畢業(yè)論文--喂料電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)3

1、木文通過對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的研宄，找出了一種較合適的方 法一一三相全波y型連接法，用于對(duì)調(diào)速精確度要求不高的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中， 實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。近年來，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而交 流調(diào)速控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。它廣泛應(yīng)用于 風(fēng)機(jī)、水泵等工廠自動(dòng)化設(shè)備中。一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)可以是泵或風(fēng)扇的一部分， 或者可連接到卷揚(yáng)機(jī)、傳送機(jī)或攪拌機(jī)等其他機(jī)械設(shè)備。交流電動(dòng)機(jī)可以被廣 泛應(yīng)用到需要一臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的場合。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各 個(gè)行業(yè)對(duì)直流電機(jī)的需求愈益增大，并對(duì)其性能提出了更高的要求。為此，研 究并制造高性能、高可靠性的交流電機(jī)

2、控制系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。能 夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成木、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場合的需要， 宥效地提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。在交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行發(fā)生了很大的變化，根 據(jù)交流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)出了喂料電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控 制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)出了控制電路中的同步環(huán)節(jié)和電源供電環(huán)節(jié)，三相全波y型雙 閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。使得調(diào)速系統(tǒng)更加安全可靠，從而達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的。關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī)；調(diào)壓控制；調(diào)速控制abstractthis paper based on the ac motor speed control system of regulatin

3、g, finding a more appropriate way - three-phase total y connection method is used to control accuracy requirement of high speed regulation system of motor，realizeing the voltage 13.in recent years,ac control systems have been widely used and developed in every aspect of life.as the artery in the are

4、a of electric drive systems，ac drivers become more and more important in modem production. ac motors are widely used on the fan，such as pump factory automation equipment. an ac motors can be part of the pump or fan，or can be connected to hoist，transmission machine or blender and other mechanical equ

5、ipment. ac motors can be widely applied to one or more motors. as the scale of production becomes larger and larger the demand and requirements become higher and higher,so the research on improving the dc controlling system behavior has important sense.lt can simplify system structure,reduce the cos

6、t of system,strengthen the system performance，meet more applications, effectively improve the system reliability and practicability1141.in ac motor speed control system,regulating the motor running produced very big change,according to the ac voltage control system characteristics and application re

7、quirements,design a feeding motor voltage control systemand designed the synchronization control circuit and power supply,three-phase total y double closed loop circuit control system. makes more reliable speed system,thus achieved the purpose of regulating speed15.keywords: ac motor； pressure contr

8、ol； speed controlabstractiihuw11乂當(dāng)"v匕21.1弓i胃21.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)21.1.2交流調(diào)速系統(tǒng)21.2交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展31.3交流調(diào)速控制理論51.4研宄交流調(diào)速系統(tǒng)的意義71.5本文所做的主要工作8第2章交流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的方案比較92.1工作原理92.21*豐勾會(huì), j 牛勾f3匕92.3總體方案設(shè)計(jì)112.4系統(tǒng)的選型112.4.1交流電動(dòng)機(jī)的選型112.4.2調(diào)節(jié)器的選型122.5設(shè)計(jì)方案的比較、確定12第3章交流調(diào)壓調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì)133.1異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路133.2異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性143.3閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速

9、系統(tǒng)及其靜特性163.4閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖183.5轉(zhuǎn)差功率損耗分析223.6調(diào)壓控制在軟啟動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用253.6.1軟啟動(dòng)器253.6.2輕載降壓節(jié)能運(yùn)行283.7喂料電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)293.7.1主電路的設(shè)計(jì)293.7.2控制電路的設(shè)計(jì)323.7.3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)3 j 4 t "v匕j j.4.1工作總結(jié)4.2研究與展望.33.38.38.38.39.405女i射隨著電力電子學(xué)、微電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，在大功率調(diào) 速傳動(dòng)領(lǐng)域已山現(xiàn)交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)的趨勢。對(duì)于大容量生產(chǎn)機(jī)械，如乳 鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、船舶推進(jìn)以及牽

10、引傳動(dòng)，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)不僅具有與 直流傳動(dòng)同樣優(yōu)越的調(diào)速性能，還具有電路結(jié)構(gòu)簡單、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定、負(fù) 載上的電壓諧波分量小、系統(tǒng)響應(yīng)快、維護(hù)簡單和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。由于交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)具有上述優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外工業(yè)界在大容量調(diào)速傳動(dòng)中已 陸續(xù)釆用并推廣這一技術(shù)。冶金行業(yè)乳機(jī)主傳動(dòng)已普遍釆用交流調(diào)速傳動(dòng)，并 取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。煤炭與有色金屬行業(yè)也將該系統(tǒng)用于礦井提升機(jī)傳動(dòng)。 國家重點(diǎn)發(fā)展的油氣輸送壓縮機(jī)調(diào)速傳動(dòng)、船舶電力推進(jìn)、高速磁懸浮直線電 機(jī)牽引供電等大型調(diào)速傳動(dòng)裝備也采用交流調(diào)壓調(diào)速傳動(dòng)。木論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以三相全波y型連接為控制核心，通過電壓調(diào)節(jié)器和速 度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制的

11、性能。電源通過電壓調(diào)節(jié)器和速度調(diào) 節(jié)器輸送電壓到同步環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)中的二次側(cè)帶中心抽頭的雙繞組變壓器與 正向全波整流電路經(jīng)并聯(lián)后輸出正向電壓，供給放大電路，再經(jīng)過電子濾波器 輸出正向穩(wěn)定電壓；二次側(cè)帶中心抽頭的雙繞組變壓器與負(fù)向全波整流電路作 三相全波y型連接的同步信號(hào)，經(jīng)電子穩(wěn)壓器vt2輸出的電壓作為偏移電壓， 輸送給三相全波y型觸發(fā)電路。木設(shè)計(jì)釆用模塊化設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行了主電路設(shè)計(jì)，對(duì)控制電路以及觸發(fā)電 路進(jìn)行分析，說明各模塊的功能，實(shí)現(xiàn)了各部分功能。第1章緒論1.1引言電氣傳動(dòng)是現(xiàn)代最主要的機(jī)電能量變化形式之一。在當(dāng)今社會(huì)中廣泛使用 著各式各樣的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，其中許多系統(tǒng)有調(diào)速的要求:如車

