转速电流双闭环控制的异步电机串级调速系统仿真案例研究 摘要：针对绕线转子异步电动机，研究并设计了一种转速、电流双闭环控制的串级调速系统。分析了双 闭环控制串级调速系统的组成与工作原理，在此基础上，研究了调速系统各个环节的传递函数，进而得 出了双闭环串级调速系统的动态结构图，分析了按照典型【型系统设计电流环、按照典型Ⅱ型系统设计 转速环的工程化设计方法。给出了串级调速系统的仿真参数，仿真结果表明：所设计的双闭环控制串级 调速系统具有较快地起动、带载过程，而且能够实现无静差稳速运行，并能高效、高质量的回馈电网。 关键词：异步电机：串级调速：转矩：双闭环控制 中图分类号：TM921文献标志码：A文章编号： Research and Simulation of a Cascade Speed Control System for Asynchronous Motor with Double Closed-loop Control Abstract:Aiming at the wound rotor asynchronous motor,a cascade speed control system with speed and double closed-loop control is stu regulation system is obtained.The engineering design method of double closed-loop cascade speed control system is analyzed,the current loop is designed into typical I type system,the speed loop is designed into typica ade speed regulation system are given.The ess.and can realize stable operation without static differ ence and can pmovidehighchiCe n and high quality feedback to power grid. Key words:asynchronous motor,cascade speed control system;torque;double closed-loop contro 0案例研究思维导图： 1案例说明 2双闭环串级调速系统的工作原理 3.1双闭环系统的动态结构图 32电流环的设计 3转速电流双闭环控制系统设计 变压变频调速系统案 例分析 33转速环的设计 4仿真验证 41仿真参数 5结论 4.2仿真验证 参考文献
转速电流双闭环控制的异步电机串级调速系统仿真案例研究 摘要：针对绕线转子异步电动机，研究并设计了一种转速、电流双闭环控制的串级调速系统。分析了双 闭环控制串级调速系统的组成与工作原理，在此基础上，研究了调速系统各个环节的传递函数，进而得 出了双闭环串级调速系统的动态结构图，分析了按照典型Ⅰ型系统设计电流环、按照典型Ⅱ型系统设计 转速环的工程化设计方法。给出了串级调速系统的仿真参数，仿真结果表明：所设计的双闭环控制串级 调速系统具有较快地起动、带载过程，而且能够实现无静差稳速运行，并能高效、高质量的回馈电网。 关键词：异步电机；串级调速；转矩；双闭环控制 中图分类号： TM921 文献标志码： A 文章编号： Research and Simulation of a Cascade Speed Control System for Asynchronous Motor with Double Closed-loop Control Abstract: Aiming at the wound rotor asynchronous motor, a cascade speed control system with speed and current double closed-loop control is studied and designed. The composition and working principle of double closed-loop control cascade speed control system are analyzed. On this basis, the transfer function of each link of the designed