【文章內容簡介】 5 00n nns ?? 0n — 同步轉速 常用改變轉差率的方法有改變定子電壓調速、采用滑差電動機調速、轉子電路串電阻調速、串級調速以及脈沖調速。前兩種方法適合于籠型異步電動機，后者適合于燒線式異步電動機。這些方案共同的特點是在調速過程中均產生大量的轉差功率 ，并且消耗在轉子電路，使轉子發(fā)熱。在不計定子繞組銅耗條件下， η 變轉差率調速系統(tǒng)最大可能的效率η定義為輸出機械功率 P1和輸入電功率 PS之比。 21 N r ss N s sMPPM ? ? ?? ????? ? ?? 1 s?? （ 2－ 3） NM — 電動機額定電磁轉矩 ω s — 定子旋轉磁場角速度 Ω r 一 轉子旋轉角速度 ω 2 — 轉子轉差角速度 由上式可知當轉速 時， ? 下降轉子損耗功率增高 。 以上三種調速方案，變極對數(shù) P調速 和變頻調速屬 于改變同步轉速 n0的調速方案，在調速過程中，轉差率 s 是一定的，故系統(tǒng)效率不會因調速而降低， 而變轉差率調速屬于不改變同步轉速的調速方案，存在著調速范圍愈寬，系統(tǒng)效率η愈低的問題，經濟性較差。 交流異步電動機的電磁轉矩表達式為 ： ])39。()39。[(2/322020211221 XXrrf srUnT pe ???? ? （ 2－ 4） 上 式中： pn 為定子繞組構成的級對數(shù)； 1U 為定子相電壓有效值； 1f 為定子電壓頻率； 1r 為定子每相繞組的內阻； 1X 為定子每相漏電抗； 39。2r 、 39。20X 為轉子折算到定子測的每相電阻和每相的漏電抗； s 為轉差率 。 在其他參數(shù)恒定的情況下，電磁轉矩 eT 于定子相電壓 1U 平方成正比。在一定負載轉矩之下，定子相電壓有效值 1U 的變化引起電機轉差率 s 變化，而同步轉速 1n 未變，則電動機的轉速 n 發(fā)生了變化 。 在調 1U 時，交流異步電動機的臨界轉差率 mS 和同步轉速 1n 多不變，使電動機在 恒定負載下的調速范圍旨在 0 至 ms 之間，如下圖所示。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 n0 MZ MM 1 4 3 2 ABC 圖 改變電源電壓 時的人為特性 當今用于交流調壓調速系統(tǒng)中的電動機一般采用高轉子電阻的交流力矩電動機。應為這種電動機的轉子繞組電阻 2r 很大，這樣就增加了交流異步電動機的臨界轉差率 mS ，mS 有時甚至接近 1， 采用交流力矩電動機進行調壓調速 ， 擴大了調速范圍，交流力矩電動機的機械特性如下圖所示。 a b c 3U 2U 1U 圖 轉子電路電阻較高時改變定子電壓的人為機械特性 異步電動機變電壓調速時，若采用普通電動機則調速范圍很窄，采用高轉子電阻的力矩電動機時，調速范圍雖然可以大一些，但機械特性變軟，負載變化時的靜差率太大。開環(huán) 控制很難解決這個矛盾。對于恒轉矩性質的負載，調速范圍要求在 D≥2 時 ， 一般需采用帶轉速負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng) ， 如下圖所示 ， 調速性能不高時也可以用定子電壓反饋代替轉速反饋信號 。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 A S RP LG + UR P可 控 硅 整 流 裝 置轉 速 調 節(jié) 器負 載電 磁 轉 差 離 合器光 電 編 碼 器+Un ctU*nU 圖 轉速負反饋閉環(huán)控制的交流調壓調速系統(tǒng)原理圖 在閉環(huán)系統(tǒng)中，如能平滑的改變定子電壓，就能平滑調節(jié)異步電動機的轉速；低速的特性較硬，調整范圍可較寬。 圖 轉速負反饋閉環(huán)控制的交流調壓調速系統(tǒng)靜特性 改變定子電壓調速方法的缺點是，調速時的效率 較低，功率因數(shù)比轉子串聯(lián)電阻是更低。 