12、輛、電梯、機(jī)床、 造紙機(jī)械等等。為了滿足運(yùn)行、生產(chǎn)、工藝的要求往往需要對(duì)另一類設(shè)備如風(fēng) 機(jī)、水泵等進(jìn)行控制。為了減少運(yùn)行損耗，節(jié)約電能也需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動(dòng)機(jī)三大要素組成一個(gè)有機(jī)整體。 各部分之間的不同組合，可構(gòu)成多種多樣的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。按照電機(jī)的型式， 調(diào)速系統(tǒng)可分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。而在交流調(diào)速系統(tǒng)中，又可分 為異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。可以說，目前己形成了直流電 動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)三大調(diào)速系列。1.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許 多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)

13、領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，高性 能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系統(tǒng)正逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。然而，直 流調(diào)速系統(tǒng)畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制角度來看，它又是 交流調(diào)速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，還是應(yīng)該很好的掌握直流調(diào)速控制系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)的變流方式及控制方法簡單，調(diào)速性能好，長期以來在調(diào)速 傳動(dòng)中占統(tǒng)治地位。數(shù)字化集成電路尤其是微處理器的廣泛應(yīng)用，使調(diào)速系統(tǒng) 的參數(shù)調(diào)整由硬件變成了軟件，調(diào)整pid參數(shù)甚至自尋最優(yōu)都變得非常方便， 實(shí)現(xiàn)了模擬控制中無法實(shí)現(xiàn)的各種復(fù)雜控制要求以及故障監(jiān)視、保護(hù)功能、自 診斷功能。1.1.2交流調(diào)速系統(tǒng)直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。

14、在20世紀(jì)上半葉，鑒 于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都釆用直流電動(dòng)機(jī)，而約 占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電動(dòng)機(jī)，這種分工在 一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問 世，并已獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到20 世紀(jì)6070年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流 拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，使高性能交 流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。這時(shí), 直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)相比的缺點(diǎn)tl益顯露出來，例如，具有電刷和換向器 因而必須

15、經(jīng)常經(jīng)常維修，換向火花使它的應(yīng)用環(huán)境受到限制，換向能力限制了 直流電動(dòng)機(jī)的容量和速度等等。于是，用交流可調(diào)拖動(dòng)取代直流可調(diào)拖動(dòng)的呼 聲越來越強(qiáng)烈，交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)工作量小、運(yùn)行效率高、電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行時(shí)穩(wěn)定、負(fù)載上的電壓諧波分量小、系統(tǒng)響應(yīng)快、維護(hù)簡單和可靠性高等特 點(diǎn)。70年代出現(xiàn)的矢量控制，實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)高性能的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，其靜、 動(dòng)態(tài)性能完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，另外，串級(jí)調(diào)速和雙反饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速 在性能上也有所提高，適合于轉(zhuǎn)速范圍不太寬的場合。1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展隨著我國交流電動(dòng)機(jī)市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核

16、心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研 發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國內(nèi)外交流電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā) 動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭 力十分關(guān)鍵。我國雖然是中小電機(jī)的生產(chǎn)大國，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，不管 從電機(jī)的可靠性還是性能指標(biāo)仍有較大的差距，如工業(yè)用微型直流電機(jī)，岡外 可以做到2000小時(shí)以上，我國平均是1000小時(shí)。國外無刷直流電機(jī)的效率可 以做到80%，我國一般生產(chǎn)廠家只能達(dá)到6070%。這主要是由于我國電子技術(shù) 還落后于發(fā)達(dá)國家，投入不足和人才短缺。展望未來，電機(jī)產(chǎn)品在國內(nèi)市場的有效需求會(huì)保持穩(wěn)定增長：電力、汽車、 家電等消費(fèi)行業(yè)的快速發(fā)展，以及它們技術(shù)的進(jìn)

17、步、產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代將擴(kuò) 大電機(jī)行業(yè)的需求空間;另一方面國際市場電機(jī)需求量處于高增長階段，尤其是 中小型電機(jī)產(chǎn)品，出u量及產(chǎn)品檔次將逐步提高。我國電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量約5.8 億千瓦，占我國總耗電量的6070%。其中，交流電動(dòng)機(jī)占90%左右。交流電動(dòng) 機(jī)在電機(jī)市場上應(yīng)用比重相當(dāng)?shù)拇?，市場相?dāng)?shù)膹V闊。我國交流電動(dòng)機(jī)在岡內(nèi) 的市場容量相當(dāng)?shù)拇?，國?nèi)電網(wǎng)建設(shè)和改造加快了我國電工行業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的快 速發(fā)展。國際交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展使交流電機(jī)能夠克服直流電機(jī)固有的缺點(diǎn)，人們 一直想以交流調(diào)速代替直流調(diào)速。30年代就有人提出有關(guān)理論，到60年代隨著 電力電子技術(shù)的發(fā)展，才使交流調(diào)速得以迅速發(fā)展。它的調(diào)速性能己可