speed regulation system is studied, then the dynamic structure diagram of the cascade speed regulation system is obtained. The engineering design method of double closed-loop cascade speed control system is analyzed, the current loop is designed into typical I type system, the speed loop is designed into typical II type system. The simulation parameters of cascade speed regulation system are given. The simulation results show that the double closed-loop control cascade speed control system has a fast starting and load process, and can realize stable operation without static difference, and can provide high efficiency and high quality feedback to power grid. Key words: asynchronous motor; cascade speed control system; torque; double closed-loop control 0 案例研究思维导图： 发电厂用 恒压频比控制的 变压变频调速系统案 例分析 1 案例说明 2 双闭环串级调速系统的工作原理 4 仿真验证 3 转速电流双闭环控制系统设计 5 结论 参考文献 3.1 双闭环系统的动态结构图 3.2 电流环的设计 3.3 转速环的设计 4.1 仿真参数 4.2 仿真验证
1案例说明 速发由机，T为变压器，工为平波由抗器 为了使调速系统实现转速 电流的无静差调 目前，世界范围内的能源己经变得相对 节，同时也能获得较快的动态响应，ASR和 匮乏，尤其是电力资源，在智能制造2025、 ACR部采用了PI调节器。 工业40、节能减排等村代背晷下，积极提 高能源利用率、提高安全生产率对我国经济 的发展具有重要战略意义。绕线式异步 电机作为非常重要的动力机械装置在工业、 农业、航海、航天等领域应用都十分的广泛 些大型的矿用电机 风机 水泵的电力拖 动均采用大容量的三相绕线式异步电动 机)。这一类的异步电机也是耗电量最多的 电气设备，异步电动机通常处于定速运行状 态， 当电机所带 负载突变时， 般通过改变 图1双闭环控制的申级调速系统原理图 阀门的流量来实现，但是这种方式耗能较 通过改变转速给定信号的大小，可以 多。到2020年年底，全国的总发电装机容 实现转速的设定与调整，例如，当U广的值变 量为217千瓦左右，仅大容的泵类、反 机类负荷消耗的电能大约为5亿千瓦，如界 大时，电流调节器ACR的输出电压U,也将 来用电机调速系统讲行流量的调节，那么能 逐渐增加，使UⅡ装置的逆变角B逐渐增加， 节约的电力预计有1.5亿千瓦，与6个长江 U逐渐减小，异步电动机的转速n也就会 三峡水电站的装机容量相当。因此对于异步 逐渐升高，当电流调节器ACR的输出电压 电机的节能技术进行研究具有非常重要的 U=0时，整定触发脉冲，使逆变角为 现实意义。 B=Bn 以防止逆变颠覆，通常B=30° 对于绕线转子异步电动机来说，传统的 此时，对应的转速最低，随着电流调节器 速方法是在甘钱子同路中串入由阳进行 这种调速方式属于转差功率消耗型 ACR输出电压的增大，逆变角B增大，U减 速间，虽然装置简单、成本较低，但是耗 小，转速上升，当B=90时，U。=0,相当 能多，效率较低。随着控制理论与控制技术、 于串级调速系统不起作用。 电力电子技术的飞速发展， 现代绕线转子异 利用ASR的输出限幅环节作用和ACR 步电机的话 速方式通常采用串级调速或者 的电流负反馈作 在异步电机加速 过程 双馈调速列，本文针对绕线转子异步电机， 中，也可以实现恒流升速过程，从而使串级 分析串级调速系练的工作原理，设计转速由 调速系统也具有较好的加速特性。需要升速 制 并对所设计的串级调 时，首先增加给定电压信号U的值，经触发 速系统进行仿真验证。 