【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)，同時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差率的下降，轉(zhuǎn)子整流電壓也將下降，最終使轉(zhuǎn)子整流電壓與逆變電壓達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，讓直流回路中有一定的電流流過，保證電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。若要增加電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以增大逆變角的大小。逆變角增大后，逆變電壓將減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電流增大，使電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大，此時(shí)由于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將升高。隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)差率的下降，轉(zhuǎn)子整流電壓將減小，使直流回路中的電流又減小，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也減小，最終達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)就在較高的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行。同理，要降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以減小逆變角。逆變角減小后，逆變電壓就將增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電流則減小，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小，此時(shí)由于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的速度將降低。隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率的增大，轉(zhuǎn)子整流電壓將增大，使得直流回路中的電流又增大，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，最終達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)將在較低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)守運(yùn)行。在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若負(fù)載突然發(fā)生變化，例如負(fù)載突然增大，則由于轉(zhuǎn)矩不平衡，將造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增加時(shí)，轉(zhuǎn)子整流電壓也將增大，而此時(shí)的逆變電壓不變，則造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，最終使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，可將逆變角調(diào)到最小，這時(shí)所得到的逆變電壓為最大，并且超過轉(zhuǎn)子整流電壓，從而使得轉(zhuǎn)子整流回路中的電流降為零。這樣電動(dòng)機(jī)不再產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，使其轉(zhuǎn)速逐漸降低直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 串級(jí)調(diào)速控制回路的工作原理根據(jù)我們前面的設(shè)計(jì)知道，本系統(tǒng)采用的是雙閉環(huán)控制，以及已經(jīng)得到串級(jí)調(diào)速系的方框圖，有了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)直流回路及異步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，并確定電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器都為PI調(diào)節(jié)器，就可畫出具有雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖34所示：圖34串級(jí)調(diào)速動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在突加給定時(shí)的起動(dòng)動(dòng)態(tài)過程與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。起動(dòng)初期，速度調(diào)節(jié)器處于飽和輸出狀態(tài)，系統(tǒng)相當(dāng)于轉(zhuǎn)速開環(huán)。隨著起動(dòng)過程的進(jìn)行，電流調(diào)節(jié)器的輸出增大，使逆變器的逆變角增大，逆變電壓減小，改變了起動(dòng)開始瞬間逆變電壓大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)整流電壓的條件，產(chǎn)生直流電流，使電動(dòng)機(jī)有電磁轉(zhuǎn)矩而加速起動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未到達(dá)給定值前，調(diào)速系統(tǒng)始終由電流環(huán)起跟蹤作用以維持動(dòng)態(tài)電流為恒定，并使加速過程中逆變電壓與轉(zhuǎn)子整流電壓的變化率相同。直到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超調(diào)，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)才投入工作，以保證最終獲得轉(zhuǎn)速無靜差系統(tǒng)。 礦井提升機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理提升機(jī)采用三相交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。