三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共38頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 三相異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院二一六年五月目 錄專心-專注-專業(yè)三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要串級(jí)調(diào)速是三相交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一種方法，串級(jí)調(diào)速的核心思想就是將異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓經(jīng)過(guò)三相橋式整流器改變?yōu)橹绷麟妷海賹⑵渲绷鱾?cè)由可控硅晶閘管組成的逆變電路產(chǎn)生的與其相反的直流電勢(shì)然后與三相橋式產(chǎn)生的直流電壓串聯(lián)，再之后則通過(guò)來(lái)改變其逆變角的大小來(lái)達(dá)到改變電勢(shì)的大小，從而達(dá)到最終調(diào)速的最終目的，同時(shí)還能夠極大的提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率以及與調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性。本文將會(huì)

2、依據(jù)三相交流電動(dòng)機(jī)對(duì)于整個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求，決定將采用晶閘管串級(jí)調(diào)速的方案來(lái)控制其拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最終的無(wú)級(jí)調(diào)速，最終滿足電動(dòng)機(jī)對(duì)于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能和節(jié)能的要求。在本文主要中研究了三相異步電動(dòng)機(jī)晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主、輔電路的設(shè)計(jì)以及有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題的解決。其中包括系統(tǒng)的組成與工作原理，主電路的設(shè)計(jì)，控制電路的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)時(shí)的工作特性計(jì)算分析等。關(guān)鍵詞： 可控硅；串級(jí)調(diào)速；整流；逆變 THE CASCADE SPEED CONTROL SYSTEM DESIGN OF THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTORABSTRACTThe speed of adjus

3、ting of each is to exchange a kind of adjusting the speed of asynchronous motor, Each transfer the thoughts of speed to turn into direct current pigeonhole through three-phase bridge type rectification asynchronous the rotor voltages of motors, And then in its direct current it inclines to be at sil

4、icon controlled rectifier against becoming circuit produce at opposite direct current tendency and three-phase bridge direct current who type produce pigeonholes and contacts, Change, The ones that still can improve the operational efficiency of the motor and adjust speed at the same time are econom

5、ic.This text basis mine lifting machine pull systematic request to electricity, adopt silicon controlled rectifier each is it is it control it pull motor realize the stepless speed regulation to come rapidly to adjust, meet mine lifting machine pull to electricity system transfer speed performance a

6、nd energy-conserving request. This text main research three phases exchange person who wind the line asynchronous motor silicon controlled rectifier each transfer speed systematic main fact, complement circuit design relevant technological questions. Including systematic composition and operation pr

7、inciple , main design of return circuit, control design of way of answering, quiet, dynamic performance characteristics computational analysis of the system, etc.The keywords：Silicon controlled rectifier；each adjusts speed；rectification；Go against and change前 言直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)兩者的本質(zhì)區(qū)別在于使用的電源不同，由于交流電與直流電之間

8、的區(qū)別造就了兩種不同的電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)下其調(diào)速范圍大且是無(wú)極調(diào)速，還能夠通過(guò)對(duì)直流電進(jìn)行精確操控達(dá)到精確調(diào)速的效果。例如高精度的數(shù)控機(jī)床、龍門車床等等大中型機(jī)械設(shè)備。不同于直流電機(jī)，交流電機(jī)也具備很多種類，涉及生活中的各個(gè)領(lǐng)域，由于交流電動(dòng)機(jī)具備成本低、易維修，效率高等特點(diǎn)正在一步步的替代直流電動(dòng)機(jī)成為主流產(chǎn)品。交流電動(dòng)機(jī)總體被分成異步和同步這兩種電機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)具有以下長(zhǎng)處：轉(zhuǎn)速恒定，電機(jī)的功率因數(shù)能夠被改善、容量大。不足之處是不能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。鼠籠式電機(jī)應(yīng)用在調(diào)速性能要求不高的環(huán)境很適宜；對(duì)于一些需要經(jīng)常啟動(dòng)制動(dòng)的環(huán)境，由于其對(duì)于起、制動(dòng)的要求較高，并且還伴隨有調(diào)速的需求，繞線

9、式電動(dòng)機(jī)就比較適合這類環(huán)境。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的是繞線式電機(jī)，因?yàn)樗?、制?dòng)的過(guò)渡過(guò)程中變化非常平穩(wěn)、運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大，在調(diào)速方面還要求一定的范圍，啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間短、能耗低，工作效率高。特別是在一些起、制動(dòng)頻繁的環(huán)境中更加實(shí)用。經(jīng)過(guò)仔細(xì)篩選比較最終選擇了繞線式電動(dòng)機(jī)作為本次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)對(duì)象，本次設(shè)計(jì)將針對(duì)繞線式電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，以求達(dá)到電動(dòng)機(jī)最終能實(shí)現(xiàn)良好的調(diào)速。三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子回路中串接一個(gè)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)E2s在同頻率下的附加電動(dòng)Eadd則通過(guò)改變Eadd的值的大小和它的相位可實(shí)現(xiàn)調(diào)速的功能。這樣，電動(dòng)機(jī)能在低速運(yùn)行時(shí)，使得轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差率僅僅只有小部分會(huì)

