【正文】 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(diào)速，又叫變頻調(diào)速器。再把直流電（ DC）變換為交流電（ AC），這個北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 過程叫逆變，把直流電變換為交流電的裝置叫逆變 器（ inverter）。 把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。串級調(diào)速克服了轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速的缺點，但設(shè)備要復(fù)雜得多。 變頻調(diào)速是 現(xiàn)代 交流調(diào)速技術(shù)的主要方向，它可實現(xiàn)無級調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率負載。其中 YYY 聯(lián)結(jié)方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，另外兩種屬于恒功率調(diào)速方式。 變極調(diào)速是通過改變定子繞 組接線方式來改變電機極數(shù)，從而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的變化。 3 三相異步電動機的調(diào)速 三相異步電動機的調(diào)速方法有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。在軟啟動過程中，電動機啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其 電子 控制電路。 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機可采用轉(zhuǎn)子串接電阻或頻敏變阻器啟動，其啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小，適用于中、大型異步電動機的重載啟動。 YD 降壓啟動只適用于正北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 常運行時為三角形聯(lián)結(jié)的電動機，其啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩均降為直接啟動時的1/3，它也適用于輕載啟動。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。人為機械特性曲線的形狀可用參數(shù)表達式分析得出，分析時關(guān)鍵要抓住最大轉(zhuǎn)矩、臨界轉(zhuǎn)差率及啟動轉(zhuǎn)矩這 三個量隨參數(shù)的變化 規(guī)律 。 三相異步電動機的機械特性是一條非線性曲線，一般情況下，以最大轉(zhuǎn)矩（或臨界轉(zhuǎn)差率）為分界點，其線性段為穩(wěn)定運行區(qū)，而非線性段為不穩(wěn)定運行區(qū)。實用表達式簡單、便于記憶，是工程 計算 中常采用的形式。物理表達式反映了異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的物理本質(zhì)，說明了電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通和轉(zhuǎn)子有功電流相互作用而產(chǎn)生的。由于轉(zhuǎn)速 n與轉(zhuǎn)差率 S有一定的對應(yīng)關(guān)系，所以機械特性也常用 Tem＝ f（ s）的形式表示。就三相異步電動機的機械特性出發(fā)，主要簡述電動機的啟動，制動、調(diào)速等技術(shù)問題。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，使得異步電動機在調(diào)速性能方面大大提高。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 致 謝 在此論文的寫作期間，得到畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師悉心的指導(dǎo)和精心的幫助，并在實習(xí)時也得到實習(xí)老師的幫助，在此向各老師表示深深的感謝。 影響三相異步電動機用電效率的三個關(guān)鍵因素電壓、轉(zhuǎn)差和功率因數(shù)之間存在耦合關(guān)系，因此對三相異步電動機進行節(jié)能控制的問題是一個非線性控制問題。 ，但這對不頻繁起動的電機拖動設(shè)備沒有影響。即在同等的條件下，起動控制電路具有較簡練的結(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性能。 通過異步電動機啟動過程的實例仿真結(jié)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(shù)，隨時地觀察仿真波形，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（論文） 32 有實時性、直觀性。 利 用 Matlab 軟件的 Simulink 功能建立的異步電動機通用動態(tài)仿真模型，具有直觀、方便、靈活的特點。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)電阻有兩種作用：由于轉(zhuǎn)子電路的電阻增大，使轉(zhuǎn)子阻抗增大，轉(zhuǎn)子的繞組的啟動電流減小，因而定子的啟動電流也相應(yīng)減?。贿m當(dāng)選擇變阻器的阻值，可是啟動轉(zhuǎn)矩增大， 這時雖然轉(zhuǎn)子電流減小，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)顯著增大，所以轉(zhuǎn)矩也增大。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 54 三相異步電動機的起動與調(diào)速仿真模型 仿真時應(yīng)先將串 0Ω 電阻起動先運行 , 并將結(jié)果保存 , 然后修改三相對稱電阻參數(shù)為 15Ω來實現(xiàn)調(diào)速 , 此時運行開始前應(yīng)將仿真參數(shù) Xintial state 的方框中設(shè)置成 Xfinal,首先將電動機的工作電壓設(shè)置為 220V，運行仿真模型。 