其電動(dòng)機(jī)又可采用可控硅串級(jí)調(diào)速，其電氣控制系統(tǒng)原理如圖3—5所示。由圖可知，提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的主回路為電源經(jīng)過交流接觸器與正、反轉(zhuǎn)接觸器與加在三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組上，它的轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)三相橋式整流器、平波電抗器、直流接觸器，三相橋式逆變器與逆變變壓器返回電網(wǎng)?？刂苹芈窞殡p閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器LT組成內(nèi)環(huán)，速度調(diào)節(jié)器ST作為圖35 礦井提升機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)。定子控制單元通過電平檢測(cè)器DJ1和DJ正、反繼電器Q和H來控制正、反轉(zhuǎn)接觸器與，從而改變加在定子繞組上的電源電壓的相序來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運(yùn)行。三相橋式整流器的整流電壓 式中：—轉(zhuǎn)子繞組的額定線電壓； —的轉(zhuǎn)差率。 三相橋式逆變器的逆變電壓 式中：—逆變變壓器的副方線電壓； β—逆變器的逆變角 由電力拖動(dòng)原理可知 式中：—逆變器直流側(cè)的電流； —主回路的等值電阻。 由上式可知當(dāng)忽略時(shí)，則即，因此就有： 當(dāng)改變逆變角的大小，就可以改變轉(zhuǎn)差率s，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。其調(diào)速過程如下：① 若給定電壓↑→↓→↑→↓→電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩↓→（電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩）→電動(dòng)機(jī)減速→↑→↑→回升→↑……此過程直到又重新等于為止。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低于原來的轉(zhuǎn)速。② 若↓→↑→↓→↑→電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩↑→＞→電動(dòng)機(jī)加速→↓→↓→↓→↓……此過程一直到=為止。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高于原來的值。③ 若為負(fù)，則的輸出為正，的輸出為負(fù)，導(dǎo)通，工作，反轉(zhuǎn)繼電器得電，使反轉(zhuǎn)交流接觸器得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。④ 若為正，則的輸出為負(fù)，的輸出為正，導(dǎo)通，工作，正轉(zhuǎn)繼電器得電，使正轉(zhuǎn)交流接觸器得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。由我們的設(shè)計(jì)資料：已知提升機(jī)電動(dòng)機(jī)為JRQ1410—8高壓電機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：額定功率:=280KW 額定定子電壓:=6000V額定轉(zhuǎn)速:=740r/min 額定效率:=額定轉(zhuǎn)子電壓:=495V 額定轉(zhuǎn)子電流:=375A轉(zhuǎn)子飛輪力矩：=180[KgM178。] 轉(zhuǎn)子電阻:=額定轉(zhuǎn)差：=％ 定子漏抗：=定子電阻：=：=最大過負(fù)荷系數(shù)：=根據(jù)式 == 由于整流在系統(tǒng)電源反接的瞬間和在電機(jī)由額定轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)，突然制動(dòng)時(shí)所轉(zhuǎn)子受到的電壓最高，其相電壓為： 橋式整流電路二極管受到的反相電壓為，留二倍裕量，所以：（1）整流二極管額定電壓：（2）整流二極管額定電流在三相橋式整流電路中，直流電流： 則元件的額定電流（當(dāng)三相橋式取時(shí)）為： 因此選用的整流二極管 逆變器的初始定相為，即當(dāng)時(shí)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)狀態(tài)，則此時(shí)三相橋式不可控整流平均電壓，當(dāng)時(shí)最大，三相橋式逆變電壓，由電力拖動(dòng)基礎(chǔ)可知:式中：—逆變器直流電流。 —主回路等值電阻當(dāng)忽略時(shí)，所以。則此時(shí)逆變變壓器的副方線電壓為：可控硅元件參數(shù)額定根據(jù)變流技術(shù)公式可得：（1） 可控硅元件的額定電壓：（2） 可控硅元件的額定電流： 所以選用的可控硅逆變變壓器采用最普通的接法（便于同步變壓器的設(shè)計(jì)）。由上述設(shè)計(jì)可知，逆變變壓器原方額定電壓為6000V，副方額定電壓為990V，因此 逆變變壓器的變比： ；逆變變壓器副方額定電流: 逆變變壓器原方額定電流: 逆變變壓器的額定功率: ,應(yīng)該說反饋回去的電能肯定要小于電機(jī)所損耗的電能，為什么變壓器的容量反而大于電機(jī)的容量。是因?yàn)?，變壓器工作效率低。如果采用間接起動(dòng)，變壓器容量可適當(dāng)減小。如果從降低變壓器的容量著手我們可以考慮使用頻敏變阻起動(dòng)。 平波電抗器的設(shè)計(jì)從限制電流脈動(dòng)的角度出發(fā)設(shè)計(jì)，必須加平波電抗器，用以保持小負(fù)載時(shí)電流連續(xù)和限制電流諧波分量，也可以限制電流的上升率，從限制電流的脈動(dòng)角度出發(fā)設(shè)計(jì)，取電流脈動(dòng)系數(shù)，則限制電流脈動(dòng)所需的電感量為： 對(duì)于三相橋式整流電路中：，， ，將各參數(shù)代入上式可得： （1）逆變變壓器的副方每相繞組漏感： 對(duì)于三相橋式電路中：=，變壓器阻抗電壓=5， ，= 將各參數(shù)值代入上式可得：（2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗： 其中： 即有： 則平波電抗器電感量：所以取5mH電抗器，額定電流為500A。 