18、與直流 調(diào)速系統(tǒng)的性能相媲美。有取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢，從而將進(jìn)入交流調(diào)速系 統(tǒng)的時(shí)代。在國內(nèi)外受到人們的極大重視。交流調(diào)速系統(tǒng)可采用許多不同的交 流調(diào)速方法，如調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等11?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)由交流電動(dòng)機(jī)、電力電子功率變換器、控制器和檢測器 等四大部分組成。電力電子功率變換器、控制器、電量檢測器集中于一體，稱 為變頻器(變頻調(diào)速裝置)。由于各交流電動(dòng)機(jī)的不同，繁衍出不同的交流調(diào)速 系統(tǒng)。因此現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)可分為異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)。目前較常用的有三種方案，它們是異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電 動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)和永磁同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)。在調(diào)速設(shè)

19、計(jì)中，究竟哪種 方案比較合適，這需要進(jìn)一步地分析。縱觀交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，可以看出現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)未來的發(fā)展趨勢和 動(dòng)向：(1) 實(shí)現(xiàn)高水平的控制?；陔妱?dòng)機(jī)和機(jī)械模型的控制策略，有矢量控制、 磁場控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)?；基于現(xiàn)代理論的控制策略，有滑 模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒 觀察器，在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等；基 于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、祌經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣 的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。(2) 開發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為 1，m側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧

20、波分量，以減少對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)。對(duì)中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的pwm控制是有效的。對(duì)大容量變流 器，在常規(guī)的幵關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)現(xiàn)清潔電能的變換。(3) 縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度， 其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關(guān)電源，以及采 用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的 改變(如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管)對(duì)縮小裝置的尺寸也很有效。(4) 高速度的數(shù)字控制。以32位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠 的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，windows操作系統(tǒng)的引入使得可自由設(shè)計(jì)，圖形編

21、 程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。(5) 模擬與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)技術(shù)。電機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種 cad軟件的引入對(duì)變頻器的設(shè)計(jì)和測試提供了強(qiáng)有力的支持。1.3交流調(diào)速控制理論交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，有調(diào)壓調(diào)速，斬波調(diào)速，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速， 串級(jí)調(diào)速，滑差離合器調(diào)速，變頻調(diào)速等等。但是從木質(zhì)上講，由異步電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速公式(1-s)可見，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法實(shí)際上只有二大類：一大 類是在電動(dòng)機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度n,恒定的情況下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s;而另一種 是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度。交流電動(dòng)機(jī)的這兩種調(diào)速方法和直流電 動(dòng)機(jī)的串電阻調(diào)速與調(diào)壓調(diào)速相類似，一種是屬于耗能的低效調(diào)速方法，而另

22、一種是屬于高效的調(diào)速方法。在直流電動(dòng)機(jī)中，要產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩，在一定的 磁場下要有一定的電流。在電源電壓一定時(shí)，從電源輸入的功率就是一定的， 通過電樞中串電阻調(diào)速，就是在電阻上產(chǎn)生一部分損耗，使電動(dòng)機(jī)的功率減少, 轉(zhuǎn)速降低，這就是低效的調(diào)速方法。而另一種辦法是改變電動(dòng)機(jī)的輸入電壓， 隨著電壓的降低，輸入功率降低，輸出功率當(dāng)然也下降，于是轉(zhuǎn)速下降。這里 不增加損耗，所以是高效的調(diào)速方法。在交流電動(dòng)機(jī)中要讓電動(dòng)機(jī)輸出一定的 轉(zhuǎn)矩，作一定的功，需要從定子側(cè)通過旋轉(zhuǎn)磁場輸送一定的功率到轉(zhuǎn)子。這個(gè) 由定子輸送到轉(zhuǎn)子的電磁功率呀，它與轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)磁場的速度乘積成正 比。在一定轉(zhuǎn)矩下調(diào)速的時(shí)候，如叫不變，那么從

23、定子側(cè)輸送到轉(zhuǎn)子的電磁功 率是不變的，要使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，只有增加轉(zhuǎn)差率s,這通常是增加轉(zhuǎn)子回 路中電阻，使它產(chǎn)生損耗，從異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率公式= m叫(1-s)=看，隨著速度的降低，轉(zhuǎn)差率s的增大，增加，這個(gè)稱為異步 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率，它就是消耗在轉(zhuǎn)子電阻上的損耗，轉(zhuǎn)差率s直接意味著電 動(dòng)機(jī)損耗的大小，所以用增大轉(zhuǎn)差率的辦法調(diào)速是一種耗能的低效調(diào)速方法。 如果采用改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度的辦法進(jìn)行調(diào)速，在一定的轉(zhuǎn)矩下，s基木 不變，隨著叫降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入電磁功率心=叫 m和輸出功率p2 = (1-s>mco (1-s)成比例下降，損耗沒有增加，所以是高效的調(diào)速方法。 異步電動(dòng)機(jī)的

24、調(diào)壓調(diào)速，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，滑差離合器調(diào)速，斬波調(diào)速等等均是旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不變的情況下調(diào)轉(zhuǎn)差的調(diào)速方法，都屬于低效調(diào)速之列； 而變極調(diào)速和變頻調(diào)速是高效的調(diào)速方法。至于串級(jí)調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁 場的轉(zhuǎn)速不變，所以它木質(zhì)上也是一種調(diào)轉(zhuǎn)差的調(diào)速方法，應(yīng)屬于低效調(diào)速方 法的范疇，侶是由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中把轉(zhuǎn)差功率加以回收利用而沒有白白消耗 掉，使系統(tǒng)的實(shí)際損耗減少，于是它就由原來的低效調(diào)速方法變成了高效的調(diào) 速方法2。一般說來低效的調(diào)速方法是一種耗能的辦法，從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，這種調(diào) 速方法是不經(jīng)濟(jì)的，但是由于采用這種調(diào)速方法比較簡單，設(shè)備價(jià)格比較便宜, 他還是廣泛應(yīng)用于一些調(diào)速范圍不大，低速運(yùn)行時(shí)間不長

