【正文】 為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（ DC），這個過程叫整流。變極調速為有級調速，變極調速時的定子繞組聯(lián)結方式有三種： YYY、順串 Y反串 Y、 DYY。 軟啟動 器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新型電動機控制裝置，國外稱為 Soft Starter。固有機械特性的線性段屬于硬特性，額定工作點的轉速略低于同步轉速。 1 三相異步電動機的機械特性文 三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速 n與電磁轉矩 Tem之間的關系。 ，因而為減小與之配套的供電變壓器容量創(chuàng)造了有利的條件。 轉子繞組串入電阻，其轉子阻值增加，使得電動機的轉速增加。 m） rst(Ω ) 0 2 5 15 n(r/min) 1373 1310 1227 967 實驗結果與分析 Simulink 仿真模型的建立 使用 Simulink 建立三相異步電動機的直接起動模型，測取三相異步電動機直接起動過程中的轉速，轉矩，轉子電流，定子電流的變化規(guī)律。 4．繞線式異步電動機繞組串入可變電阻 器調速。 圖 52三相異步電動機星形 — 三角形起動 3．繞線式異步電動機轉繞組串入可變電阻器起動。電流表受起動電流沖擊，電流表顯示的最大值雖不能完全代表起動電流的讀數，但用它可和下面幾種起動方法的起動電流作定性的比較 。 按線路圖 51接線，電機繞組為△接法。在這種停機模式下，電動機的供電由旁路接觸器切換到晶閘管調壓輸出，輸出電壓由全壓逐漸減小，使電機轉速平穩(wěn)降低，直至停止。其中控制電源電路，同步信號采樣電路和脈沖觸發(fā)電路，輸入電壓、輸出電流檢測的前級電路會安排于同一塊線路板上，這塊線路板又稱為觸發(fā)板；而其它電路和輸入電壓、輸出電流檢測的后級電路則安排于另一塊線路板上，這塊線路板又稱為 CPU主板。其中晶閘管的移相范圍為 210176。采用這種線路時，可任意選擇所需要的負載形式，即可用三角形或者星形。即把晶閘管作為開關將負載電路與電源接通幾個周波，然后再斷開一定周波數。 籠式轉子異步測速發(fā)電機：與交流伺服電動機相似，因輸出的線性度較差，僅用于要求不高的場合。 空心杯轉子異步測速發(fā)電機：主要由內定子、外定子及在它們之間的氣隙中轉動的杯形轉子所組成。氣隙愈大，磁阻也愈大。對容量大于 100kW的電機，由于鑄鋁質量不易保證，常用銅條插入轉子內，在兩端焊上端環(huán)，構成籠形繞組。整個轉子鐵心的外表面成圓柱形。槽楔常用的材料是竹、膠布板或環(huán)氧玻璃布板等非磁性材料。定子繞組 定子繞組是異步電機定子部分的電路，它也是由許多線圈按一定規(guī)律聯(lián)接面成。 和直流電機一樣，三相異步電動機主要也由靜止的定子和轉動的轉子兩大部分組成。 作電動機運行的異步電機。能夠較全面地鞏固和應用 “ 異步電動機交流調速 ” 課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握 Matlab 語言設計的基本方法。正因如此，電動機在幾乎整個起動過程中始終保持較大的電磁轉矩。忽略繞組漏阻抗時，其勵磁阻抗為勵磁電阻與 勵磁電抗串聯(lián)組成，用 P P PZ R jX=+ 表北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 12 示。 圖 2— 7（ a） 繞線型異步電動機轉子串電阻 圖 2— 7（ b） 不對稱電阻 繞線型三相異步電動機多用在拖動那些要求堵轉轉矩大的生產機械，如起重機械，球磨機，空壓機，皮帶運輸機以及礦井提升機等。1 2 2SR X X R= + 公式 27 即 Sm=1，電動機的堵轉轉矩達最大值。當所串入的電阻 RS合適，可以增大堵轉轉矩值。換句話說：如果采用自耦減壓起動，北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 10 則起動電流變化的比值和轉矩變化的比值相等，都是直接起動時的 KA 分之一。 239。39。 Ux 處理故障；檢查接觸器接點閉合是否良好，接觸器及電動機端子的接線是否緊固。 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 8 電路中裝電流表的目的，是監(jiān)視電動機起動、運行電流的，電流表的量程應按電動機額定電流的 3倍選擇。完成了 Y－ △ 接壓啟動的任務。因為鼠籠異步機的直接起動轉矩本來就不大，采用定子回路串電阻或是電抗后起動轉矩就更小，必須對這種起動轉矩的大幅度下降進行校驗，看它是否能保證拖動系統(tǒng)順利完成起動任務。 