器的调节作用，使逆变角B变大，直流电流 2双闭环串级调速系统的工作原理 (异步电动机电流)增大，从而实现电机 的加谏，由千限福坏节的作用，在加速的时 所设计的绕线转子异步电机双闭环控 积中 异步电机能保持所设的 、恒定的最大 制串级调速系统的原理图如图1所示。图中， 加速转矩。随看异步电机转速的上升，转速 UR为二极管不控整流器，U,是UR整流得 反馈电压U增大，与给定电压信号相比较， 到的直流电压，U为晶闸管有源逆变电路 重新进行闭环系统的调节，最后异步电机稳 U。是由UI产生的直流附加电动势，亦即逆 定运行在与给定电压设定值相对应的较高 变电动势， ASR和ACR分别是转速调节器 转速值上。 和电流调节器，TA是电流互感器，TG为测
1 案例说明 目前，世界范围内的能源已经变得相对 匮乏，尤其是电力资源，在智能制造 2025、 工业 4.0、节能减排等时代背景下，积极提 高能源利用率、提高安全生产率对我国经济 的发展具有重要战略意义 [1-2] 。绕线式异步 电机作为非常重要的动力机械装置在工业、 农业、航海、航天等领域应用都十分的广泛。 一些大型的矿用电机、风机、水泵的电力拖 动均采用大容量的三相绕线式异步电动 机 [3] 。这一类的异步电机也是耗电量最多的 电气设备，异步电动机通常处于定速运行状 态，当电机所带负载突变时，一般通过改变 阀门的流量来实现，但是这种方式耗能较 多。到 2020 年年底，全国的总发电装机容 量为 21 亿千瓦左右，仅大容量的泵类、风 机类负荷消耗的电能大约为 5 亿千瓦，如果 采用电机调速系统进行流量的调节，那么能 节约的电力预计有 1.5 亿千瓦，与 6 个长江 三峡水电站的装机容量相当。因此对于异步 电机的节能技术进行研究具有非常重要的 现实意义。 对于绕线转子异步电动机来说，传统的 调速方法是在其转子回路中串入电阻进行 调速，这种调速方式属于转差功率消耗型调 速 [4-6] ，虽然装置简单、成本较低，但是耗 能多，效率较低。随着控制理论与控制技术、 电力电子技术的飞速发展，现代绕线转子异 步电机的调速方式通常采用串级调速或者 双馈调速 [7-9] ，本文针对绕线转子异步电机， 分析串级调速系统的工作原理，设计转速电 流的双闭环控制系统，并对所设计的串级调 速系统进行仿真验证。 2 双闭环串级调速系统的工作原理 所设计的绕线转子异步电机双闭环控 制串级调速系统的原理图如图 1 所示。图中， UR 为二极管不控整流器，Ud是 UR 整流得 到的直流电压，UI 为晶闸管有源逆变电路， Uβ是由 UI 产生的直流附加电动势，亦即逆 变电动势，ASR 和 ACR 分别是转速调节器 和电流调节器，TA 是电流互感器，TG 为测 速发电机，T 为变压器，Ld为平波电抗器， 为了使调速系统实现转速、电流的无静差调 节，同时也能获得较快的动态响应，ASR 和 ACR 都采用了 PI 调节器。 Ld id M 3~ T TG Uc - 触发器 ASR + - ACR + - * Un Un ∆Un Ui TA UI UR ~ * Ui 整流器 Uβ Ud r0 sE 图 1 双闭环控制的串级调速系统原理图 通过改变转速给定信号 * Un 的大小，可以 实现转速的设定与调整，例如，当 * Un 的值变 大时，电流调节器 ACR 的输出电压Uc 也将 逐渐增加，使 UI 装置的逆变角 β 逐渐增加， Uβ逐渐减小，异步电动机的转速 n 也就会 逐渐升高，当电流调节器 ACR 的输出电压 =0 Uc 时 ， 整定触发脉冲 ， 使 逆变角为 β β= min ，以防止逆变颠覆，通常 0 β min =30 ， 此时，对应的转速最低，随着电流调节器 ACR 输出电压的增大，逆变角 β 增大，Uβ减 小，转速上升，当 0 β =90 时，U =0 β ，相当 于串级调速系统不起作用。 利用 ASR 的输出限幅环节作用和 ACR 的电流负反馈作用，在异步电机加速过程 中，也可以实现恒流升速过程，从而使串级 调速系统也具有较好的加速特性。需要升速 时，首先增加给定电压信号 * Un 的值，经触发 器的调节作用，使逆变角 β 变大，直流电流 d i （异步电动机电流）增大，从而实现电机 的加速，由于限幅环节的作用，在加速的过 程中，异步电机能保持所设的、恒定的最大 加速转矩。随着异步电机转速的上升，转速 反馈电压Un 增大，与给定电压信号相比较， 重新进行闭环系统的调节，最后异步电机稳 定运行在与给定电压设定值相对应的较高 转速值上