25、，電動(dòng)機(jī)容量較小的 場合中，這里特別值得提出的是調(diào)轉(zhuǎn)差這種耗能的調(diào)速方法，在風(fēng)機(jī)、水泵類 設(shè)備的小范圍調(diào)速節(jié)能中應(yīng)用，能產(chǎn)生一定的節(jié)能效果，因而被廣泛采用。這 是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、水泵的功耗和轉(zhuǎn)速的三次方成正比，而調(diào)轉(zhuǎn)差的調(diào)速方法中轉(zhuǎn)子 的損耗只和轉(zhuǎn)差的依次方成正比，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵能耗的下 降比電動(dòng)機(jī)中損耗的增加要快得多。例如當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降到額定轉(zhuǎn)速的90%時(shí)， 風(fēng)機(jī)、水泵的功耗變?yōu)轭~定轉(zhuǎn)速時(shí)的72. 9%,減少了 27. 1%;而轉(zhuǎn)子中損耗只 有額定功率的7. 29%,二者相抵，總的說來機(jī)組的耗電量可以減少近20%,具 有相當(dāng)?shù)墓?jié)能效果。但是當(dāng)調(diào)速范偉比較大時(shí)，轉(zhuǎn)子中的損耗就會(huì)相應(yīng)的增

26、大, 而變得在經(jīng)濟(jì)上不合算了。例如當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到額定轉(zhuǎn)速的70%時(shí)，風(fēng)機(jī)、 水泵的輸出功率減少到只有額定轉(zhuǎn)速時(shí)輸出功率的43.2%,而這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 中的功耗卻達(dá)到最大值。為電動(dòng)機(jī)額定功率的14.8%,它占了當(dāng)時(shí)風(fēng)機(jī)、水泵 的功耗的33%,這已是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)值而不能忽視了。變極調(diào)速是一種改變旋轉(zhuǎn)磁場同步速度的調(diào)速方法，屬于高效調(diào)速方法之 列。變極調(diào)速方法比較簡單，所用設(shè)備投資比較少，但是它是由級(jí)調(diào)速，一般 只適用于二種運(yùn)行工況的場合。例如紡織廠的空調(diào)風(fēng)機(jī)，夏天是一種速度，冬 天是一種速度。交流電動(dòng)機(jī)高效調(diào)速方法的典型是變頻調(diào)速，它既適用于異步電動(dòng)機(jī)，也 適用于同步電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)采用變頻

27、調(diào)速不但能無級(jí)調(diào)速，而且根據(jù)負(fù)載 的特性不同，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓與頻率之間的關(guān)系，可使電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在高 效率區(qū)，并保證良好的動(dòng)態(tài)特性。交流電動(dòng)機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，大幅度降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以變頻 調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)的理想調(diào)速方法。但是它需要有一個(gè)能滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行要求 的頻率可變的電源。由于變頻電源的價(jià)格比較昂貴，它是交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙。因之降低變頻電源的造價(jià)，研究適用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速 用的變頻電源成為發(fā)展交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵。變頻電源按其特性分為電流源（型）和電壓源（型）二大類。電壓源逆變 器的直流側(cè)用電容濾波，其內(nèi)阻抗比較

28、小，輸出電壓比較穩(wěn)定，其特性和普通 市電相類似，能適用于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的幵環(huán)并聯(lián)運(yùn)行和協(xié)同調(diào)速，電壓源逆變器 廣泛應(yīng)用于化纖、冶金等行業(yè)的多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)中。這種逆變器的輸出電流可以 突變，比較容易出現(xiàn)電流，所以要快速的保護(hù)系統(tǒng)。電壓源逆變器主要問題是 它不能適應(yīng)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行的要求，不能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。而電流源逆變器正 好與此相反，在它的直流回路中接有較大的平波電抗器，用電感濾波，它的內(nèi) 阻抗比較大，輸出電流比較穩(wěn)定，出現(xiàn)過電流的可能性較小，這對(duì)過載能力比 較低的半導(dǎo)體器件來說比較安全。但是異步電動(dòng)機(jī)在電流源逆變器供電下，它 的運(yùn)行穩(wěn)定性比較差，通常需要采用閉環(huán)控制和動(dòng)態(tài)校正，才能保證電動(dòng)機(jī)穩(wěn) 定運(yùn)

29、行。電流源逆變器供電的最大優(yōu)點(diǎn)在于它實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行比較方便，可以 實(shí)行再生制動(dòng)。它通常用于單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。近年來由于具有自關(guān)斷能力的元件發(fā)展迅速，逆變器廣泛釆用了高頻脈寬 調(diào)制技術(shù)（p麗），控制與保護(hù)的快速性大大提高。電壓型逆變器的優(yōu)勢比較明 顯，應(yīng)用較多。市俜的中小型電動(dòng)機(jī)通用的功率晶體管變頻裝置一般均為電壓 源逆變器，而容量較大的晶閘管閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)多為電流源。1.4研究交流調(diào)速系統(tǒng)的意義對(duì)于可調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，工程上往往把它分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào) 速系統(tǒng)兩類。這主要是根據(jù)采用什么電流制型式的電動(dòng)機(jī)來進(jìn)行電能與機(jī)械能 的轉(zhuǎn)換而劃分的，所謂交流調(diào)速系統(tǒng)，就是以交流電動(dòng)機(jī)作為電能一機(jī)械

30、能的 轉(zhuǎn)換裝置，并對(duì)其進(jìn)行控制以產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)速。1.5本文所做的主要工作木文在選定交流電動(dòng)機(jī)、速度調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器、交流放大器的基礎(chǔ)上, 完成系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)以三相全波y型連接為核心的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速 控制系統(tǒng)，主要工作內(nèi)容有：(1) 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；(2) 選擇三相全波y型連接作為系統(tǒng)核心，熟悉它的各部分元件功能；(3) 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；(4) 電源供電電路設(shè)計(jì)。第2章交流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的方案比較2.1工作原理雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路為三相晶閘管交流調(diào)壓器 tvc及三相繞組式異步電動(dòng)機(jī)m （轉(zhuǎn)子回路串電阻）?？刂葡到y(tǒng)由電流調(diào)節(jié)器 acr、速度調(diào)節(jié)器asr