由于低速時消耗轉子電路的功率很大，電動機發(fā)熱嚴重。因此，改變定子電壓的調速方法一般適用于高轉差籠型異步電動機，也可用于繞線轉子異步電動機，在其轉子電路中可串聯(lián)一段電阻。如果用于普通的籠型異步電動機，則必須在低速時欠載運行，或短時工作。在低速時可用他扇冷卻方式，以改善電動機的發(fā)熱情況。 調壓調速也稱為降壓調速，因為異步電動機的工作電壓不允許超過額定值，調節(jié)電壓需在額定電壓以下進行。其一般采用籠式交流異步電動機，用晶閘管可控硅調壓電路調節(jié)其定子電壓，從而實現(xiàn)調速。 n T n 0 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 交流調壓主電路設計 主電路及其工作原理 主電路裝置 需要調壓調速的電動機可以利用三相自耦變壓器供電，也可以采用晶閘管進行交流調壓，但使用三相自耦變壓器供電不利于實現(xiàn)自動調節(jié)電壓。圖 所示是交流調壓裝置主要部分組成框圖，其主回路由 6 只普通晶閘管兩兩反并聯(lián) (或 3 只雙向晶閘管 )組成三相三線式，其優(yōu)點是可適用于 Y 或△接法的電機且諧波分量較少。 3 M1L2L3L 圖 交流調壓裝置主框圖 主電路原理 一般使用的異步電動機都是 三相電機 。 供電電源直接取自工頻 50Hz 的三相 380V交流電網(wǎng) ， 它的電壓是“不變”的 。 為了獲得可以調壓的三相交流電源 ， 必須加上調壓器。下面以晶閘管三相調壓電路來分析三相調壓工作原理。 三相接入反并聯(lián)之晶閘管 VT(1,2,?,6)，負載可以是 Y 接 ， 也可以是Δ接 ， 圖示 為 Y 接。 VT 承受正向電壓時，其導通時刻受門極觸發(fā)脈沖控制，觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時刻以相電壓過零點時為 0176。算起，相隔的電角度用 A 表示， A 稱為控制角， A 的范圍為 0～ 180176。而且 A 越大，說明 VT 在承受正向半周內導通的時刻就越晚，加在該相負載上的電壓越小 ，起到了降壓的作用。為使三相電流形成通路，在一相 VT 導通時，須有一個相鄰的反向 VT 導通。為了保證在電路起始工作時能有兩個 VT 同時導通，以及在感性負載和控制角較大時仍能保證不同的正、反相兩個 VT 同時導通，要求采用大于 60176。的寬脈沖(也可以是脈沖列或雙脈沖 )的觸發(fā)電路。為保證輸出三相對稱電壓，且有一定的調節(jié)范圍，要求觸發(fā)信號與交流電源有一致的相序和相位差 。 如圖 a 電路，要求以電源頻率和周期確定的電角度依次觸發(fā) VT1,VT2, ?， VT6， 互相間隔為 60176。電角度。若以相電壓湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 起點， A=0176。時觸發(fā) VT1 導通，而后相隔 60176。依次觸發(fā) VT2， VT3， ?， VT6， VT1 循環(huán)下去。如圖 a 所示，這種情況相當于每個 VT 在承受正電壓瞬間即導通，而承受負電壓 (負半周反電壓 )時自然關斷，使電源電壓全部通過 VT 加到負載上?？梢?A= 0176。提供負載最高電壓。圖中電壓波形與觸發(fā)信號之間的數(shù)字是表示虛線區(qū)間導通的 VT 號。當控制角 A=30176。時 ， 見圖 b，每個 VT 的導通都滯后 30176。 ， 輸出給 A 相負載的電壓波形如陰影部分所示。 圖 三相交流調壓電路輸出波形 波形中 Xt=0～ 30176。時沒有電壓輸出； Xt=30～ 60176。時， VT1 觸發(fā)導通。與此同時三相都有 VT 觸發(fā)導通， A 相輸出為原電源電壓波形。但在 Xt=60～ 90176。區(qū)間，由于 VT5關斷，而 VT2 尚未觸發(fā)導通，相當于 C 相斷電。