3转速电流双闭环控制系统设计 U的比值，T可以取为0.0017s 鉴于电流检测信号中常含有交流分量， 3.1双闭环系统的动态结构图 因此需要对其进行滤波，同时也为了防止干 人 根据串级调速系统的等效电路及其动 扰信号的窜入，在电流反馈通路中加入 态电压平衡方程，可以得到异步电机转子直 电流反馈滤波器，其传递函数可以表示为： 流回路的传递函数为队： W(s)=T.s+1 (4) (s) K. (1) U。-C鱼Ms)-U0 Ts+1 式中，B、T分别为电流反馈系数和电流滤 波时间常数，T一般取1-2s 式中，U是当转差率s=1时转子整流器输 同理，在怯速反情通路中也加入相应的 出的理想空载电压，U0=234sE,。,E,o为转 转速反馈滤波器，其传递函数可以表示为： 子相电压有效值：U是逆变器输入的理想 Wo(s)=Ts+1 (5) 空载直流电压：K是转子直流回路的放大系 式中，α、T分别为转速反馈系数和转速滤 数，K,=R,R是转子回路总电阻：T是转 波时间常数，另外，为了补偿反馈环路中的 子直流回路的时间常数，T=L/R,L是转子 惯性作用，在前向通路中，也相 的加入了 电路的总电感：n是电机转速，o是理想 对应的惯性环节，即给定滤波器 载转速。定义串级调速系统的申动势系数 对于转速调节器ASR和电流调节器 CE=Un/m,，串级调速系统的转矩系数 ACR,均采用PI调节器，其传递函数可以 C=30C/π，串级调速系统的机电时间常 衣示为： 数TM=GDR/375CCM),由此可以得到异 先申机的析似线性模型 Pm()=K工5+I (6) n(s) (2) I(s)-1(s)CgTus Wcn(s)=KS+】 (7) 根据晶闸管知识可知，晶闸管的触发和 整流装置可以看做是 个纯滞后环节，其近 式中，K、t分别是转速PI调节器的比例 似的传递函数可以表示为： 增益和超前时间常数，K、T,分别是转速 (s)= Ts+l (3) PI调节器的比例增益和超前时间常数山」 式中，K,、T分别为晶闸管逆变器的放大系 综合以上各个环节，可以得到图2所示 的绕线异步电机串级调速系统的双闭环控 数和时间常数，K可以表示为转子整流电压 制结构框图。图中，K。、t。、K,、,等参 的最大值U与逆变器控制电压的最大值 数属于待定参数。 Ts+ 转速负反 :电流反喷滤波器 转速反锁泌放器 图2转速电流双闭环控制申级调速系统近似动态结构图
3 转速电流双闭环控制系统设计 3.1 双闭环系统的动态结构图 根据串级调速系统的等效电路及其动 态电压平衡方程，可以得到异步电机转子直 流回路的传递函数为 [3] ： 0 0 0 0 ( ) 1 ( ) d r d r d I s K U T s U ns U n β = + − − （1） 式中，Ud 0是当转差率 s =1时转子整流器输 出的理想空载电压， 0 0 =2.34 U sE d r ，Er0 为转 子相电压有效值；Uβ 0 是逆变器输入的理想 空载直流电压；Kr 是转子直流回路的放大系 数， =1 K R r ，R 是转子回路总电阻；Tr 是转 子直流回路的时间常数，T LR r = ，L 是转子 电路的总电感；n 是电机转速，n0是理想空 载转速。定义串级调速系统的电动势系数 CUn E d = 0 0 ，串级调速系统的转矩系数 30 C C M E = π ,串级调速系统的机电时间常 数 2 (375 ) T GD R C C M = E M ，由此可以得到异 步电机的近似线性模型 ( ) () () d L EM ns R I s I s CT s = − （2） 根据晶闸管知识可知，晶闸管的触发和 整流装置可以看做是一个纯滞后环节，其近 似的传递函数可以表示为： ( ) 1 s UPE s K W s T s = + （3） 式中，Ks 、Ts 分别为晶闸管逆变器的放大系 数和时间常数，Ks 可以表示为转子整流电压 的最大值Uβ 0 与逆变器控制电压的最大值 Ucmax 的比值，Ts 可以取为 0.0017s。 鉴于电流检测信号中常含有交流分量， 因此需要对其进行滤波，同时也为了防止干 扰信号的窜入，在电流反馈通路中加入一个 电流反馈滤波器，其传递函数可以表示为： o ( ) 1 fi i W s T s β = + （4） 式中，β 、Toi 分别为电流反馈系数和电流滤 波时间常数，Toi 一般取 1~2s。 