【正文】 表停止，綠色代表接通1號、2號電動機，黃色代表工頻和變頻的轉換。所選擇的按鈕型號如下：LA391 1 D 控制回路電壓220V；電流10AL—主令電器A—按鈕39—設計序號1—1對常開觸頭1—1對常閉觸頭D—結構形式代號（光標按鈕，內有信號燈） 按鈕顏色的含義參見下表。2）需要顯示工作狀態(tài)，確保工作安全，所以選擇光標式。按鈕的觸頭允許通過的電流較小，一般不超過5A，因此，一般情況下，它不直接控制主電路（大電流的電路）的通斷，而是在控制回路中發(fā)出指令或信號，控制接觸器、繼電器等電器，再由它們去控制主電路的通斷，功能轉化和電器聯(lián)鎖。 開啟式負荷開關的型號及含義如下： HK230／3 HK—開啟式負荷開關 2—設計序號 30—額定電流為30A 3—三極開關 渦流測功機的直流勵磁回路，理論上應該選用兩個HK115型的負荷開關，考慮到具體情況，實際選用HK230／2型開關一個；HK115型開關一個。 HK系列開啟式負荷開關的主要技術數(shù)據(jù)見下表。開關的選用：，這種開關沒有專門的滅弧裝置，其刀式動觸頭和靜夾座易被電弧灼傷引起接觸不良，因此不易用于操作頻繁的電路，具體選用方法如下：1)用于照明和電熱負載時，選用額定電壓220V或250V，額定電流不小于電路所有負載額定電流之和的兩極開關。它的作用是防止電動機全壓啟動，產生較大的啟動電流，從而將熔斷器熔體熔斷，斷開電路?；瑒幼冏杵鞯奶匦詫⒃谙旅婢唧w介紹。本次實驗采用的測功機數(shù)據(jù)如下：最大轉矩 ；其勵磁繞組采用串聯(lián)連接，最大串聯(lián)電壓為 200V（直流）。各設備特性如下：(1) 三相異步電動機本次實驗采用的三相異步電動機參數(shù)如下表表4—1 三相異步電動機的主要數(shù)據(jù)型號JO2322額定功率4KW額定頻率50HZ額定轉速2880轉／分額定電壓380V額定電流三角形接法E級絕緣；連續(xù)工作重量45kg電動機型號的含義 JD2322J交流異步O封閉式2第二次改型設計3—機座號2—鐵芯長度序號2—極數(shù)(2) 渦流測功機 這種測功機利用渦流產生制動力矩，作為電動機的機械負載，在實驗室中應用較為普遍。 調速系統(tǒng)的構成及其主要設備系統(tǒng)的構成如下圖所示:2號電動機1號電動機渦流測功機渦流測功機電源變頻器 圖4—1 調速系統(tǒng)框圖調速系統(tǒng)采用的主要設備有三相異步電動機、調壓變壓器、渦流測功機。由于MICROMASTER440 具有全面而完善的控制功能，在設置相關參數(shù)以后它也適合用于需要多種功能的電動機控制系。2)M440變頻器簡介 型號 ：MICROMASTER 440 通用型變頻器MICROMASTER 440 是適合用于三相電動機速度控制和轉矩控制的變頻器系列功率范圍涵蓋120 W 至 200 kW (恒轉矩(VT)方式) 或250kW (變轉矩 (VT) 方式) 的多種型 號可供用戶選用本變頻器由微處理器控制并采用具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管IGBT 作為功率輸出器件，因此它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性，其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲，全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。② 根據(jù)設計要求，采用電壓／頻率模式。