【正文】 的事實，要使能源為我們?nèi)祟愃茫壳按蟛糠忠侩妱訖C(jī)和發(fā)電機(jī)所實現(xiàn)。對一些精確控制，調(diào)速技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。目前交流拖動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下三個方面：（1）一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速。但風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速范圍和對動態(tài)快速性的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能。由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣通過電樞電流施行靈活的實時控制。其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法。（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速。r/min，超過這一數(shù)值時，其設(shè)計與制造就非常困難了。 直流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動機(jī)電力拖動在19世紀(jì)中葉誕生，在20世紀(jì)前半葉，只有20%的高性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)采用直流電動機(jī)。換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。采用可控晶閘管組成整流器的晶閘管整流器電動機(jī)系統(tǒng)，它們在20世紀(jì)60年代起得到了廣泛的應(yīng)用。主要有以下3個方面：（1）轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)；（2）轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)；（3）可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。 交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)1880年前只有直流電力拖動，1895年左右，發(fā)明了交流電，就有了交流電力拖動，1960年前，高性能可調(diào)速拖動都采用直流電機(jī)（20%），不變速拖動系統(tǒng)則采用交流電機(jī)（80%），1930年開始，交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案出現(xiàn)，并獲得實際應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵[6]。一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。在同步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類。(2)開關(guān)磁阻電機(jī)是一種特殊形式的同步電機(jī)，有其獨特的比較簡單的調(diào)速方法，在小容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中很有發(fā)展前途[7]。矢量控制技術(shù)開創(chuàng)了交流電機(jī)高性能控制的新時代，但矢量控制對電機(jī)參數(shù)的依賴很大，使之也有不盡人意之處，磁鏈跟蹤型 PWM控制逆變器及與之相關(guān)的轉(zhuǎn)矩直接控制正受到廣泛關(guān)注。（2）新型變流裝置和變流技術(shù)隨著電力電子元器件的不斷發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)用的變流裝置正朝向高電壓、大容量、小型化、高頻化的方向發(fā)展，中高電壓(10kV)、大容量(10MW)的變頻器已得到了應(yīng)用，變流主元件的開發(fā)頻率越來越高，裝置的體積越來越小，為提高開關(guān)頻率、降低開關(guān)損耗，軟開關(guān)技術(shù)已經(jīng)開始得到實際應(yīng)用。（3）全數(shù)字化控制隨著微機(jī)運算速度的提高和存儲器的大容量化，全數(shù)字化控制已成為調(diào)速系統(tǒng)的主流方向，各類單片機(jī)和數(shù)字信號處理器(DSP)在調(diào)速系統(tǒng)得到了較為普遍的應(yīng)用。（4）模擬與計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)電機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設(shè)計和測試提供了強(qiáng)有力的支持?，F(xiàn)代控制理論中的控制方法，實現(xiàn)方法簡便，在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中，具有更廣闊的應(yīng)用前景。 論文內(nèi)容及章節(jié)安排本文的研究重點是如何將變極調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到三速電動機(jī)，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)紡織車間的溫濕度控制。另外，本文還對目前可行的點擊調(diào)速方法進(jìn)行了綜述。第四章為電氣控制原理圖的設(shè)計；第五章主要內(nèi)容是電器元件的選擇，并給出了詳細(xì)的電氣元器件明細(xì)；第六章是電器布置圖的設(shè)計；第七章是電器接線圖的設(shè)計。所謂電力拖動系統(tǒng)是一種電氣傳動系統(tǒng)，即以電動機(jī)為動力驅(qū)動控制對象（工作機(jī)構(gòu)）作機(jī)械運動的整套裝置。