同理，在转速反馈通路中也加入相应的 转速反馈滤波器，其传递函数可以表示为： o ( ) 1 fn n W s T s α = + （5） 式中，α 、Ton 分别为转速反馈系数和转速滤 波时间常数，另外，为了补偿反馈环路中的 惯性作用，在前向通路中，也相应的加入了 对应的惯性环节，即给定滤波器 [3] 。 对于转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR，均采用 PI 调节器，其传递函数可以 表示为： 1 ( ) n ASR n n s WsK s τ τ + = （6） 1 ( ) i ACR i i s W sK s τ τ + = （7） 式中， Kn 、 n τ 分别是转速 PI 调节器的比例 增益和超前时间常数， Ki 、 i τ 分别是转速 PI 调节器的比例增益和超前时间常数 [11] 。 综合以上各个环节，可以得到图 2 所示 的绕线异步电机串级调速系统的双闭环控 制结构框图。图中， Kn 、 n τ 、 Ki 、 i τ 等参 数属于待定参数。 1 T s on +1 * Un 速度 给定 + - Un 转速负反馈 WASR(s) 转速 调节器 1 T s oi +1 + - Ui 电流负反馈 WACR(s) 电流 调节器 1 s s K T s + Uβ + - Ud 0 1 r r K T s + Id + - Ed 0 IL 1 CT s E M n 晶闸管 逆变器 串调直流 主回路 电动机 0 0 Ud n T s oi 1 β + T s on 1 α + 转速反馈滤波器 电流反馈滤波器 图 2 转速电流双闭环控制串级调速系统近似动态结构图
3.2电流环的设计 4仿真验证 双闭环控制串级调速系统的设计采用 工程设计方法B1可，先设计电流内环，然后 4.1仿真参数 把电流环看作是转速环中的 一个环节， 再进 绕线转子异步电机建模、仿真使用的主 行转速外环的设计。 要琴数为：功率为40KVA, 颜定电压为 电流环的设计按照典型I型系统进行设 计，由于串级调速系统转子直流主电路 380V,频率为50Hz,定子电阻为0.0962， 中的放大系数K,和时间常数T都是转速n 定子电感值为0.00086H,转子电阻为 0.0582,转子电感值为0.00086H,互感为 的函数，不是常数，所以由流环是一个非定 0.031H,转动惯量为0.4kg·m2。三相供电电 常系统。设计时，按照调速范围的下限（即 低速时的最大转差率s来计算K和T)来 源为380V 50Hz的交流电，滤波电感值为 10mH.转速调节器的比例放大系数为17.42， 计算电流调节器的参数。因为突加转速给定 积分系数为11.5，电流调节器的比例放大系 电压U广时，由于异步电机的机械惯性比较 数为4.17，积分系数为41.66。电流反馈系 大，转速来不及变化的时候电流调节器已经 数为0.05，转速反馈系数为0.0067 完成了调节过程，也就是说，电流的调节 程是在异步电机处于静止状态或者处于某 4.2仿真验证 一低速下，而目异步由机的转速还来不及变 转速给定值设为10，对应异步电机的转 化的时候进行的。所以，应该按照最低速的 K,和T来计算ACR的参数问，只要保证异 速为1500rmin,仿真算法取ode23tb,仿真 时长为3.0s 若系统 载启动 1s后带载 步电机的升速过程具有较好的动态性能，则 30ON·m。对串级调速系统按文中参数进行 降速的时候异步电机的动态性能同样也能 建模仿真可得图3、图4和图5的仿真波形。 具有较好的动态性能。 这3个仿真波形分别给出了绕线转子异步电 为校正方便，忽略反电动势的影响，将 机串级调速系统在空载起动 加载过程中电 电流给定滤波和反馈滤波移至负反馈环内 机转速n、电磁转矩T。、逆变器输出电压u 并将系统变换成单位负反馈结构，将小惯性 的仿真波形 环节进行合并处理，按照KT=0.5的工程经 从图3和图4中可以看出，串级调速系 验值，即可将电流环等效成一个一阶惯性环 统空载启动时，由于转差很大，异步电机转 节。 子的电压也会相应较高，直流回路中的电流 3.3转速环的设计 相应也会比较大，导致系统起动时的电磁转 矩比较大，在0.5s左右，异步电机达到额定 考虑到串级调速系统对负载扰动的高 转速1500rmin,此转速即为异步电机的理 抗扰性和转速无静差的性能要求，转速环按 想空载转速，此时电磁转矩下降为零。 照典型Ⅱ型系统进行设计，由于异步电机 16) 节中，非线性积分时间常数CT,是一个非定 常参数，因此，设计时，可以洗用与实际运 120 行工作点电流值，相对应的CI,值，然后 按照定常系统的设计方法进行设计，这样经 过校正后的串级调速系统就会尽可能的接 近满意的动态性能。 根据直流调速系统闭环幅频特性峰值 mmin最小准则，取中频宽h=5,即可求得 25 转速外环调节器的两个控制参数K。、。 图3转速n的仿真波形
