【正文】 為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（ DC），這個(gè)過(guò)程叫整流。變極調(diào)速為有級(jí)調(diào)速，變極調(diào)速時(shí)的定子繞組聯(lián)結(jié)方式有三種： YYY、順串 Y反串 Y、 DYY。 軟啟動(dòng) 器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電動(dòng)機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為 Soft Starter。固有機(jī)械特性的線性段屬于硬特性，額定工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速。 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性文 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n與電磁轉(zhuǎn)矩 Tem之間的關(guān)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(zhuǎn)子繞組串入電阻，其轉(zhuǎn)子阻值增加，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加。 m） rst(Ω ) 0 2 5 15 n(r/min) 1373 1310 1227 967 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 Simulink 仿真模型的建立 使用 Simulink 建立三相異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)模型，測(cè)取三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子電流，定子電流的變化規(guī)律。 4．繞線式異步電動(dòng)機(jī)繞組串入可變電阻 器調(diào)速。 圖 52三相異步電動(dòng)機(jī)星形 — 三角形起動(dòng) 3．繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)繞組串入可變電阻器起動(dòng)。電流表受起動(dòng)電流沖擊，電流表顯示的最大值雖不能完全代表起動(dòng)電流的讀數(shù)，但用它可和下面幾種起動(dòng)方法的起動(dòng)電流作定性的比較 。 按線路圖 51接線，電機(jī)繞組為△接法。在這種停機(jī)模式下，電動(dòng)機(jī)的供電由旁路接觸器切換到晶閘管調(diào)壓輸出，輸出電壓由全壓逐漸減小，使電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，直至停止。其中控制電源電路，同步信號(hào)采樣電路和脈沖觸發(fā)電路，輸入電壓、輸出電流檢測(cè)的前級(jí)電路會(huì)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(cè)的后級(jí)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(shí)，可任意選擇所需要的負(fù)載形式，即可用三角形或者星形。即把晶閘管作為開(kāi)關(guān)將負(fù)載電路與電源接通幾個(gè)周波，然后再斷開(kāi)一定周波數(shù)。 籠式轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)：與交流伺服電動(dòng)機(jī)相似，因輸出的線性度較差，僅用于要求不高的場(chǎng)合。 空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)：主要由內(nèi)定子、外定子及在它們之間的氣隙中轉(zhuǎn)動(dòng)的杯形轉(zhuǎn)子所組成。氣隙愈大，磁阻也愈大。對(duì)容量大于 100kW的電機(jī)，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子內(nèi)，在兩端焊上端環(huán)，構(gòu)成籠形繞組。整個(gè)轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)一樣，三相異步電動(dòng)機(jī)主要也由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的異步電機(jī)。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用 “ 異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速 ” 課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握 Matlab 語(yǔ)言設(shè)計(jì)的基本方法。正因如此，電動(dòng)機(jī)在幾乎整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中始終保持較大的電磁轉(zhuǎn)矩。忽略繞組漏阻抗時(shí)，其勵(lì)磁阻抗為勵(lì)磁電阻與 勵(lì)磁電抗串聯(lián)組成，用 P P PZ R jX=+ 表北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 示。 圖 2— 7（ a） 繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻 圖 2— 7（ b） 不對(duì)稱電阻 繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)多用在拖動(dòng)那些要求堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)械，球磨機(jī)，空壓機(jī)，皮帶運(yùn)輸機(jī)以及礦井提升機(jī)等。1 2 2SR X X R= + 公式 27 即 Sm=1，電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值。當(dāng)所串入的電阻 RS合適，可以增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值。換句話說(shuō)：如果采用自耦減壓起動(dòng)，北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 則起動(dòng)電流變化的比值和轉(zhuǎn)矩變化的比值相等，都是直接起動(dòng)時(shí)的 KA 分之一。 239。39。 Ux 處理故障；檢查接觸器接點(diǎn)閉合是否良好，接觸器及電動(dòng)機(jī)端子的接線是否緊固。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 電路中裝電流表的目的，是監(jiān)視電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行電流的，電流表的量程應(yīng)按電動(dòng)機(jī)額定電流的 3倍選擇。完成了 Y－ △ 接壓?jiǎn)?dòng)的任務(wù)。因?yàn)槭蠡\異步機(jī)的直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩本來(lái)就不大，采用定子回路串電阻或是電抗后起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就更小，必須對(duì)這種起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大幅度下降進(jìn)行校驗(yàn)，看它是否能保證拖動(dòng)系統(tǒng)順利完成起動(dòng)任務(wù)。 