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定子调压在吊车中的应用
一． 前言：
起重机在武钢的生产过程中起着十分重要的作用。武钢从建厂开始，使用过多种起重机的控制系统。从传统的转子切换电阻调速，到最新的变频调速，在武钢各分厂都有应用。在近期武钢二炼钢厂吊车改造中大量使用了西门子公司的定子调压调速装置。我们知道，直流电机拖动系统具有较好的调节性能，因而在可调电机拖动系统中，特别是深调速和快速的可逆电机拖动系统中，大都采用直流电机拖动装置。但是，直流电机价格高，需要直流电源，维护检修复杂，而交流电机具有结构简单，运行可靠，维护方便等一系列优点。因而在当前工农业的各个领域中，都希望尽可能采用交流可调电机拖动系统，来取代直流电机拖动系统。这个问题的关键在于解决交流电机拖动系统的速度调节。因此，设计出调速性能良好，经济技术指标比较高的可调交流拖动系统，已成为当前人们甚为关心的课题之一。定子调压调速闭环控制是交流调速控制系统中的一种调速方式。目前广泛应用于工厂交流传动设备控制，是一种十分有效而且经济的控制方式。本论文对定子调压调速闭环控制原理进行说明。

二． 定子调压基本原理：
西门子公司的定子调压调速装置是紧凑型三相晶闸管相角控制，可在闭环和开环的状态下控制单个或多个滑环式电动机。调压调速装置通过两组附加的晶闸管产生反力矩，由触发板控制晶闸管的通断，使电动机可在四象限运行，在定子相角控制的作用下改变电动机的定子电压可达到调速的目的，但电动机的频率仍然保持额定频率50hz。
1、定子电压调速原理及调速性能
改变异步电动机定子电压时的机械特性如下图。因为在不同定子电压时，电动机的理想空载转速（即同步转速）不变，临界转差率也保持不变。随着电压的降低，电动机的最大转矩成平方比例地下降。如果负载转矩Mfz为恒转矩性质时，其调速范围比较窄，往往满足不了生产对机械调速的要求。为了扩大在恒转矩负载时的调速范围，需要采用转子电阻较大，机械特性比较软的电动机，该电动机在不同定子电压时的机械特性如图所示。

但是机械特性太软，其静差度又往往不能满足生产工艺的要求。由此可见，单纯改变定子电压调速是很不理想的。为了克服调压调速机械特性太软的缺点，必须考虑采用带测速反馈的闭环控制。
2、定子调压调速的闭环控制原理
定子调压调速的闭环控制原理图如下。

当系统工作时，首先由速度给定器送出给定信号，其大小和极性决定了电机的转速和转向。给定信号电压与测速发电机反馈信号电压相减，其差值送至调节器，调节器的输出送至触发器，使之输出一定相移的脉冲，可控硅调压装置则输出一定的电压，使电动机的转速与给定值相适应。
如果系统的实际转速由于某种原因低于要求的数值时，测速发电机的输出电压下降，调节器的输入和输出增大，迫使可控硅调压器输出电压上升，转子转速升高，并稳定在一定的数值上，这时定子电压也就保持不变了。反之，如果电动机的转速由于某种原因高于所要求的数值时，调节器的输出减小，迫使可控硅调压器装置的输出电压下降，电动机的转速下降。这样，只要速度给定器的给定值保持不变，电动机的转速也就基本上保持不变。人为地改变速度给定器的给定值，即可改变电动机的稳定运行速度，达到调速的目的。
从上面的分析可见，在这样的系统中，是通过测速发电机将被控量（电动机转速）反馈回来与控制量（即速度给定器的给定值）相比较，再通过调节器及时进行调节，从而保证被控量适应控制量的要求，这就是闭环控制的基本原理。
3、定子调压闭环控制系统的静态特性
上面曾经指出，单纯改变电动机定子电压调速，而不采用闭环控制时电动机的机械特性很软。如果采用闭环控制，其机械特性的硬度将得到很大的提高。如下图实线所示。
图中用虚线示出了电动机的自然特性，以及不同定子电压（U1、U2、U3）时的机械特性。假设负载转矩为Mfz，定子电压U2，则电机拖动系统的稳定运行转速为n2。如果没有测速反馈环节，那么当负载转矩增至Mfz1时，电动机的转速必然下降为n21。很显然，这时的下降速度极为严重。但是采用测速反馈闭环控制的情况下，如果仍然是由于负载转矩增大而导致转速的下降，则调节器的输入将增大，可控硅调压装置的输出电压随即升高，例如从U2升高为U1。因此负载转矩从Mfz增大至Mfz1时，电动机的转速不是下降为n21，而是下降为n22，很显然，这时转速虽有所降低，但降低的程度很小，相应的特性变为图中实线1所示。通常称特性1为闭环控制时的机械特性。可以看出，闭环控制系统的机械特性较开环系统（无反馈的系统）时的机械特性硬得多。为了调节转速，可以改变给定器的输出电压，从而得到基本平行的特性曲线。如上图中实线1、2、3所示。
由此可见，闭环控制系统不仅能平滑地改变定子电压（即改变速度给定器的输出），从而平滑地调节异步电动机的转速，而且低速时的机械特性比较硬，因而能提供较大的调速范围。调节器的灵敏度越高，负载波动或电网电压波动引起的转速波动就越小，电动机运行速度越可靠，工作就越稳定。

结 论
随着社会的发展，在电力拖动系统中，交流调速已经成为趋势，并在不断的探索新的调速方式，在不久的将来，直流电动机极有可能被交流电动机所代替。作为交流调速控制中重要的一种方式，定子调压调速闭环系统有控制简单，维修方便，控制性能良好的优点，广泛的应用在工农业中，取得了巨大的经济效益。进一步研究定子调压调速闭环控制的原理，对与改进调速性能，促进电力拖动控制系统的发展有着深渊的意义。