晶閘管保護(hù)電路的設(shè)計(jì)晶閘管是比較脆弱的電子元件，短時(shí)間的過電流和過電壓都有會(huì)使元件損壞，因此需要完整的保護(hù)裝置。 圖41 晶閘管的保護(hù)電路（1）電流上升率的保護(hù)可以省略。因?yàn)榻涣鬟M(jìn)線有電流互感器，直流則有平波電抗器，這樣交流電流的上升率都不會(huì)太快。過流保護(hù)用串接在橋臂上進(jìn)行保護(hù)如圖4—1所示。它的額定電壓，額定電流，如下：（線路工作時(shí)的電壓） 所以選用：（2）交流側(cè)過電壓保護(hù)：采用接法的阻容吸收裝置，吸收因變壓器拉閘，電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的過電壓，如圖4—1所示： 所以選用 所以選用（3）晶閘管過電壓保護(hù)：一般在晶閘管兩端并接阻容吸收裝置如圖4—1所示， 按經(jīng)驗(yàn)取1μF按經(jīng)驗(yàn)取5Ω所以C選用： R選用： 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流控制電源（）它由W7800系列和W7900系列三端固定式集成穩(wěn)壓器組成，作為本裝置所有控制單元的直流電源。穩(wěn)壓電源電氣原理圖如圖51所示，圖中，電容和可改善瞬態(tài)狀態(tài)，電容和可抑制長(zhǎng)線紋波，二極管和可防止因輸出端短路而引起內(nèi)部電路的的損壞，為電壓表測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)，為電壓通斷開關(guān)，為電壓表，與及均裝在面板的位置上，便于觀察的操作。 圖51 穩(wěn)壓電源原理圖 變壓器的設(shè)計(jì)由于變壓器容量不太大，對(duì)電源的影響小，可以和同步變壓器共用。初步估計(jì)。這里留有一點(diǎn)裕量，所以： 變壓器變比： 原方電流： 變壓器容量： （此時(shí)選取50W）由于低壓直流電源要提供給雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)放用電和直接關(guān)系到調(diào)速精度給定電壓值、觸發(fā)塊，定子控制單元用電。因此對(duì)低壓直流電的脈動(dòng)系數(shù)、紋波，要求極嚴(yán)格，所以要采用穩(wěn)壓電路。 整流橋的設(shè)計(jì)為了消除穩(wěn)壓電壓源對(duì)同步電源的影響采用兩組橋式整流，整流二極管工作的額定電壓為，額定電流：（）取A，因整個(gè)穩(wěn)壓電源輸出電流I= 所以選用：2CZ55C整流二極管 熔斷器選用替換方便的玻璃封裝保險(xiǎn)管。，工作電壓不用計(jì)算，只是保險(xiǎn)座的耐壓能力應(yīng)在30V以上，所以選用的保險(xiǎn)額定電流為：所以選用 濾波網(wǎng)絡(luò)由于穩(wěn)壓電源采用三相橋式整流，脈動(dòng)系數(shù)本來較小，要求的濾波電容容量小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取，采用鋁電解電容。由于大電解電容極板的集膚效應(yīng)，高頻響應(yīng)差，為了避免產(chǎn)生自激振蕩，所以加上高頻濾波電容、大小，取經(jīng)驗(yàn)值，它們的耐壓能力取30V能滿足要求。所以、選用：、選用：CD11 1000/25 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)方法較多，有開關(guān)式,串聯(lián)式的分立元件電路形式。本課題選用通用的三端穩(wěn)壓集成塊和，它們的引腳功能：W7800系列，1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳為公共端W7900系列，1腳為公共端，2腳為輸出端，3腳為輸入端W7815穩(wěn)壓器最大輸入電壓可達(dá)35V，輸出電壓為+15V，. W7915穩(wěn)壓器最大輸入電壓可達(dá)35V,輸出電壓為15V, .W7815輸出，輸入為正極性電源，W7915輸入，輸出為正極性電源，其工作原理如下：當(dāng)整流變壓器接上電源，6000V高壓經(jīng)變壓器降至24V交流電，經(jīng)橋式整流濾波，送入W7815和W7915經(jīng)穩(wěn)壓再經(jīng)、進(jìn)一步消除紋波，、高頻濾波消除自激振蕩。如果閉合，則指示燈亮，表明穩(wěn)壓電源向負(fù)載正常供電。，起短路保護(hù)的作用，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，、兩端的電壓由15V上升到30V。如果二極管的反向耐壓能力為20V，那么，被擊穿。把穩(wěn)壓集成塊短路，從而防止過電流燒壞集成塊。如果電流過大，、熔斷，起到保護(hù)整個(gè)電路的作用。和也是二極管的短路保護(hù)，防止感性負(fù)載產(chǎn)生高電壓損壞穩(wěn)壓集成塊和擊穿保護(hù)，防止短路把高壓傳輸過來損壞后面的負(fù)載。兩個(gè)電壓表用來監(jiān)測(cè)穩(wěn)壓電路是否工作正常，兩塊電壓表的量程應(yīng)為20V。、用來消除長(zhǎng)線紋波和增加瞬態(tài)響應(yīng)速度。應(yīng)該越大越好，取經(jīng)驗(yàn)值： ==1000(F) 、是用來作為高頻濾波取經(jīng)驗(yàn)值： 、的最高反向擊穿電壓為20V，擊穿電流應(yīng)達(dá)2A，所以選用：2CZ55B和的最高反向擊穿電壓為20V，擊穿電流比較小，所以選用： 2CZ82A指示燈選用： 額定電流。則限流電阻應(yīng)為：所以選用：RX21——2K/2 校對(duì)W7815和W7915輸入電壓,取電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%，那么整流后的電壓為： （符合要求） 散熱片 P（功耗）= 又集成塊正常工作溫度為,按其溫度上升不超過計(jì)，則散熱片的熱阻應(yīng)滿足： 故選用SR2Z型散熱器，熱阻，功耗18W 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)器采用KCZ6集成化六脈沖觸發(fā)組件，電氣原理如圖52所示：在同步電壓過零點(diǎn)的瞬間，電容迅速放電，使4腳電位為0，過零后，集成塊內(nèi)部的恒流源對(duì)充電，和外部電部也對(duì)它充電，使4腳上形成鋸齒波電壓，據(jù)有關(guān)資料介紹充電電流，同步電壓來自同步變壓器。為了消除三次諧波的影響，同步變壓器接成，它的副方電壓為35[V]。它們分別接在A相、B相、C相同步端。移相的控制電壓（來自電流調(diào)節(jié)器的輸出）加在端子上?？刂齐妷旱拇笮?，保證移相范圍為，當(dāng)時(shí)，；若時(shí)，；當(dāng)，因此，的限幅值為。