31、、觸發(fā)器gt、脈沖放大器等組成。整個(gè)系統(tǒng)釆用了速度、電流兩個(gè)反饋控制環(huán)。這里的速度環(huán)作用基木上與 直流調(diào)速系統(tǒng)相同，而電流環(huán)的作用則有不同。在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，電流環(huán) 對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)仍有及時(shí)的抗擾作用，但在起動(dòng)過程中電流環(huán)不僅起限制最大電流 的作用，不會(huì)出現(xiàn)最佳起動(dòng)的恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，釆用雙閉環(huán)時(shí)靜差率較小，.比較容 易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)、反接和能耗制動(dòng)。但在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下不能長時(shí)間低速運(yùn)行， 因?yàn)榈退龠\(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，時(shí)間訟了會(huì)使轉(zhuǎn)子過 熱木論文設(shè)計(jì)以喂料機(jī)進(jìn)行說明，系統(tǒng)以三相全波y型連接為控制核心，通 過電壓調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)

32、機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制的性能。電源通過電 壓調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器輸送電壓到同步環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)中的二次側(cè)帶中心抽頭 的雙繞組變壓器與正向全波整流電路經(jīng)并聯(lián)后輸出正向電壓，供給放大電路， 再經(jīng)過電子濾波器輸出正向穩(wěn)定電壓；二次側(cè)帶中心抽頭的雙繞組變壓器與負(fù) 向全波整流電路作三相全波y型連接的同步信號(hào)，經(jīng)電子穩(wěn)壓器vr2輸岀的電壓 作為偏移電壓，輸送給三相全波y型觸發(fā)電路。喂料電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng) 的組成如圖2-1所示。這是一個(gè)由速度外環(huán)反饋和電壓內(nèi)環(huán)反饋構(gòu)成的雙調(diào)速系統(tǒng)，通過控制雙 向晶閘管的導(dǎo)通角改變電動(dòng)機(jī)端電壓，以達(dá)到控制速度的目的。2.2機(jī)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)功能該機(jī)構(gòu)由：三相全波y型連接為核心的控制部分、

33、速度調(diào)節(jié)器機(jī)構(gòu)、電壓 調(diào)節(jié)正負(fù)反饋機(jī)構(gòu)、觸發(fā)電路部分組成。這些部分主要是由速度調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器、觸發(fā)電路以及控制電路組成。 電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的主要功能：速度調(diào)節(jié)功能交流調(diào)速器，是用于減小某些機(jī)器非周期性速度波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。它 可使機(jī)器轉(zhuǎn)速保持定值或接近設(shè)定值。水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)等 與電動(dòng)機(jī)不同，其輸出的力矩不能自動(dòng)適應(yīng)本身的載荷變化，因而當(dāng)載荷變動(dòng) 時(shí)，由它們驅(qū)動(dòng)的機(jī)組就會(huì)失去穩(wěn)定性。例如當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的回饋電量突 然減小時(shí)，軸上的阻力矩將急劇下降，如不及時(shí)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)氣量，機(jī)組將 加速運(yùn)轉(zhuǎn)，改變發(fā)電頻率，導(dǎo)致機(jī)組損壞。這類機(jī)組必須設(shè)置調(diào)速器，能隨著 載荷等條件變

34、化，隨時(shí)建立載荷與能源供給量之間的適應(yīng)關(guān)系，以保證機(jī)組作 正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電壓調(diào)節(jié)功能交流電動(dòng)機(jī)必須配有電壓調(diào)節(jié)器與之配合工作。這是因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)在結(jié) 構(gòu)一定及磁場強(qiáng)度不變的條件下，其輸出電壓大小與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，而 電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)帶動(dòng)，其轉(zhuǎn)速則是由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所決定。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍很大，這勢必對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出電壓的大小有很大影響，為使電 動(dòng)機(jī)電壓在不同的轉(zhuǎn)速下均能保持一定，且能隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)， 使電壓值保持在某一特定范圍，就必須裝置電壓調(diào)節(jié)器。而它的正常工作，對(duì) 保證整個(gè)電動(dòng)機(jī)電氣系統(tǒng)的正常工作和對(duì)延長電動(dòng)機(jī)電氣設(shè)備的使用壽命關(guān)系 極大，其輸出電壓對(duì)蓄電池的使用壽

35、命也影響很大。電動(dòng)機(jī)對(duì)用電設(shè)備供電和向蓄電池充電，都要求其電壓穩(wěn)定，因此必須對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)， 使之保持在某一數(shù)值基木不變。2.3總體方案設(shè)計(jì)木文采用了如圖2-2所示的速度負(fù)反饋的一個(gè)調(diào)壓調(diào)速的閉環(huán)系統(tǒng)。要對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)，需要先繪制出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。設(shè)其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-3所示。圖2-3調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)框圖2.4系統(tǒng)的選型2.4.1交流電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求，本文的交流電機(jī)選用gw10溫室專用電機(jī)，其性能指 標(biāo)如下：扭矩：800nm轉(zhuǎn)速：2.65.2rpm功率：0.75kw電壓：220380v電流：2.15.5a2.4.2調(diào)節(jié)器的選型根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求，木文的調(diào)節(jié)器選用