該系統(tǒng)通常包括三個主要環(huán)節(jié)：電動機(jī)、控制設(shè)備和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。無論是何種類型的電機(jī)，其基本原理都可表述為電磁效應(yīng)產(chǎn)生的力的作用。根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），可寫出拖動系統(tǒng)的運動方程式： 21其中為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。2）當(dāng)或時，系統(tǒng)處于加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。常把或稱為動負(fù)載轉(zhuǎn)矩，把稱為靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時為負(fù)，相反時為正。（2）負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負(fù)載的機(jī)械特性，簡稱負(fù)載特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。 恒功率負(fù)載負(fù)載③泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。 泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載負(fù)載 交流電機(jī)拖動原理及特性直流電力拖動和交流電力拖動在19世紀(jì)先后誕生。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問世，并已獲得實際應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。這時，直流電機(jī)具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修、換向火花使直流電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境受到限制、以及換向能力限制了直流電機(jī)的容量和速度等缺點日益突出起來，用交流可調(diào)拖動取代直流可調(diào)拖動的呼聲越來越強(qiáng)烈，交流拖動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動控制的主要發(fā)展方向。由數(shù)學(xué)知識可知，令dT/ds=0，即可求得此時的轉(zhuǎn)差率，用sm表示，即： 25求得對應(yīng)時的電磁轉(zhuǎn)矩，即最大電磁轉(zhuǎn)矩值： 26臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距的特點：當(dāng)電源的頻率及電機(jī)的參數(shù)不變時，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm與定子繞組電壓U1的平方成正比。最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm和轉(zhuǎn)子回路中的電阻無關(guān)，而臨界轉(zhuǎn)差sm率則與成正比。固有機(jī)械特性曲線圖28 固有機(jī)械特性曲線固有機(jī)械特性曲線的特點。因s較大，且異步電動機(jī)中，近似為雙曲線。2）BO段。隨著s的減小，T亦減小。三相異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性主要有以下兩種：降低定子電壓的人為機(jī)械特性；圖29 降低定子電壓的人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性。由風(fēng)機(jī)的特性可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從變到時，風(fēng)量Q和軸功率P的變化關(guān)系式如下： 27 28從已知技術(shù)數(shù)據(jù)，春秋季的風(fēng)景為夏季的66％，冬季的風(fēng)量為夏季風(fēng)量的50％，我們知道拖動風(fēng)機(jī)的電動機(jī)需要調(diào)速控制。對電動機(jī)實行調(diào)速控制的方案比較多：有調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速電動機(jī)調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速和變極對數(shù)調(diào)速等。只有變極對數(shù)調(diào)速為有級調(diào)速，控制設(shè)備相對較簡單，經(jīng)濟(jì)投入較少。因此，我們可采用變極對數(shù)調(diào)速的控制方案。第3章 電動機(jī)的選型方案論述 電動機(jī)選型，我們選用變極三速電動機(jī)可實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的控制。設(shè)風(fēng)機(jī)在夏季、春秋季和冬季的風(fēng)量分別為Ql、3，轉(zhuǎn)速分別為nnn3，軸功串分別為PPP3。 31 32 33 34 35 36 37 38從以上計算可知．風(fēng)機(jī)夏季、春秋季、冬季二個調(diào)速點要求的轉(zhuǎn)速分別為1457r／min、962r／min、729r／min，、根據(jù)上述情況和車間內(nèi)有交流380V，50Hz的二相電源，我們選用YD系列變極三速異步電動機(jī)來拖動風(fēng)機(jī)。對應(yīng)于三種極對數(shù)8／6／4的額定功率為7KW/9KW/12KW，∕∕，滿載轉(zhuǎn)速為740r/min∕980r/min∕1470r/min。這樣功率和轉(zhuǎn)速均能滿足風(fēng)機(jī)的工作要求，并有裕量。第4章 電氣控制原理圖的設(shè)計 電氣控制原理圖設(shè)計方法論證電氣控制原理圖的設(shè)計方法較多，在此我們采用兩種方法來設(shè)計。由于風(fēng)機(jī)和電動機(jī)有三種運行速度，故需有三只控制按鈕分別發(fā)出指令來控制電動機(jī)三種速度運行。