2 2 211( ) ( )ksskZT U uT U Z X= = = + 式中， 39。 所致，一般的說， 。 （ 4）過大的起動電流會使電網線路電壓降增大，對 同一線路中的其他電器 設備造成影響 。對于鼠籠式異步電機， 可以 結構上采取措施，如增大轉子導條的電阻，改進轉子槽形。使得變壓器輸入電壓幅度下降，超過了額定值的允許偏差 △ =177。 三相異步電動機的啟動要滿足生產機械對異步電動機啟動性能的要求啟動轉矩要大，以保證生產機械的正常啟動。電壓調節(jié)器的主要設備是可提供電源電壓的變化，共模電壓串聯(lián)飽和電抗器，自耦變壓器、晶閘管調壓器（ TVC）等。轉速，電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)能獲得優(yōu)良的靜動態(tài)特性，調速。變頻 調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。有許多啟動方法，如：直接啟動，鼠籠式異步電動機降壓啟動，三相鼠籠式異步電動機 Y△啟動繞線式三相異步電動機的啟動及各種運行狀態(tài)。因此，控制技術一直是研究的重點。以日本為例， 1975在調速領域，交流直流占 80%，占 20%； 1985 直流交流占 80%，占 20%。數北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 2 控技術的 新取得了控制技術更加完善，更加以人為本，使控制技術更為先進合理整個組合將帶來巨大的經濟效益和社會效益。例如，對于普通鼠籠式異步電動機，起動電流 =（ 4~7） IN （ 為起動電流倍數）起動轉矩 =TN（ ~） 對于繞線式三相異步電動機的起動轉矩 TS＜ TN 。啟動轉矩不能滿足要求。 全壓起動條件： （ 1）異步電動機功率低于 （ 2） kf小于或等于 1/4 乘以 3 加電源總容量 /啟動電動機容量 直接起動時的影響： （ 1）起動電流較大，可達額定電流的 4~7 倍，甚至達到 8~12 倍。在定子側串入電抗后，其堵轉電流為 I′ 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 5 圖 21 直接起動 圖 22 定子串電抗起動 kkNs ZUjXZ UI39。 39。但是，問題的另一面是，隨著起動電流的減小，電機產生的起動轉矩也隨著變化，有必要對起動轉矩進行校驗，看它是否能滿足生產工藝的要求，拖動系統(tǒng)是否能順利的升速到要求的轉速根據圖示的等值電路，起動時的電磁功率為： U NR k jX kIsjX R k jX kU 1I sU N北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 6 1.. ??? qKsD MRIP 對于恒定的同步角速度 Ω，起動轉矩和起動電流的平方成正比。 線路分析如下： 合上空氣開關 QF 接通三相電源， 按下啟動按鈕 SB2，首先交流接觸器 KM3 線圈通電吸合， KM3 的三對主觸頭將定子繞組尾端聯(lián)在一起。 接線時應先將電動機接線盒的連接片拆除。這是為什么？ 分析現象；空載試驗時接觸器切換動作正常，表明控制電路接線無誤。 自耦減壓起動時，一相電路如圖所示。SI ，與 39。ST ，與直接起動時的堵轉轉矩 sT 之間的關系為： 39。對于繞線型異步電動機，則可在轉子回路內串電阻。2 1 2SR R X X+ = + 公式 26 39。盡管剛起動時，因為串電阻 SR使得 2I 減小，但 2cos? 值的增大，使得轉子有功電流 22cos?I 反而增大了，從而增北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 11 大堵轉轉矩值。圖 28 中，接觸器點 K斷開時，電動機轉子串入頻敏變阻器起動。而鐵心是厚鐵板或后鋼板的，磁滯，渦流損耗都比較大，頻敏變阻器的單位重量鐵心中的損耗，與一般變壓器相比較要大幾百倍，因此 PR 較大。為了將起動電流和起動轉矩比較準確的整定在要求的數值上，頻敏變阻器都裝有調節(jié)氣隙長度的活動鐵心。 這里主要介紹三相異步電動機（ M）的結構，和測速發(fā)電機（ TG）、晶閘管交流調壓器（ TVC）和軟啟動器四大部分的具體結構以及工作原理。其突出的優(yōu)點是：電機制造成本低，結構簡單，維護容易，可以北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 15 實現高壓大功率及高速驅動，適宜在惡劣條件下工作，并能獲得和直流電機控制系統(tǒng)相媲美或更好的控制性能。