（3）4KW異步電動機變頻調速系統(tǒng)變頻器的選擇 1）確定變頻器機型。最高輸出頻率超過50HZ以上的變頻器，由于輸出電壓不能超過額定值，因此為恒功率特性，應注意在高速區(qū)轉矩的減小。（2）輸出頻率變頻器的最高輸出頻率對于不同的機種有不同的值，最高頻率有50、60、1200 Hｚ等甚至更高。使用逆變器傳動電機比直接用工頻電源接入電機時，產生同樣功率時的電機電流有所增加，故用裕度系數(shù)K。通常將變頻器功率選的比實際配用電動機功率大些。表示在輸出額定電流以內可以傳動的電機功率，適用電機功率是以4極標準電機為對象，本系統(tǒng)的電動機是2極鼠籠式電機。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值，不管用于何種用途，都不允許電流連續(xù)流過值超過此值。圖34元件安裝布置圖第4章 變頻調速系統(tǒng)元器件的選擇 　首先必須充分認識到使用變頻器的目的是什么；變頻調速系統(tǒng)應用在什么場合及負載特性的具體情況，并從容量、輸出電壓、輸出頻率、保護構造、電壓／頻率模式、電網(wǎng)→逆變器的切換、瞬停再啟動等諸多方面進行綜合考慮，進而選擇滿足要求的 機種、機型。這種圖是加工制造屏、盤和安裝設備的依據(jù)，該圖與單元接線圖相互對應，可供安裝，接線，查線及維護管理過程中核對控制屏（控制臺）設備的名稱、位置、用途及拆裝、維修等用。3)電動機停止：按下停止按鈕SB0→控制回路失電→各帶電接觸器線圈失電→1電動機（或2電動機）停止 。圖33控制電路圖(4)控制電路的工作原理簡介1)變頻控制功能: 按下按鈕SB1→接觸器KM1線圈帶電→KM1常開觸點閉合→KM1輔助觸點對電路自鎖→按下按鈕SB3→接觸器KM3線圈帶電→KM3常開觸點閉合→KM3輔助觸點對電路自鎖→按下變頻器上的啟動按鈕→對變頻器的頻率進行調節(jié)→1電動機的轉速隨頻率改變。因此，實驗臺最后所采用的接線為接觸器、復合按鈕雙重互鎖。控制線路的工作過程利用了復合按鈕先斷后通的特點，如要求電動機由變頻工作狀態(tài)轉變?yōu)楣ゎl時，直接按工頻起動按鈕SB2，這時SB2的常閉觸點先斷開，接觸器KM1線圈斷電，然后其常開觸點閉合，接觸器KM2線圈通電，其常開主觸點及自鎖觸點閉合，電動機進入工頻運行狀態(tài)。圖32控制電路圖在圖32中存在一個問題：當電動機需要從變頻轉換為工頻時，必須先按下停止按鈕SB0，方可切換到工頻狀態(tài)，是很不方便的。所以1和2電動機控制單元增加了電氣互鎖部分。此時可以通過自耦調壓器來起動電動機。因此，在接觸器KM1帶電的情況下，即使按下按鈕SB2接觸器KM1和接觸器KM2也不同時接通。1)接觸器KMKM2在任何情況下都不能同時通電，否則會造成電路短路，為此在工頻和變頻切換控制部分采取了互鎖電路。利用兩個接觸器的輔助常閉觸點互相控制的方式，稱為電氣互鎖。同理，按下按鈕SB4，2電動機也可以變頻起動。由于主電路采用了四個接觸器，其中通過接觸器KM1來接通變頻器，接觸器KM2接通工頻電源（經調壓器），接觸器KM3和KM4在變頻器或調壓器接通的情況下來起動電動機。如圖33所示為電動機變頻和工頻控制線路。主電路如圖31所示。熱繼電器是利用電流的熱效應而工作的電器。(3)熔斷器和熱繼電器的選用。缺點是電動機的轉矩與電壓的平方成正比，降壓起動時雖然起動電流減小，起動轉矩也大大減小，帶負載能力下降，很難帶額定負載起動。在主電路中的工頻起動部分接入自耦調壓器，利用自耦調壓器來調節(jié)加在電動機定子繞組上的端電壓，限制起動電流。由于在工頻額定電壓直接起動電動機時，起動電流高達額定電流的47倍（約3256A），會對并在同一電源母線上的其他用電設備有影響。