2 2 211( ) ( )ksskZT U uT U Z X= = = + 式中， 39。 所致，一般的說(shuō)， 。 （ 4）過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電網(wǎng)線路電壓降增大，對(duì) 同一線路中的其他電器 設(shè)備造成影響 。對(duì)于鼠籠式異步電機(jī)， 可以 結(jié)構(gòu)上采取措施，如增大轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻，改進(jìn)轉(zhuǎn)子槽形。使得變壓器輸入電壓幅度下降，超過(guò)了額定值的允許偏差 △ =177。 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大，以保證生產(chǎn)機(jī)械的正常啟動(dòng)。電壓調(diào)節(jié)器的主要設(shè)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(diào)壓器（ TVC）等。轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能獲得優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)特性，調(diào)速。變頻 調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。有許多啟動(dòng)方法，如：直接啟動(dòng)，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)，三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) Y△啟動(dòng)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)及各種運(yùn)行狀態(tài)。因此，控制技術(shù)一直是研究的重點(diǎn)。以日本為例， 1975在調(diào)速領(lǐng)域，交流直流占 80%，占 20%； 1985 直流交流占 80%，占 20%。數(shù)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 控技術(shù)的 新取得了控制技術(shù)更加完善，更加以人為本，使控制技術(shù)更為先進(jìn)合理整個(gè)組合將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如，對(duì)于普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流 =（ 4~7） IN （ 為起動(dòng)電流倍數(shù)）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 =TN（ ~） 對(duì)于繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TS＜ TN 。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不能滿足要求。 全壓起動(dòng)條件： （ 1）異步電動(dòng)機(jī)功率低于 （ 2） kf小于或等于 1/4 乘以 3 加電源總?cè)萘?/啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量 直接起動(dòng)時(shí)的影響： （ 1）起動(dòng)電流較大，可達(dá)額定電流的 4~7 倍，甚至達(dá)到 8~12 倍。在定子側(cè)串入電抗后，其堵轉(zhuǎn)電流為 I′ 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 21 直接起動(dòng) 圖 22 定子串電抗起動(dòng) kkNs ZUjXZ UI39。 39。但是，問(wèn)題的另一面是，隨著起動(dòng)電流的減小，電機(jī)產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨著變化，有必要對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行校驗(yàn)，看它是否能滿足生產(chǎn)工藝的要求，拖動(dòng)系統(tǒng)是否能順利的升速到要求的轉(zhuǎn)速根據(jù)圖示的等值電路，起動(dòng)時(shí)的電磁功率為： U NR k jX kIsjX R k jX kU 1I sU N北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 1.. ??? qKsD MRIP 對(duì)于恒定的同步角速度 Ω，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的平方成正比。 線路分析如下： 合上空氣開(kāi)關(guān) QF 接通三相電源， 按下啟動(dòng)按鈕 SB2，首先交流接觸器 KM3 線圈通電吸合， KM3 的三對(duì)主觸頭將定子繞組尾端聯(lián)在一起。 接線時(shí)應(yīng)先將電動(dòng)機(jī)接線盒的連接片拆除。這是為什么？ 分析現(xiàn)象；空載試驗(yàn)時(shí)接觸器切換動(dòng)作正常，表明控制電路接線無(wú)誤。 自耦減壓起動(dòng)時(shí)，一相電路如圖所示。SI ，與 39。ST ，與直接起動(dòng)時(shí)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 sT 之間的關(guān)系為： 39。對(duì)于繞線型異步電動(dòng)機(jī)，則可在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串電阻。2 1 2SR R X X+ = + 公式 26 39。盡管剛起動(dòng)時(shí)，因?yàn)榇娮?SR使得 2I 減小，但 2cos? 值的增大，使得轉(zhuǎn)子有功電流 22cos?I 反而增大了，從而增北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值。圖 28 中，接觸器點(diǎn) K斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器起動(dòng)。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(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較準(zhǔn)確的整定在要求的數(shù)值上，頻敏變阻器都裝有調(diào)節(jié)氣隙長(zhǎng)度的活動(dòng)鐵心。 這里主要介紹三相異步電動(dòng)機(jī)（ M）的結(jié)構(gòu)，和測(cè)速發(fā)電機(jī)（ TG）、晶閘管交流調(diào)壓器（ TVC）和軟啟動(dòng)器四大部分的具體結(jié)構(gòu)以及工作原理。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：電機(jī)制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，可以北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 實(shí)現(xiàn)高壓大功率及高速驅(qū)動(dòng)，適宜在惡劣條件下工作，并能獲得和直流電機(jī)控制系統(tǒng)相媲美或更好的控制性能。