對于容量較大 (10kw以上 )的電動機，在硅鋼片兩面涂以絕緣漆，作為片間絕緣之用。雙層繞組在每槽內的導線分上下兩層放置，上下層線圈邊之間需要用層間絕緣隔開。對于大中型異步電動機，一般采用鋼板焊接的機座。如果去掉鐵心，整個繞組的外形就象一個關松鼠的籠子，所以具有這種籠型繞組的轉子，習慣上稱為籠型轉子。這種裝置當電動機起動以后而又不需要調節(jié)速度時，移動其手柄，可使電刷提起，與集電環(huán)脫離接觸，同時使三只集電環(huán)彼此短接起來。如何決定氣隙大小，應權衡利弊，全面考慮。反轉時輸出電壓相位也相反。 交流調壓器的輸出仍是交流電壓，因此它可以通過變壓器再進行調壓，但是它的輸出電壓波形與自耦式或感應式交流調壓器不同，不再是正弦波形。 在交流調壓器中，相位控制應用得較多，故下面主要介紹以相位控制的交流調壓器。因此觸發(fā)脈沖必須采用 寬脈沖或雙窄脈沖，移相范圍為 150176。 軟起動器的一般電路構成如圖 34： 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 20 SCR電源輸入 晶閘管（調壓）主電路控制電源（開關電源）同步信號采樣電路交流電壓輸出輸出電流檢測電路輸入電壓檢測電路脈沖觸發(fā)電路外圍晶振、復位、驅動單片機芯片控制信號處理電路外部控制信號/輸 出信號（運行、故障信號輸出等）操作顯示面板旁路接觸器按鍵與顯示電路及接口電路 圖 34 軟起動器的一般電路構成 圖 軟起動器的主電路，一般也由六只正反向并聯(lián)的單向晶閘管組成，在三相調壓電路上并聯(lián)有旁路接觸器的三組主觸點。在這種停機模式下，軟起動器接到停止命令后即斷開旁路接觸器并禁止晶閘管的調壓輸出，電機依負載慣性逐漸停車。這樣不同電壓下的機械特性便如下圖所示，圖 31中 Unom表示額定電壓。（電機起動后，觀察MEL13 中的轉速表，如出現電機轉向不符合要求，則須切斷電源，調整次序，再重新起動電機。 a．起動前，把三相調壓器退到零位，三刀雙擲開關合向右邊（ Y）接法。注意電機轉向是否符合要求。 b．調節(jié)“轉矩設定”電位器調節(jié)旋鈕，使電動機輸出功率接近額定功率并保持輸出轉矩 T2 不變，改變轉子附加電阻，分別測出對應的轉速。屬有級調速，機械特性較軟。即在同等的條件下，起動控制電路具有較簡練的結構，系統(tǒng)工作可靠性高，這種方式可以較小的成本獲取較高的起動性能。尤其是隨著電力 電子 技術的 發(fā)展 和交流調速技術的日益成熟，使得異步電動機在調速性能方面大大提高。實用表達式簡單、便于記憶，是工程 計算 中常采用的形式。 YD 降壓啟動只適用于正北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 37 常運行時為三角形聯(lián)結的電動機，其啟動電流和啟動轉矩均降為直接啟動時的1/3，它也適用于輕載啟動。 3 三相異步電動機的調速 三相異步電動機的調速方法有變極調速、變頻調速和變轉差率調速。串級調速克服了轉子串接電阻調速的缺點，但設備要復雜得多。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要用在三相異步動機的調速，又叫變頻調速器。 變頻調速是 現代 交流調速技術的主要方向，它可實現無級調速，適用于恒轉矩和恒功率負載。在軟啟動過程中，電動機啟動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增 加。降壓啟動分為定子串接電阻或電抗降壓 啟動、 YD降壓啟動和自耦變壓器降壓啟動。物理表達式反映了異步 電動機電磁轉矩產生的物理本質，說明了電磁轉矩是由主磁通和轉子有功電流相互作用而產生的。 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 34 致 謝 在此論文的寫作期間，得到畢業(yè)設計指導老師悉心的指導和精心的幫助，并在實習時也得到實習老師的幫助，在此向各老師表示深深的感謝。 通過異步電動機啟動 過程的實例仿真結果，充分證實了動態(tài)仿真模型的正確性而且在仿真時可以隨便改變仿真參數，隨時地觀察仿真波形，使得仿真更加具北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 32 有實時性、直觀性。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。 MEL09“繞線電機起動電阻”調節(jié)到零。 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 28 a．起動電源前，把調壓器退至零位，起動電阻調節(jié)為零。 d．合上三相交流電源，調節(jié)調