10、被轉(zhuǎn)子繞組本身的電阻所消耗，而其余大部分的則被附加電動(dòng)勢(shì)Eadd來(lái)吸收，再利用產(chǎn)生E的裝置就可以把這部分轉(zhuǎn)差功率回饋到了電網(wǎng)上，使得電動(dòng)機(jī)在低速條件下運(yùn)行時(shí)仍具有較高的工作效率。將這種在繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串接附加電動(dòng)勢(shì)來(lái)進(jìn)行改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法叫做串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。串級(jí)調(diào)速就是在三相繞線式的異步電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)子回路中在引入了一個(gè)附加的電勢(shì)從而產(chǎn)生的一種調(diào)速方法。串級(jí)調(diào)速的調(diào)速方法與在轉(zhuǎn)子中串電阻的方法有所不同，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)⒃诠ぷ鳡顟B(tài)下的電動(dòng)機(jī)做的功進(jìn)行吸收并利用（回饋電網(wǎng)也或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到了電動(dòng)機(jī)軸上），通過(guò)這種方法該系統(tǒng)的工作效率很高。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具備無(wú)級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)而

11、且在低速工作時(shí)的機(jī)械特性比較硬，同時(shí)還完全的克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的一些缺點(diǎn)，總而言之串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具備效率高，無(wú)級(jí)調(diào)速以及低速狀態(tài)下較硬的機(jī)械特性，其是一種經(jīng)濟(jì)高效的電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。1 緒論隨著社會(huì)的逐步發(fā)展，人類生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新，電力拖動(dòng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中所占的分量越來(lái)越重。人們的衣食住行越來(lái)越離不開電力拖動(dòng)技術(shù)，工廠的車間流水線都實(shí)現(xiàn)了電力拖動(dòng)，生產(chǎn)設(shè)備幾乎都由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電力拖動(dòng)設(shè)備在當(dāng)今社會(huì)顯得尤為重要，電力拖動(dòng)技術(shù)的核心是電動(dòng)機(jī)，是通過(guò)各種調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制，要想使電機(jī)可以按照人們的想法實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，那么調(diào)速技術(shù)顯得尤為的重要。將串級(jí)調(diào)速裝置和一個(gè)逆變變壓器組合，并串接在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

12、子與電網(wǎng)相連部分中間，這種調(diào)速方法被稱之為傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速。為了能將適當(dāng)?shù)母郊与妱?dòng)勢(shì)串入轉(zhuǎn)子回路中,我們會(huì)將轉(zhuǎn)子的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。再將交流電整流成直流電之后在進(jìn)行平波處理,然后通過(guò)逆變器產(chǎn)生直流反電動(dòng)勢(shì)與此同時(shí)把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率逆變成一個(gè)工頻交流電勢(shì),再反饋到電網(wǎng)中進(jìn)行吸收。調(diào)整逆變器的逆變角可以實(shí)現(xiàn)等效電勢(shì)大小的調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速也是改變逆變器的逆變角實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)的調(diào)節(jié)。這種改變逆變角的方法被稱之為移相觸發(fā)8。而把逆變角固定在最小值的調(diào)速方法稱之為現(xiàn)代串級(jí)調(diào)速，在固定的逆變角下經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)最終會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恒定的直流反電動(dòng)勢(shì),并通過(guò)斬波器來(lái)調(diào)整等效電勢(shì)的值。調(diào)節(jié)斬波器的導(dǎo)通時(shí)間以及斬波周期的比率這種方法來(lái)

13、調(diào)整在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的等效電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而能夠改變轉(zhuǎn)子的電流以及轉(zhuǎn)差率，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。使用逆變變壓器將轉(zhuǎn)差功率重新吸收后再回饋到電網(wǎng)上面，這種調(diào)速方法就是所說(shuō)的外反饋式串級(jí)調(diào)速的概念。 將一個(gè)反饋的繞組嵌放在電動(dòng)機(jī)的定子繞組的嵌槽中,定子鐵心中的逆變變壓器被反饋繞組和定子繞組代替，其將轉(zhuǎn)差功率通過(guò)反饋繞組和定子繞組進(jìn)行吸收反饋到電網(wǎng)中，這種調(diào)速方式被稱之為內(nèi)反饋的串級(jí)調(diào)速方式9。如果電機(jī)中有反饋繞組那這種電機(jī)稱為內(nèi)反饋電動(dòng)機(jī)。使用這種內(nèi)反饋的方式會(huì)使電路省去逆變變壓器，也能去掉一部分相關(guān)的電氣設(shè)備，使整個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)更加簡(jiǎn)潔一目了然?，F(xiàn)代串級(jí)調(diào)速技術(shù)具備相當(dāng)多的長(zhǎng)處，比較明顯的優(yōu)勢(shì)在于：無(wú)極