對(duì)于容量較大 (10kw以上 )的電動(dòng)機(jī)，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(nèi)的導(dǎo)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(kāi)。對(duì)于大中型異步電動(dòng)機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座。如果去掉鐵心，整個(gè)繞組的外形就象一個(gè)關(guān)松鼠的籠子，所以具有這種籠型繞組的轉(zhuǎn)子，習(xí)慣上稱為籠型轉(zhuǎn)子。這種裝置當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后而又不需要調(diào)節(jié)速度時(shí)，移動(dòng)其手柄，可使電刷提起，與集電環(huán)脫離接觸，同時(shí)使三只集電環(huán)彼此短接起來(lái)。如何決定氣隙大小，應(yīng)權(quán)衡利弊，全面考慮。反轉(zhuǎn)時(shí)輸出電壓相位也相反。 交流調(diào)壓器的輸出仍是交流電壓，因此它可以通過(guò)變壓器再進(jìn)行調(diào)壓，但是它的輸出電壓波形與自耦式或感應(yīng)式交流調(diào)壓器不同，不再是正弦波形。 在交流調(diào)壓器中，相位控制應(yīng)用得較多，故下面主要介紹以相位控制的交流調(diào)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(dòng)器的一般電路構(gòu)成如圖 34： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 SCR電源輸入 晶閘管（調(diào)壓）主電路控制電源（開(kāi)關(guān)電源）同步信號(hào)采樣電路交流電壓輸出輸出電流檢測(cè)電路輸入電壓檢測(cè)電路脈沖觸發(fā)電路外圍晶振、復(fù)位、驅(qū)動(dòng)單片機(jī)芯片控制信號(hào)處理電路外部控制信號(hào)/輸 出信號(hào)（運(yùn)行、故障信號(hào)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(dòng)器的一般電路構(gòu)成 圖 軟起動(dòng)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(diào)壓電路上并聯(lián)有旁路接觸器的三組主觸點(diǎn)。在這種停機(jī)模式下，軟起動(dòng)器接到停止命令后即斷開(kāi)旁路接觸器并禁止晶閘管的調(diào)壓輸出，電機(jī)依負(fù)載慣性逐漸停車。這樣不同電壓下的機(jī)械特性便如下圖所示，圖 31中 Unom表示額定電壓。（電機(jī)起動(dòng)后，觀察MEL13 中的轉(zhuǎn)速表，如出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不符合要求，則須切斷電源，調(diào)整次序，再重新起動(dòng)電機(jī)。 a．起動(dòng)前，把三相調(diào)壓器退到零位，三刀雙擲開(kāi)關(guān)合向右邊（ Y）接法。注意電機(jī)轉(zhuǎn)向是否符合要求。 b．調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器調(diào)節(jié)旋鈕，使電動(dòng)機(jī)輸出功率接近額定功率并保持輸出轉(zhuǎn)矩 T2 不變，改變轉(zhuǎn)子附加電阻，分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。即在同等的條件下，起動(dòng)控制電路具有較簡(jiǎn)練的結(jié)構(gòu)，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(dòng)性能。尤其是隨著電力 電子 技術(shù)的 發(fā)展 和交流調(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速性能方面大大提高。實(shí)用表達(dá)式簡(jiǎn)單、便于記憶，是工程 計(jì)算 中常采用的形式。 YD 降壓?jiǎn)?dòng)只適用于正北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 常運(yùn)行時(shí)為三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均降為直接啟動(dòng)時(shí)的1/3，它也適用于輕載啟動(dòng)。 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。串級(jí)調(diào)速克服了轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速的缺點(diǎn)，但設(shè)備要復(fù)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(dòng)機(jī)的調(diào)速，又叫變頻調(diào)速器。 變頻調(diào)速是 現(xiàn)代 交流調(diào)速技術(shù)的主要方向，它可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率負(fù)載。在軟啟動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增 加。降壓?jiǎn)?dòng)分為定子串接電阻或電抗降壓 啟動(dòng)、 YD降壓?jiǎn)?dòng)和自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。物理表達(dá)式反映了異步 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的物理本質(zhì)，說(shuō)明了電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通和轉(zhuǎn)子有功電流相互作用而產(chǎn)生的。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 致 謝 在此論文的寫(xiě)作期間，得到畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師悉心的指導(dǎo)和精心的幫助，并在實(shí)習(xí)時(shí)也得到實(shí)習(xí)老師的幫助，在此向各老師表示深深的感謝。 通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 過(guò)程的實(shí)例仿真結(jié)果，充分證實(shí)了動(dòng)態(tài)仿真模型的正確性而且在仿真時(shí)可以隨便改變仿真參數(shù)，隨時(shí)地觀察仿真波形，使得仿真更加具北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 有實(shí)時(shí)性、直觀性。串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。 MEL09“繞線電機(jī)起動(dòng)電阻”調(diào)節(jié)到零。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 a．起動(dòng)電源前，把調(diào)壓器退至零位，起動(dòng)電阻調(diào)節(jié)為零。 d．合上三相交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)