36、ss3-sr91型0.3級(jí)的pid智能調(diào)節(jié) 器，具有雙四位顯示，雙輸出，模擬變送輸山，數(shù)字通訊，斷線報(bào)警，上下限報(bào) 警，雙設(shè)定值等功能。前面板防護(hù)等級(jí)ip66,其性能指標(biāo)如下：din標(biāo)準(zhǔn)：高48><寬48x深110mm,面板開孔尺、b 45><45mm直流電流：020ma,420ma dc,輸入阻抗：250q直流電壓：-11, 01, 02, 05, 15，010vdc輸入類型及測量范圍直流輸入類型的顯示量程-1999- 9999,小數(shù)點(diǎn)位置可 設(shè)8。2.5設(shè)計(jì)方案的比較、確定1、調(diào)壓控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，考慮到喂料機(jī)被飼料卡住時(shí)，由于電壓不穩(wěn)，就不能夠?qū)崿F(xiàn)喂 料機(jī)供給功能

37、。后經(jīng)過查相關(guān)資料，指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，確定為在該系統(tǒng)中加一 個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，這樣就不會(huì)產(chǎn)生喂料機(jī)送料時(shí)被飼料卡住而產(chǎn)生電壓不穩(wěn)的現(xiàn) 象了4。2、調(diào)速控制機(jī)構(gòu)如果不加速度調(diào)節(jié)器，無法保證在喂料機(jī)卡住時(shí)能及時(shí)減慢速度，使機(jī)組 加速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而損壞機(jī)組。所以必須對(duì)交流調(diào)壓控制機(jī)構(gòu)加上速度調(diào)節(jié)器，使 喂料機(jī)在被飼料卡住時(shí)能及時(shí)保持電壓穩(wěn)定，速度恒定的情況下來處理喂料機(jī) 被卡住的問題。第3章交流調(diào)壓調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)壓調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法中比較簡便的一種。由電力拖動(dòng)原理可知, 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)等效電路參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩te與定子電壓 us的平方成正比，因此改變外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)

38、系，從而改 變電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。3. 1異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路過去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗 器，自從電力電子技術(shù)興起后，這些比較笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調(diào)壓 器取代了。交流調(diào)壓器一般用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在 三相電路中，如圖3-1所示。圖3-2采用晶閘管反并聯(lián)的 異步電動(dòng)機(jī)可制動(dòng)制路圖3-2所示為了采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路。其中，晶 閘管16控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)時(shí)，可由晶閘管1，4和710提供逆相序電 源，同時(shí)也可用于反接制動(dòng)。當(dāng)需要能耗制動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)制動(dòng)電路的要求選 擇某幾個(gè)晶閘管不對(duì)稱地工作。例如

39、：讓1，2,6三個(gè)器件導(dǎo)通，其余均關(guān)斷，就 可使定子繞組中流過半波直流電流，對(duì)旋轉(zhuǎn)著的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)作用。必 要時(shí)，還可以在制動(dòng)電路中串入電阻以限制制動(dòng)電流w。圖3-1利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速 tvc-雙向晶閘管交流調(diào)壓器3.2異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個(gè)假定條件下：忽略空間和時(shí)間諧波；忽 略磁飽和；忽略鐵損，異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路如圖3-3所75。rslisllr圖3-3異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路l6j/?s.、一定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻 lis, llr 一定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)

40、磁電感叫一定子相電壓和供電角頻率s轉(zhuǎn)差率 由閣可以導(dǎo)出，(3-1)其中，1 + 乂在一般情況下，則這 j lmlm相當(dāng)于將上述假定條件的第條改為“忽略鐵損和勵(lì)磁電流”。這樣，電流公 式可簡化成令電磁功率匕同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速, =6/77、,，為極對(duì)數(shù)，則 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為te -/$ =3npusrr is （3-3）0>nc0 r srr l 9t oo（/?5+r +i （lis +lrrs式（3-3）就是異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式。它表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一 定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。這樣，不同電壓下的機(jī)械特性便如 圖3-4所示。圖中，表示額定定子電壓。將式（3-3）對(duì)

41、s求導(dǎo)，并令7；/也=0,可求出最大轉(zhuǎn)矩及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差 率曹(3-4)(3-5)二 r,m 批+#(l's + “)2二3 a22a),rs +72 +,2(ils +4)21由圖3-4可見，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載tl工作時(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)變電壓時(shí)的 穩(wěn)定工作點(diǎn)為a、b、c，轉(zhuǎn)差率s變化范圍為0sm,調(diào)速范圍有限。如果帶風(fēng) 機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為d、e、f，調(diào)速范圍可以稍大一些。為了能在恒轉(zhuǎn) 矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電動(dòng)機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過熱，就耍求 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有較高的電阻值，這樣的電動(dòng)機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特性如圖3-5所 示。顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)的變壓調(diào)速范圍增大了，即使堵轉(zhuǎn)工作

42、也不致燒壞 電動(dòng)機(jī)m。3.3閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性采用普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的 力矩電動(dòng)機(jī)可以增大調(diào)速范圍，但機(jī)械特性又變軟，因而當(dāng)負(fù)載變化時(shí)靜差率 很大（見圖3-5），開環(huán)控制很難解決這個(gè)矛盾。為此，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，要求調(diào)速范圍大于2時(shí)，往往釆用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖3-6(a)所示。 圖3-6(b)所示的是閉環(huán)控制調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載tl在a點(diǎn)運(yùn) 行時(shí)，如果負(fù)載增大引起轉(zhuǎn)速下降，反饋控制作用能提高定子電壓，從而在右 邊一條機(jī)械特性上找到新的工作點(diǎn)。同理，當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，會(huì)在左邊一條特 性上得到定子電壓低一些的工作點(diǎn)丫。

43、按照反饋控制規(guī)律，將a"、/i、a連接 起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。盡管異步電動(dòng)機(jī)的開環(huán)機(jī)械特性和直流電動(dòng)機(jī)的 開環(huán)特性差別很大，但是在不同電壓的幵環(huán)機(jī)械特性上各取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn), 連接起來便得到閉環(huán)系統(tǒng)靜特性，這樣的分析發(fā)法對(duì)兩種電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)是 完全一致的。盡管異步力矩電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性很軟，但由系統(tǒng)放大系數(shù)決定的 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻可以很硬。如果采用pi調(diào)節(jié)器，照樣可以做到無靜差。改變 給定信號(hào)則靜特性平行地上下移動(dòng)，達(dá)到調(diào)速的目的8。電壓下的機(jī)械特性同電壓下的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的地方 是：靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們