同理，當接觸器KM4的主觸點閉合時2電動機可以起動。接觸器KMKM4分別對2電動機的起動進行控制。本系統(tǒng)共采用四個交流接觸器。本系統(tǒng)采用普通的繼電接觸控制，因此采用一般設計方法進行設計。另外，在實際工作中，往往還要畫出電器元件布置圖，以利于電器元件之間的接線安排和電器元件的維修與更換。實際工作中，電器安裝接線圖常與電氣原理圖結合起來使用。其特點是相連的電器元件通過的電流較小?？刂齐娐芳措姎舛位芈?，包括聯(lián)鎖電路、保護電路、信號電路等，它用來描述主系統(tǒng)各元器件的邏輯控制關系。主電路即電氣一次回路，它用來描述包括電動機、發(fā)電機等設備在內的主系統(tǒng)構成及其電氣主接線的原理。為了簡單清楚地表明電路功能，將原理圖采用電器元件的形式繪制。 第3章 4KW異步電動機的變頻調速系統(tǒng)的設計電氣控制線路圖有兩種表示方法，一種是電氣原理圖，一種是電氣安裝接線圖。這些調速方法的共同特點是在調速過程中都產生大量的轉差功率。異步電動機在額定頻率以上調速的，普遍采用這種弱磁調速方法。即常數(shù)。通常要求磁通φm在保持恒定的情況下進行調速。反之，如果頻率從額定值往上調，磁通量減少，導致電動機允許輸出轉矩下降，使電機使用率降低，在一定負載下還有過電流的危險。一般設計電機時，為充分利用鐵心材料，都把磁通量數(shù)值選為接近磁路飽和值。(2)恒磁變頻器調速恒磁變頻器調速分析如忽略定子阻抗降壓，異步電動機定子繞組的感應電動勢近似等于定子外加電壓，即U≈E1==c1f1φm （2—4）C1=式中C1—常數(shù)。但當輸出電壓必須接近正弦波時，現(xiàn)在已有電壓比更高的研究成果。其最高輸出頻率不超過電網(wǎng)頻率的，一般主要用于軋機主傳動、球磨機、水泥回轉窯等大容量低轉速的調速系統(tǒng)，供電給低速電動機直接傳動時，可以省去龐大的齒輪減速箱。有時為了突出其變頻功能也稱作周波變換器。圖2—2交直交變壓變頻器框圖圖 2—3 PWM變壓變頻器示意圖具體的整流和逆變電路種類很多，當前應用最廣泛的是由二極管組成不控整流器和由功率開關器件（P—MOSFET，IGBT等）組成的脈寬調制（PWM）逆變器，簡稱PWM變壓變頻器，如圖2—3所示。1) 交直交變壓變頻器交直交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變頻器變換成可控頻率和電壓的交流，如圖2—2所示。隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展，尤其是電力電子器件技術的成熟，研制生產了多種電子變頻調速裝置主要有“交—交”變頻器和“交—直—交”變頻器，能把電網(wǎng)供給的恒頻恒壓的交流電變換為頻率和電壓可調的交流電，供給三相異步電動機。變頻調速的主要問題是要有符合調速性能要求的變頻電源。電流反向法變極的基本原理是通過改變定子每相繞組中一半線匝的電流分布，來改變電樞磁場的分布，從而改變電機的磁極數(shù)。由交流繞組的理論可知，分布繞組可以根據(jù)基波磁動勢幅值相等的原理等效為集中繞組。改變定子的極對數(shù)，通常用改變定子繞組的接法來實現(xiàn)。所以，三相異步電動機的調速方法有：變極調速、變頻調速和改變轉差率調速三種。這時的電磁轉矩方向與旋轉磁場的轉向相同，與轉子轉向相反，因此起制動作用。 (a) (b) (c) 圖21 異步電動機的三種運行狀態(tài) (a)電磁制動狀態(tài) (b)電動狀態(tài) (c)發(fā)電狀態(tài)(3)電磁制動狀態(tài)假設在某種外因（這外因可能是電的，也可能是機械的）作用下，使轉子反著旋轉磁場方向旋轉，即n0,s1時，電機就運行于電磁制動狀態(tài)，如圖21(a)所示。