3.2 电流环的设计 双闭环控制串级调速系统的设计采用 工程设计方法 [3, 10] ，先设计电流内环，然后 把电流环看作是转速环中的一个环节，再进 行转速外环的设计。 电流环的设计按照典型Ⅰ型系统进行设 计 [11-12] ，由于串级调速系统转子直流主电路 中的放大系数 Kr 和时间常数Tr 都是转速 n 的函数，不是常数，所以电流环是一个非定 常系统。设计时，按照调速范围的下限（即 低速时的最大转差率 max s 来计算 Kr 和Tr ）来 计算电流调节器的参数。因为突加转速给定 电压 * Un 时，由于异步电机的机械惯性比较 大，转速来不及变化的时候电流调节器已经 完成了调节过程，也就是说，电流的调节过 程是在异步电机处于静止状态或者处于某 一低速下，而且异步电机的转速还来不及变 化的时候进行的。所以，应该按照最低速时 Kr 和Tr 来计算 ACR 的参数 [5] ，只要保证异 步电机的升速过程具有较好的动态性能，则 降速的时候异步电机的动态性能同样也能 具有较好的动态性能。 为校正方便，忽略反电动势的影响，将 电流给定滤波和反馈滤波移至负反馈环内， 并将系统变换成单位负反馈结构，将小惯性 环节进行合并处理，按照 KT=0.5 的工程经 验值，即可将电流环等效成一个一阶惯性环 节。 3.3 转速环的设计 考虑到串级调速系统对负载扰动的高 抗扰性和转速无静差的性能要求，转速环按 照典型Ⅱ型系统进行设计，由于异步电机环 节中，非线性积分时间常数C TE M 是一个非定 常参数，因此，设计时，可以选用与实际运 行工作点电流值 d I 相对应的C TE M 值，然后 按照定常系统的设计方法进行设计，这样经 过校正后的串级调速系统就会尽可能的接 近满意的动态性能。 根据直流调速系统闭环幅频特性峰值 Mrmin 最小准则，取中频宽 h＝5，即可求得 转速外环调节器的两个控制参数 Kn 、 n τ 。 4 仿真验证 4.1 仿真参数 绕线转子异步电机建模、仿真使用的主 要参数为：功率为 40KVA， 额定电压为 380V，频率为 50Hz，定子电阻为 0.096Ω ， 定 子电感值为 0.00086H ，转子电阻为 0.058Ω ，转子电感值为 0.00086H，互感为 0.031H，转动惯量为 2 0.4kg m⋅ 。三相供电电 源为 380V、50Hz 的交流电，滤波电感值为 10mH。转速调节器的比例放大系数为17.42， 积分系数为 11.5，电流调节器的比例放大系 数为 4.17，积分系数为 41.66。电流反馈系 数为 0.05，转速反馈系数为 0.0067。 4.2 仿真验证 转速给定值设为 10，对应异步电机的转 速为 1500 r/min，仿真算法取 ode23tb，仿真 时长为 3.0s。假若系统空载启动，1s 后带载 300N m⋅ 。对串级调速系统按文中参数进行 建模仿真可得图 3、图 4 和图 5 的仿真波形。 这 3 个仿真波形分别给出了绕线转子异步电 机串级调速系统在空载起动、加载过程中电 机转速 n、电磁转矩 Te、逆变器输出电压 a u 的仿真波形。 从图 3 和图 4 中可以看出，串级调速系 统空载启动时，由于转差很大，异步电机转 子的电压也会相应较高，直流回路中的电流 相应也会比较大，导致系统起动时的电磁转 矩比较大，在 0.5s 左右，异步电机达到额定 转速 1500 r/min，此转速即为异步电机的理 想空载转速，此时电磁转矩下降为零。 t /s n /(r/min) 图 3 转速 n 的仿真波形
间比较短，当异步电机突加负载时，该串级 调速系统能快速并平稳的进行调节并进入 稳定状态。该串级调速系统回馈电网的电压 为220V、50Hz的交流电，并呈现正弦波， 系统的谐波含量非常小 电能质量较高。因 此双闭环控制的异步电机串级调速系统也 是一种比较理想的调速系统。 参考文献 [)谢明齐.串级调速在起重机械上的实践).现 代制造技术与装备，2020，(2)106,108 图4电磁转矩T,的仿真波形 发电机组调 除招电浴动自动控制系 运动控制 统（第3版 机械 T业出版社2010 4 刘志民 等矿山排水前置泵 串级调速技术实验模拟)煤矿机械，2019 40(6):54-57 5).周莉，唐国强.异步电动机串级调速系统控制 策略的研究).