44、是額定電壓下的機(jī)械特 性和最小輸出電壓c/smint的機(jī)械特性。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值， 閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能沿著極限開環(huán)特性變化9。(b)靜特性圖3-7異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖3-6帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)圖3-6可以畫出靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-7所示。圖屮，ks=us/uc，為 品閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置的放大系數(shù)；6r=un/n,為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；asr采 用pi調(diào)節(jié)器；n=f (us, te)是異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一個(gè)非線性函數(shù)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，uuftl = an, te = tl，根掘負(fù)載需要的n和八可由是(3-3)計(jì) 算出所

45、需要的us以及相應(yīng)的3.4閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)時(shí)，須先繪出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。由圖3-7可以直接 畫出如圖3-8所示的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。其屮多數(shù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以很容易地寫出 來，只有異步電動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù)的推到續(xù)費(fèi)一番周折llj。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr常用n調(diào)節(jié)器，用以消除靜差并改善動(dòng)態(tài)性能，其傳遞函數(shù)為t v + 1、=尺,（3-6）晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置的輸入一輸出關(guān)系原則上是非線性的，在一 定范圍內(nèi)可假定為線性函數(shù)，在動(dòng)態(tài)中可以近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如直流調(diào) 速系統(tǒng)中的晶閘管觸發(fā)和蒸餾裝置那樣，傳遞函數(shù)可寫成r-v（s）(3-7)圖3-8異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

46、的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 ma異步電動(dòng)機(jī)fbs測速反饋調(diào)節(jié)其近似條件是：對(duì)于三相全波y聯(lián)接調(diào)壓電路，可取7；c 3ts對(duì)其他形式的調(diào)壓電路則須另行考慮?？紤]到反饋濾波作用，測速反饋調(diào)節(jié)fbs的傳遞函數(shù)可寫成fbs(3-8)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過程是由一組非線性微分方程描述的，要用一個(gè)傳遞函 數(shù)來準(zhǔn)確地表示它的輸入一輸出關(guān)系是不可能的。在這里，可以先在一定的假 定條件下，用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的微偏線性化方法求出一個(gè)近似的傳遞函數(shù)。由式（3-3）已知電磁轉(zhuǎn)矩為pu2srr!s(3-9)叫隊(duì)+2)2+叫2 (as + a s當(dāng)s很小時(shí)，可以認(rèn)為(3-10)xl(3-11)后者相當(dāng)于忽略異步電動(dòng)機(jī)的漏感電磁慣性。在此條

47、件下3n(3-12)這就是在前述條件下異步電動(dòng)機(jī)近似的線性機(jī)械特性。設(shè)a為近似線性機(jī)械特性上的一個(gè)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，則在a點(diǎn)3/7(3-13)在a點(diǎn)附近有微小偏差時(shí)， 代入式（3-12）得us=usa+nus，s = sate, + te3n+a(/j2(5a+a5)(3-14)將上式展開，并忽略兩個(gè)和兩個(gè)以上微偏量的乘積，則in(u；：asa + 2usasaus+u2sa)p zr r2'r，sasa1(3-15)從式（3-15）中減去（3-13），得3n2usasaausu2saas)(3-16)o）av =(3-17)己知轉(zhuǎn)差率5 = 1-,其中叫是同步角轉(zhuǎn)速，必是轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速，則將式

48、（3-17）代入式（3-16），得a7；3np-(2u,asaaus -aco)rr(3-18)式（3-18）就是在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近微偏量a7；與at/5、ay間的關(guān)系電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為tlj dconp dt(3-19)按上面相同的方法處理，可得在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)a附近的微偏量運(yùn)動(dòng)方程式為(3-20)j d(co) np dt將式（3-18）和式（3-20）的微偏量關(guān)系畫在一起，即得異步電動(dòng)機(jī)在忽略 電磁慣性時(shí)的微偏線性化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-9所示。圖3-9忽略電磁慣性時(shí)異步電動(dòng)機(jī)微偏線性化的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如果只考慮"到么之間的傳遞函數(shù)，可先取a7；=0，圖3-9屮的小閉 環(huán)傳

49、遞函數(shù)可變按換成npu2sanp np1(3-21)(0rr js n¥ r,于是，異步電動(dòng)機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)為aeo(s) coxrrtwsasasamaj co r,nis(3-22)式中mm 一異步電動(dòng)機(jī)的傳遞系數(shù)，sasa一異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù),jco;r由于忽略了電磁慣性，只剩下同軸旋轉(zhuǎn)體的機(jī)電慣性，異步電動(dòng)機(jī)便近似 成一個(gè)線性的一階慣性環(huán)節(jié)。最后，應(yīng)該再強(qiáng)調(diào)一下，具體使用圖3-8所示的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖時(shí)要注意下述 兩點(diǎn)：1、由于它是偏微線性化模型，只能用于機(jī)械特性線性段上工作點(diǎn)附近的穩(wěn) 定性判別和動(dòng)態(tài)校正，不邁用于起制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速大范圍變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。2、由于它完

50、全忽略了電磁慣性，分析與計(jì)算有很大的近似性。3.5轉(zhuǎn)差功率損耗分析異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率消耗性的調(diào)速系統(tǒng)，究竟要消耗多少轉(zhuǎn) 差功率是決定這類調(diào)速系統(tǒng)工作性能的重要因素。分析表明，轉(zhuǎn)差功率損耗與 系統(tǒng)的調(diào)速范圍和所帶負(fù)載的性質(zhì)都有密切的關(guān)系。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率為式teo) _ tea)m1 一 4(3-23)若忽略機(jī)械損耗等因素的影響，不同性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可近似表示為tl = co）a（3-24）其中，c為常數(shù)，a = 0、l、2時(shí)分別代表恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載、與轉(zhuǎn)速平方成正比的負(fù)載（即風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載）。圖3-10繪出了式（3-24）所表示的不同類型負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，