圖41 三速電動機(jī)電氣控制原理圖草圖之一該控制圖能實現(xiàn)電動機(jī)低、中、高三種速度的控制，不管原來電動機(jī)的運行狀態(tài)如何、只耍按動按鈕SBSBSB4按鈕中的任意一只，電動機(jī)將工作在某種轉(zhuǎn)速上。再按按鈕SB2，接觸器KMKM3同時釋放，接著接觸器KM1吸合，電動機(jī)由高速直接進(jìn)入低速運行。同時風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化也將不符合設(shè)計技術(shù)要求，設(shè)計技術(shù)要求中風(fēng)量控制要求在三種速度之間的轉(zhuǎn)換能逐段進(jìn)行。在高速遠(yuǎn)行轉(zhuǎn)入低速運行時，先由高速變化到中速，再轉(zhuǎn)入低速運行；從低速切換到高速也一樣。不能越級直接切換，滿足風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制的技術(shù)要求。 三速電動機(jī)電氣控制原理圖草圖之二在此圖中接觸器KMl吸合，三相電源進(jìn)入電動機(jī)的UVW1端子，電動機(jī)工作在低速狀態(tài)。接觸器KMKM3吸合，三相電源進(jìn)入電動機(jī)UVW3端子，電動機(jī)工作在高速狀態(tài)。為避免電源同時接入Ul、VWUVW2及UVW3三者之中的任意二處，在接觸器KMKM2及KM4線圈回路中接入了機(jī)械互鎖和電氣互鎖。亦即電動機(jī)不會直接起動到中速或高速狀態(tài)。圖中電動機(jī)一旦起動后，低速與中速間的相互切換只要按動SB2或SB3按鈕即可實現(xiàn)。但電動機(jī)如工作在低速狀態(tài)，若按動高速SB4按鈕，電動機(jī)將不能直接進(jìn)入高速狀態(tài)，而是先進(jìn)入中速運行，然后才自動轉(zhuǎn)入高速狀態(tài)穩(wěn)定運行。為保證實現(xiàn)這樣的切換程序，設(shè)置了中間繼電器KA2—KA5和時間繼電器KT1—KT4。而KAKAKTKT4的控制功能正好相反。電動機(jī)運行在低速狀態(tài)，接觸器KM1吸合，其常開觸點KM13閉合使中間繼電器KA3吸合，KA3一對常閉觸點串在接觸器KM4線圈回路中，保證使得按下高速按鈕SB4時，雖其常開觸點SB41閉合，但接觸器KM4線圈因KA3的常閉觸點斷開而不能得電吸合。即實現(xiàn)了低速運行時必須經(jīng)過中速狀態(tài)才能最后進(jìn)入高速運行的目的(注意接觸器KM2吸合即使電動機(jī)工作在中速狀態(tài))。電動機(jī)在低速運行時，接觸器KM1吸合，中間繼電器KA3吸臺。由于KT1為一斷電延時繼電器，其延時常開觸點馬上閉合使中間繼電器KA4線圈得電吸合，KA4的常開觸點KA4—1使接觸器KM2線圈得電吸合(此時因為按鈕SB4按動一下已復(fù)位，其常閉觸點SR4—2巳閉合)，電動機(jī)進(jìn)入中速運行。KM2吸合后，其常閉觸點KM2—4斷開，使中間繼電器KA3釋放，KA3串在KM4線圈回路中的常閉觸點復(fù)位，為KM4線圈的得電作好準(zhǔn)備。注意在通電延時時間繼電器KT2開始計時時，斷電延時時間繼電器KT1也同時在進(jìn)行計時。當(dāng)時間繼電器KT2延時到后，其延時常開觸點閉合，使接觸器KM4線圈只要接觸器KM2常閉觸點KM22回復(fù)即可吸合。從而實現(xiàn)低速運行經(jīng)中速自動切換到高速的控制日的。如相反，當(dāng)KT1延時一到，其延時常開觸點斷開使KA4釋放，從而使KM2釋放。等到KT2延時到后才又使KM4吸合，進(jìn)而KM3吸合，電動機(jī)轉(zhuǎn)入高速運轉(zhuǎn)。同理，時間繼電器KT3的延時時間也要比KT4略長些。，各按鈕、接觸器用到的觸點數(shù)都較多，我們在選擇元器件時要選有相應(yīng)常開、常閉觸點數(shù)的類型以滿足要求，否則需用中間繼電器來擴(kuò)大觸點數(shù)目。因設(shè)計技術(shù)要求中還要有低、中、高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)的指示，發(fā)生故障時的指示，以及電動機(jī)定子電流的指示。其中HL4為工作電源指示燈，HL5一HL7分別為低、中、高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)指示燈，以便能通過某一指示燈的發(fā)亮清楚知道電動機(jī)的工作情況。標(biāo)上各電器接線端子標(biāo)志后，三速電動機(jī)的電氣控制原理圖已設(shè)計完畢。因適合該功率電動機(jī)控制的各種類型接觸器中輔助觸點最多為2常開常閉。由于該控制設(shè)備不很復(fù)雜，所以我們沒有設(shè)置高層代號與位置代號，而只設(shè)種類代號，種類代號的前綴符號為“一”。由前面的分析可知電動機(jī)在正常情況下共有四種狀態(tài)，即停止、低速、中速、高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且由SBSBSBSB4四只按鈕來分別控制。KMKM4吸合為高速運轉(zhuǎn)。設(shè)置中間記憶元件① 程序特征碼。表2的待相區(qū)分組有以下15組：A組：0、1程序重復(fù)特征碼0000E組：0、2程序重復(fù)特征碼0000C組：0、3程序重復(fù)特征碼0000D組：0、4程序重復(fù)特征碼0000E組：0、5程序重復(fù)特征碼0000F組：2程序重復(fù)特征碼0000G組：3程序重復(fù)特征碼0000H組：4程序重復(fù)特征碼0000I組：5程序重復(fù)特征碼1000；0000J組：3程序重復(fù)特征碼0000K組：4程序重復(fù)特征碼0100；0000L組：5程序重復(fù)特征碼0000M組：4程序重復(fù)特征碼0000N組：5程序重復(fù)特征碼0000O組：5程序重復(fù)特征碼0000將這些待相區(qū)分組填入表2。為將各待相區(qū)分組分開，我們設(shè)置了KAl、KAKA3三個中間繼電器，見表2。由表2我們將中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯式列寫如下： 41 42 43 44 45 46⑨ 繪制電氣控制圖。即使按下SB3或SB4，KA2