因而 A 相負載上的電壓為 A、 B 相電源線電壓的一半，所以電壓波形出現(xiàn)缺口。當 Xt=90～ 120176。時， VT2 觸發(fā)導通，負載又得到電源相電壓。同理，當 Xt=120～ 150176。區(qū)間， VT6 關斷，負載上電壓為 A、 C 相 (b) A=30186。 t B 0 C A ωt t 111 3 5 4 2 6 1 234 561 612 123 456 345 561 B 0 C A ωt (a) A=0186。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 線電壓的一半，所以輸出波形升高一塊，輸出電壓為圖中陰影 所包面積。波形的其余部分依次類推。由以上波形分析可以看出， A= 0176。時，調壓電路輸出最大電壓， A 增大則輸出電壓減小。可以分析出，當 A=150176。時輸出電壓為零。只要控制角 A 由 0～ 150176。變化，輸出交流電壓即可連續(xù)地由最大調到零，實現(xiàn)了調壓目的。 交流調壓調速控制主回路設計 圖 調壓調速控制主回路的線路原理圖。在反饋速度與給定速度不同時，即可改變晶閘管的移相控制電壓，從而改變晶閘管的觸發(fā)角，達到調壓調速目的。由速度負反饋構成閉環(huán)控制及軟件 PID 調節(jié)，可以改善調壓調速特性。 3 M隔 離驅 動晶 閘 管觸 發(fā) 器光 電 編 碼 器同 步信 號DIP40單片機電 壓 檢 測保 護 電 路A / D轉 換 調壓調速控制主回路的線路原理 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 主電路參數(shù)及元器件選型 主電路參數(shù)要求 KWPN 45? ， 580 / minNnr? ， vUN 380? ， AIN 89? ， ?? ， cos ?? ，? ? ， Y 接法 , mkgGD . ? ,調速范圍 D =5，低速時靜差率， S≤ 。根據(jù)以上要求，選擇 Y315S10 籠型三相異步電動機。 晶閘管 選擇 選擇功率模塊時 ,需要考慮到電機的過載要求，功率器件的電流定額為 NI = (～ 2) m? =(～ 2) 2? 89 ?? =(378～ 629)A 上 式中：（ ～ 2）― 表示安全裕量 要求直流側電源電壓 Ud=380v/≈ 考慮到大功率晶閘管的管壓降等，取 Ud=450V，則大功率晶閘管的極限參數(shù)為 U(BR)ceo=(2～ 3)Ud=(900～ 1350)V 根據(jù)上 述計算，選取晶閘管元件 KP600— 10，計 6 只。 濾波電容的選擇 取 FC ?44000 ? ，其耐壓 VU 9316 2 ? 。綜合考慮濾波電容的體積、價格和濾波效果，結合經驗，在變頻器的濾波環(huán)節(jié)處采用了兩個濾波電容： 2 只 2200 F? 、耐壓在 500V以上的電容器并聯(lián)使用。 阻容吸收電路參數(shù)計算 按照晶閘管三相電路支流側阻容吸收電路參數(shù)算式進行估算 lOCd fUIIKC220022 100?? （ 31） ?2002221 0 0 IIUKROlRd? （ 32） 電流有效值為 （ 33） 電壓定額為 mD IwtdII 31)(360112002 ?? ? ??湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 NDU =（ 2～ 3） mU =（ 2～ 3） ? 3802? =（ 1074～ 1612） V 而 370000?cdK ， ?rdK ， ?OI ， dII ?? 所以 FFC ?? 348192350 2 ?????? ?????? 13 2R 2C 選擇 400? F 的 CZJ 系列低價電容， 2R 選擇 15? 的 RJ 系列金屬電阻。 壓敏電阻的選擇 壓敏電阻的額定電壓 1mAU ： )壓峰值壓敏電阻承受的額定電()(1 ??? ?