51、同吋還繪出了異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓機(jī)械特性。當(dāng)us=usn時(shí)，各類負(fù)載特性都通過機(jī)械特性的額定工作點(diǎn)。當(dāng)7； =7；時(shí)，將式（3-24）代入式（3-23）后得=(iocnp(3-25)于是，轉(zhuǎn)差功率為p, -(l-5)p,n = (1-5)+1+1(3-26)"np當(dāng) = 0時(shí)，全部電磁功率都輸出(假定這是可能的)，這時(shí)輸出功率最大，為tnax=以代max為基準(zhǔn)值，定義轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為f，則(7 = - = s(-s)a(3-27)2 maxci就是標(biāo)志轉(zhuǎn)差功率損耗大小的指標(biāo)。按式(3-27)繪出不同類型負(fù)載的轉(zhuǎn)差功 率損耗系數(shù)(7與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系曲線如圖3-11所示。圖3-11表明，對(duì)

52、于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，6z = 0,轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)c7與s成正比， 調(diào)速越深吋損耗越大。當(dāng)= 1或漢=2吋，在5 = 0和5 = 1處都冇(7 = 0,而在當(dāng) 中的某一s值處c7最大。為了求出此最大值c7max,將式(3-27)對(duì)s求導(dǎo)，并令 其導(dǎo)數(shù)等于零，則 =(l-5)a-仍(1 _ s)a- =(1-s)al 1-(1 + a)s = 0(3-28)ds對(duì)應(yīng)于7max的轉(zhuǎn)差率為(3-29)(3-30)11 + 6t將式(3-29)代入式(3-27)，則最大轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為aa(1 + a)a+l當(dāng)6r = l和2時(shí)，由式(3-29)和式(3-30)可計(jì)算出不同類型負(fù)載下的、和tmax 值，列

53、于表3-1屮。當(dāng)漢=0時(shí)，可用式(3-27)直接計(jì)算。根據(jù)上述分析和計(jì)算，可歸納出以下的結(jié)論： 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(a = 0),成正比，轉(zhuǎn)速越低時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗越大，這時(shí)調(diào)壓調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)不宜長期在低速下工作。圖3-10不同類型的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓機(jī)械特性 對(duì)于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載（6t = 1）,當(dāng)0.5吋，轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù) 最大，其值為ermax =0.25。 對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載（6t = 2）,當(dāng)0.33時(shí)，最大的轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)也 只冇0.148,在整個(gè)s = 01區(qū)間，ci值都比較小，因此，調(diào)壓調(diào)速對(duì)風(fēng)機(jī)泵類 負(fù)載還是比較適宜的。圖3-11不同類型負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)與

54、轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線表3-1不同類型負(fù)載吋的和（tniax值a01210.50.33max10.250.1483.6調(diào)壓控制在軟啟動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用除了調(diào)速系統(tǒng)外，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓控制在軟啟動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行 中也得到了廣泛的應(yīng)用。3.6.1軟啟動(dòng)器常用的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，而且性能良好，運(yùn)行可靠。 對(duì)于小容量電動(dòng)機(jī)。只要供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容量足夠大（一般要求比電機(jī)容 量大4倍以上），而供電線路并不太k:（起動(dòng)電流造成的瞬時(shí)電壓降落低于10 %15%），可以直接接通電起動(dòng)，操作也很簡便。對(duì)于容量大一些的電動(dòng)機(jī)， 問題就不這么簡單了。在式（3-2）和式（3-3）中己導(dǎo)岀

55、異步電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩方程式(3-31)w 二92+仍+乙(3-32)352/?:起動(dòng)吋，5 = 1,因此起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為ssti rst(3-33)（3-34）3"x（/?s + /?；）2+2（l15 + 4）2由上述二式不難看出，在一般情況下，三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流比較大，而 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。對(duì)于一般的籠型電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)其額定值的 倍數(shù)大約為起動(dòng)電流倍數(shù)k, =- = 47isn起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kt =i = 0.91.3ten中、大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，會(huì)使電網(wǎng)壓降過大，影響其他用電設(shè)備 的正常運(yùn)行，甚至使該電動(dòng)機(jī)本身根本啟動(dòng)不起來。這時(shí)，必須采用措施來

56、降 低其起動(dòng)電流，常用的辦法是降壓起動(dòng)。由式（3-33）可知，當(dāng)電壓降低吋，起動(dòng)電流將隨電壓成正比地降低，從而 可以避幵起動(dòng)電流沖擊的高峰。但是，式（3-34）又表明，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平 方成止比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小將比起動(dòng)直流的降低更快，降壓起動(dòng)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起 動(dòng)轉(zhuǎn)矩夠不夠的問題。為了避免這個(gè)麻煩，降壓起動(dòng)只適用于中、大容量電動(dòng) 機(jī)空載（或輕載）起動(dòng)的場合。傳統(tǒng)的降壓啟動(dòng)方法有：星一三角（y_a）起動(dòng)、定子串電阻或電抗起 動(dòng)、自耦變壓器（又稱啟動(dòng)補(bǔ)償器）降壓啟動(dòng)等。它們都是一級(jí)降壓啟動(dòng)，起 動(dòng)過程中電流有兩次沖擊，其幅值都比直接起動(dòng)電流低，而起動(dòng)過程時(shí)間略長, 如圖3-12所示?，F(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟啟動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到 轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來（見閣3-12中曲線c）,起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓 啟動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來保證恒流起 動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以