安缴理工大学学报（自然科学 版)201939213.1743 [6]符波.基于SVPWM及软开关的内反馈斩波串 0.9 0.95 10 11 1.15 12 级调速系统的建模与仿真D].四川：西华大学 20I7 [)方春城 陈树软，谢跃鹏 铝热轧大功率 异步电机的转速马上下降，电磁转矩相应增 交流电动机的可控硅串级调速方法机电工 木，2016,45(8)71-7 加并稳定在300N.m时，异步电机进入稳态 工作状态，异步电机的转速同时稳定在1475 [8.赵秋宇 级 调速控制系统的 min。从图5中可以看出，在系统空载至带 研究与仿真许昌学院学报，2017,36(2 载并稳定运行的过程中，逆变器的A输出电 [9 詹庄春工程设计方法在串级调速系统中的应 压4为220V、50Hz的交流电，同时也较好 用r 部关学 43-47 [101詹 工程设计方法在串级 系结中的成 地保持为正弦波形。 安徽电气工程职业技术学院报，2的 /3404 5结论 [11].冯阳.大功率异步电动机串级调速系统控制策 略研究D).四川：西南交通大学，2014. 本文研究、设计了转速双闭环控制的绕 [12)洪乃刚.电力电子电机控制系统仿真技术M 线转子异步电动机的串级调速系统，该调速 北京：机械工业出版社，2013. 系统启动时具有较大的启动转矩，有利于异 先由机的快速启动，转站在整个动态围带污 程中，比较平滑、快速，系统动态调节的时
t /s Te /N▪m 图 4 电磁转矩 Te的仿真波形 t /s ua /V 图 5 逆变器输出的电压波形 在 t=1s 时，系统突然加上负载300N m⋅ ， 异步电机的转速马上下降，电磁转矩相应增 加并稳定在300N m⋅ 时，异步电机进入稳态 工作状态，异步电机的转速同时稳定在 1475 r/min。从图 5 中可以看出，在系统空载至带 载并稳定运行的过程中，逆变器的 A 输出电 压 a u 为 220V、50Hz 的交流电，同时也较好 地保持为正弦波形。 5 结论 本文研究、设计了转速双闭环控制的绕 线转子异步电动机的串级调速系统，该调速 系统启动时具有较大的启动转矩，有利于异 步电机的快速启动，转矩在整个动态调节过 程中，比较平滑、快速，系统动态调节的时 间比较短，当异步电机突加负载时，该串级 调速系统能快速并平稳的进行调节并进入 稳定状态。该串级调速系统回馈电网的电压 为 220V、50Hz 的交流电，并呈现正弦波， 系统的谐波含量非常小，电能质量较高。因 此双闭环控制的异步电机串级调速系统也 是一种比较理想的调速系统。 参考文献 [1]. 谢明齐. 串级调速在起重机械上的实践[J]. 现 代制造技术与装备, 2020, (2): 106,108. [2]. 李文武, 胡一鸣, 游文霞. 水轮发电机组调速 系统的串级鲁棒控制研究[J].水力发电, 2019, 45(7): 90-93, 98. [3]. 陈伯时. 电力拖动自动控制系——运动控制系 统(第 3 版)[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010. [4]. 刘志民, 刘洋, 魏振宇, 等. 矿山排水前置泵 串级调速技术实验模拟[J].煤矿机械, 2019, 40(6): 54-57. [5]. 周莉, 唐国强. 异步电动机串级调速系统控制 策略的研究[J]. 安徽理工大学学报（自然科学 版）, 2019, 39(2):13-17,43. [6]. 符波. 基于 SVPWM 及软开关的内反馈斩波串 级调速系统的建模与仿真[D].四川: 西华大学, 2017. [7]. 方春城, 陈树钦, 谢跃鹏, 等. 铝热轧大功率 交流电动机的可控硅串级调速方法[J]. 机电工 程技术, 2016, 45(8):71-74. [8]. 赵秋宇. 异步电机双闭环串级调速控制系统的 研究与仿真[J]. 许昌学院学报, 2017, 36(2): 12-15. [9]. 詹庄春. 工程设计方法在串级调速系统中的应 用[J]. 韶关学院学报, 2014, (10): 43-47. [10].詹庄春. 工程设计方法在串级调速系统中的应 用[J].安徽电气工程职业技术学院学报, 2014, (3):40-44. [11].冯阳. 大功率异步电动机串级调速系统控制策 略研究[D]. 四川: 西南交通大学, 2014. [12].洪乃刚. 电力电子电机控制系统仿真技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013