 倍 数 K =42．1，平 均 延 迟 时 间 常 数 rrs= 0．O017s；l_相桥 式整 流 电路理 想空 载输 出电压 Udo=1．35。 E =459V；转 子 直 流 回 路 放 大 系数 Kh=1．8，时 间 常 数 TI =0．037s； 异 步 电 动 机 的 同 步 转 速 n=1500rpm， 机 电 时 间常数 Tm：：O．14s；速 度调 节器 的 比例 系数 K =14．7，时 间 常 数 Ttl=O．087；电 流调 节器 的 比例 系数 K__1-45，时 间常 数 --0．037s； 电 流 反 馈 系 数 13--o．0344， 滤 波 时 间 常 数 = 0．O02s；转 速反 馈系数 13=o．01127，滤 波 时间 常数 Tm= 0．Ols。 由上 述 参 数 ，根 据 双 闭环 串级 调 速 系统 的动 态结 构 图 2。用 Matlab／Simulink可 以建立 双 闭 环 串级 调 速 系统 的仿 真模 型 ，如 图 3所 示 。 图 5 突 加 负 载 时 n的 波 形 (U 5V) Fig．5 Rotational speed waveform with sudden load 根 据 以上仿 真 结果 可 知 ．该 晶闸管 串级 调速 系 统具 有 响应 快 、超 调量 小 、精度 高 、抗 扰动 性强 、运 行稳 定 等优 点 。 匝—纠 三=}rf 垌 3 结 束 语 馕 难瞧 蛩 僧 L … 三： 墅 二二』 L…一……一一豆 竺一 ：：：：：：：：：： ：：：：：：：{ … 图 3 双 闭 环 串级 调 速 系统 仿 真 结 构 图 Fig·3 Simulation structure of double dosed loop Cascade speed regulation system 2．2 双 闭环 调速 系统 仿真 波形 及 其分析 利用 Matlab／simulink软件 可 以方 便迅 速 地建 立 系 统 框 图模 型 ，高 效率 地 完 成 电机 调 速 系 统 的仿 真 和分 析 ， 仿真 结果 能 比较 准确 地 反映 实 际情况 ．使 系 统设 计周 期 大 为 缩 短 ，并 且 可 以 减 少 不 必 要 试 验 经 费 的 投 入 ，从 而 减少 了系统 的设 计及 调 试费 用 。在一 定 程度 上有 助 于系 统 的进 一步 开发 与 扩展 ，为 以后 验证 设 计思 想 、并进 行 高效 成功 的设 计 打下 良好 的基础 。 (1)突加 给定起 动 。给定 信号 U =5V时 ，令 负载 电 参考 文献 ： 流 为 100A，得 到 系 统带 载 起 动 时 转 速 n的仿 真 波形 如 [1】周 渊 深 ．交 直 流 调 速 系统 与 MATLAB仿 真 [M】．北 京 ：中 国 电 力 出 图 4所 示 。 由图 可 以看 出 ，系统 由静 止上 升 至 给定 转速 版 社 ，2003． 44 3rpm 所 需 时 间 为 0．32s， 超 调 量 盯 ％=[(485—443)／443】 【2】T N，韩 曾晋 ．基 于 SIMULINK 的交 流 传 动 系 统 仿 真 [J】．电气 传 动 ， x100％=9．5％ ，调 节 时 间 t O．48s。表 明 曲 线 响 应 快 且 稳 2002，3． 定 性 能 好 【3]竺 伟 ，陈伯 时 ．异 步 电动 机 仿 真 模 型 的研 究 [J1．电 气 传 动 ，1996，3． 103