表 1 U=220V If= 100 mA IF= A（ T2= N b．調(diào) 節(jié)“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器調(diào)節(jié)旋鈕，使電動機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，分別測出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 MEL09“繞線電機起動電阻”調(diào)節(jié)到零。 實驗線路同前。 d．用刷形開關(guān)切換起動電阻，分別讀出起動電阻為 2Ω、 5Ω、 15Ω 的起動轉(zhuǎn)矩 Tst和起動電流 Ist 。注意電機轉(zhuǎn)向是否符合要求。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 a．起動電源前，把調(diào)壓器退至零位，起動電阻調(diào)節(jié)為零。 圖 53繞線式異步電動機轉(zhuǎn)繞組串入可變電阻器起動 按線路如圖 53 接線，電機定子繞組 Y 形接法。 b．待電機完全停轉(zhuǎn)后，合上電源開關(guān)，觀察起動瞬間的電流，然后把 S 合向左邊（△接法），電機進入正常運行，整個起動過程結(jié)束，觀察起動瞬間電流表的顯示值以與其它起動方法作定性比較。 a．起動前，把三相調(diào)壓器退到零位，三刀雙擲開關(guān)合向右邊（ Y）接法。 d．合上三相交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，觀察電流表，使電機電流達 2~3 倍額定電流，讀取電壓值 UK、電流值 IK、轉(zhuǎn)矩值 TK，填入表中，注意實驗時，通電時間北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 不應(yīng)超過 10 秒，以免繞組過熱。 c．?dāng)嚅_三相交流電源，將調(diào)壓器退到零位。 注：按指針式電流表偏轉(zhuǎn)的最大位置所對應(yīng)的讀數(shù)值計量。（電機起動后，觀察MEL13 中的轉(zhuǎn)速表，如出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)向不符合要求，則須切斷電源，調(diào)整次序，再重新起動電機。 a．把三相交流電源調(diào)節(jié)旋鈕逆時針調(diào)到底，合上綠色“閉合”按鈕。 圖 51異步電動機直接啟動 起動前 ，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量實驗箱（ MEL13）中“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器旋鈕逆時針調(diào)到底，“轉(zhuǎn)速控制”、“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)扳向“轉(zhuǎn)矩控制”，檢查電機導(dǎo)軌和 MEL13 的連接是否良好。 異步電動機開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖以及系統(tǒng)實現(xiàn)圖，依次如下： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 42 開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 43 開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系 統(tǒng) 圖 44 單閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 TVC GT M 給定 TG G給定 ASR GT TVC M 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 45 單閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 3 圖 46 雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 給定 ASR ACR GT TVC 電流互感器 M TG 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 47 雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第 五 章 三相異步電動機仿真模型的建立 實驗方法 1．三相籠型異步電動機直接起動實驗。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。因此，改變定子外加電壓就可以改變其機械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變異步電動機在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。適用于對停車時間有要求和柔性停機要求的泵類負載等場合。 （ 2）軟停車。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(diào)壓輸出，電機依負載慣性逐漸停車。由 TA TA TA3檢測運行電流信號，輸 入控制電路，用于運行電流顯示、過載報警、停機保護等。 軟起動器的主電路形式如圖 35： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 35 軟起動器的主電路形式 圖 軟起器的主電路，一般采用 3只正反向并聯(lián)的晶閘管模塊，構(gòu)成三相交流調(diào)壓的電路形式，晶閘管主電路輸出可控交流起動電壓，起動過程結(jié)束后，交流接觸器 KM閉合，電動機進入運行階段，同時晶閘管主電路停止輸出。 控制板是以單片機（或稱 CPU）為核心的由模擬及數(shù)字集成電路構(gòu)成的控制電路，包括 CPU的基本電路、同步信號電路、輸入電壓、輸出電流檢測電路、脈沖觸發(fā)電路，控制端子（模擬、數(shù)字輸入 /輸出控制信號）電路、和控制電源、操作顯示面板電路等單元電路，往往排列于 1~3塊線路板上。 