(2)發(fā)電運行狀態(tài)如果用原動機拖動轉子順旋轉磁場的方向旋轉，使轉子的轉速n高于旋轉磁場的轉速n1，即nn1,s0,異步電機便運行于發(fā)電狀態(tài),如圖21(c)所示。(1)電動運行狀態(tài)如果轉子順著旋轉磁場的方向旋轉，且0nn1，也就是說0s1，電機處于電動狀態(tài)。定子旋轉磁場的同步轉速n1與轉子的轉速n之差，稱為轉差Δn=n1n。由于轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速必須有差異才能產生電磁轉矩，所以稱其為異步電動機。電動機對軸上的機械負載作功，將電能轉換成機械能。如不考慮導體中的電流與電動勢的相位差，則電動勢的瞬時方向就是電流的瞬時方向。N極下轉子導體電動勢由圖面向外指，S極下的轉子導體電動勢指向圖面。當三相定子繞組接于三相對稱電源，流過三相對稱電流時，三相合成磁動勢在氣隙中產生旋轉磁場，如只考慮其基波，則此磁動勢在氣隙中以同步轉速n1旋轉。人們日常生活中的電扇、洗衣機等家用電器和醫(yī)療器械中也大量采用單相異步電動機。圖1－4系統(tǒng)框圖第2章 三相式鼠籠電機的變頻調速原理 三相異步電動機的工作原理和運行狀態(tài)異步電動機是電力拖動系統(tǒng)中應用最廣泛的一種電機。由于所選變頻器自身的特點以及容量有限在變頻運行只能拖動一臺電動機運行，所以采用了兩個按鈕分別對兩臺電動機進行控制。具體表現(xiàn)在實驗臺上就是，通過調節(jié)變頻器的運行頻率實現(xiàn)對異步電動機的無級調速。圖1—3 設計框圖異步電動機的轉速n=（60f1/p）(1－s),當其轉差率s變化不大時，電動機轉速n基本上與電源頻率f1成正比。實驗臺用到的主要電氣元件及設備包括：三相鼠籠異步電動機、渦流測功機、變頻器、自耦調壓器、開關、接觸器、熱繼電器、熔斷器、交流電壓表、交流電流表、功率表、滑線變阻器。根據(jù)設計的要求在三相交流電源和電動機定子之間加裝一臺變頻器，通過調節(jié)變頻器的輸出使電動機定子電壓的頻率能連續(xù)改變，實現(xiàn)電動機的無級調速。本次設計的在電機實驗室原有的4KW鼠籠電機—渦流測功機設備的基礎上，選擇合理的電氣元件、變頻器等設備。渦流測功機相當于是電動機所帶的負載。由于風機的軸功率與轉速的三次方成正比，所以，采用改變風機轉速的方法對風量和風壓實施控制是最合理經濟的。以往當需要對風機的風量進行控制時，多采用調節(jié)風機入口、出口擋板的方法，利用增加風阻開改變風量。通過調整電動機的供電頻率和電壓，該恒速運行為調速運行，達到對風量、風壓、流量和揚程的控制，能夠顯著的降低能耗，大大減少電動機起動時對電網(wǎng)和所拖動機械設備的沖擊，在運行中減少機械設備的磨損和噪聲。隨著工業(yè)實用化的高性能、高可靠性變頻調速器的不斷出現(xiàn)，交流電動機的變頻調速傳動愈來愈得到廣泛應用。控制系統(tǒng)的軟化對CPU芯片提出了更高的要求，為了實現(xiàn)高性能的交流調速，要進行矢量的坐標變換，磁通矢量的在線計算和適應參數(shù)變化而修正磁通模型，以及內部的加速度、速度、位置的重疊外環(huán)控制的在線實時調節(jié)等，都需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近年來電力電子裝置的控制技術研究十分活躍，各種現(xiàn)代控制理論，如自適應控制和滑模變結構控制，以及智