軟起動器的一般電路構(gòu)成如圖 34： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 SCR電源輸入 晶閘管（調(diào)壓）主電路控制電源（開關(guān)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(fù)位、驅(qū)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(gòu)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(diào)壓電路上并聯(lián)有旁路接觸器的三組主觸點。 此電路中只用了三個晶閘管元件，電路簡單，但由于元件的單向?qū)щ娦?，又被接成三角形，故為不對稱控制方式，正、負半波的波形不同（面積相同），所以輸出負載上有偶次諧波。 ，觸發(fā)脈沖寬度 大于 30176。 晶閘管三相星型三角形調(diào)壓電路，如圖 33： 圖 33 晶閘管三相星型三角形調(diào)壓電路 此電路用三個晶閘管元件接成三角形方式，放在星形連接的中點，所以稱為星點三角形調(diào)壓電路，其原理圖如圖所示。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。所以這種電路對鄰近通訊電路干擾小，從而減輕了濾波問題。 這種電路連接的優(yōu)點之一，就是它的輸出諧北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 波分量低。三相交流調(diào)壓器接線形式很多，這些電路各有特點，現(xiàn)分別敘述如下： 晶閘管三相全波星形或三角形調(diào)壓電路如圖 32： 圖 32 晶閘管三相全波星形或三角形調(diào)壓電路 這是一種三相三線制的線路結(jié)構(gòu)。 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。 相位控制。通過改變通斷時間比達到調(diào)壓的目的。 交流調(diào)壓器的晶閘管控制通常采用兩種方式： 通斷控制。 交流調(diào)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(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。 三、晶閘管交流調(diào)壓器（ TVC） 結(jié)構(gòu)圖如圖 31 圖 31 晶閘管交流調(diào)壓器 結(jié)構(gòu)圖 晶閘管單相交流調(diào)壓器，把三對反并聯(lián)的晶閘管與負載相串聯(lián)，然后接到交流電源上，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)負載上的電壓和功率，這一裝置稱為晶閘管交流調(diào)壓器。 這樣的繞組工 同步測速發(fā)電機：以永久磁鐵作為轉(zhuǎn)子的交流發(fā)電機。由于它的技術(shù)性能比其他類型交流測速發(fā)電機優(yōu)越，結(jié)構(gòu)不很復(fù)雜，同時噪聲低，無干擾且體積小，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種交流測速發(fā)電機。反轉(zhuǎn)時輸出電壓相位也相反。杯形轉(zhuǎn)子是由非磁性材料制成。勵磁繞組、輸出繞組嵌在定子上 ,彼此在空間相差 90176。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 二、交流測速發(fā)電機（ TG） 交流測速發(fā)電機 有空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機、籠式轉(zhuǎn)子異步 測速發(fā)電機和同步測速發(fā)電機 3種。如何決定氣隙大小，應(yīng)權(quán)衡利弊，全面考慮。然而，磁阻大可以減少氣隙磁場中的諧波含量，從而可減少附加損耗，且改善起動性能。磁阻大時，產(chǎn)生同樣大小的旋轉(zhuǎn)磁場就需要較大的勵磁電流。氣隙的大小與異步電動機的性能關(guān)系極大。這種裝置當(dāng)電動機起動以后而又不需要調(diào)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。這種轉(zhuǎn)子的特點是，通過集電環(huán)和電刷可在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻或其它控制裝置，以便改善電動機的起動性能或調(diào)速特性?；\型轉(zhuǎn)子上既無集電環(huán)，又無絕緣，所以結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠。這種轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條和端環(huán)一次鑄出。如果去掉鐵心，整個繞組的外形 就象一個關(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。因此籠形繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，因為異步電動機正常運行時，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的相對轉(zhuǎn)速不大，即轉(zhuǎn)差率在 5％ 之下，所以導(dǎo)條中的感應(yīng)電動勢不大，如導(dǎo)條與鐵心之間不加絕緣，由導(dǎo)條與鐵心之間的接觸電阻來限制導(dǎo)條間的漏電流也是可以的，一般無須用絕緣材料把導(dǎo)條與鐵心隔開， 藝極為簡單。轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)，下面分別說明這兩種繞組結(jié)構(gòu)型式的特點。 轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機主磁通磁路的一部分，一般也由 疊成，鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。對于大中型異步電動機，