14、平滑范圍寬且有良好的機(jī)械特性適應(yīng)性強(qiáng)。通常串級(jí)調(diào)速都是在轉(zhuǎn)子側(cè)實(shí)施控制技術(shù)，這樣就造成了控制電壓低變流裝置實(shí)際控制容量小,總控制容量?jī)H為電機(jī)額定工作時(shí)的的容量的14.81 %。而在類似于一些風(fēng)機(jī)泵類的負(fù)載應(yīng)用上面有則是著廣泛的應(yīng)用，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)裝置工作時(shí)自身的功耗很小，與變頻調(diào)速裝置相比較要低2到6個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)能省時(shí)而且效率還很高10。工作時(shí)的變流容量比較小,通常變流會(huì)發(fā)生在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子那一側(cè),運(yùn)行時(shí)的諧波分量通常比較小一些,在工作運(yùn)行時(shí)的變流電壓低,并且裝置的安全系數(shù)高可靠性好。調(diào)速裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體尺寸結(jié)構(gòu)小，所以需要的設(shè)備安裝范圍小占用電路板面積小，使得系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。三項(xiàng)繞線式電動(dòng)機(jī)對(duì)于

15、控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流有著很有效的控制力這樣就使得內(nèi)反饋式的高頻斬波的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)也是省去了逆變的變壓器以及相關(guān)的一些電氣設(shè)備。1.1 課題研究的目的及意義在電力系統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史中，傳動(dòng)技術(shù)被分為兩大類，其中一類是直流傳動(dòng)技術(shù)，另一類是交流傳動(dòng)技術(shù)。以前電力電子技術(shù)還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)的時(shí)候，直流電動(dòng)機(jī)幾乎壟斷了行業(yè)1。通過(guò)改變電壓或者勵(lì)磁電流就可以使直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的，通過(guò)這種調(diào)速方法電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也會(huì)變得很容易控制，就在十幾年前，串級(jí)調(diào)速憑借著高效率的交流無(wú)級(jí)調(diào)速性能在當(dāng)時(shí)備受推崇，由于科技的迅速發(fā)展使得近代新型的變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，串級(jí)調(diào)速則是變得無(wú)人問(wèn)津日薄西山，

16、甚至一度被認(rèn)為是一種被淘汰的技術(shù)不被使用。串級(jí)調(diào)速在工作效率及機(jī)械特性等方面就能達(dá)到和變頻調(diào)速幾乎是完全一致的，而且在高壓串級(jí)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性還是明顯優(yōu)于變頻調(diào)速的。尤其是在高壓大容量風(fēng)機(jī),泵機(jī)類節(jié)能方面，串級(jí)調(diào)速的某些優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)更是淋漓盡致的更為明顯。 那么如何評(píng)價(jià)串級(jí)調(diào)速技術(shù)的優(yōu)劣，不同電機(jī)的需求有不同的標(biāo)準(zhǔn)。但是普遍的共識(shí)是：調(diào)速效率很高；實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；調(diào)速的范圍寬；調(diào)速所能夠產(chǎn)生的負(fù)面影響（如諧波、功率因數(shù)等）??；成本非常的低廉。鼠籠式三相交流異步電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)具備的長(zhǎng)足之處：成本低廉；質(zhì)量輕；工作慣性??；可靠性比較高而且運(yùn)行效率也高；維修方便工作量小；工作范圍適應(yīng)性廣且在一些危險(xiǎn)的環(huán)境

17、中也能安全的工作。他的這些調(diào)速特性與系統(tǒng)在工作時(shí)所要求的可靠性、實(shí)用性、易檢修性符合。由于交流電動(dòng)機(jī)具備這種唱出所以使得它比直流電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)工作范圍更加廣泛，在整個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中約占據(jù)80%左右；交流電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是一種強(qiáng)耦合非線性且多變量的系統(tǒng)，工作狀態(tài)下的可控性能非常差。由于近代電力電子技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，在這種大的環(huán)境下成為交流調(diào)速系統(tǒng)可以快速發(fā)展的有利背景。由于出現(xiàn)在70年代的矢量變換控制技術(shù)、磁通反饋式矢量控制技術(shù)、轉(zhuǎn)差式矢量控制技術(shù)、直接型轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等實(shí)用調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展，加快了交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展速度。新興的傳動(dòng)技術(shù)與更多的高性能的變頻器相結(jié)合，這就使

18、得利用交流電動(dòng)機(jī)組成的交流伺服系統(tǒng)在性能上會(huì)比一些直流伺服系統(tǒng)更加匹配。在一些特殊的外部環(huán)境中，例如：大容量高轉(zhuǎn)速的地方，交流電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具備更加優(yōu)越的性能,交流化的電氣傳動(dòng)時(shí)代即將到來(lái)。1.2 課題研究的主要內(nèi)容此次設(shè)計(jì)主要的內(nèi)容就是通過(guò)應(yīng)用已掌握的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)、制作三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，完成晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)所涉及的設(shè)計(jì)、參數(shù)的定額計(jì)算和系統(tǒng)的仿真，并且在此基礎(chǔ)上，通過(guò)制作實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合完成串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主電路以及觸發(fā)控制電路的有關(guān)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成以及各個(gè)部分的電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出串級(jí)調(diào)速的主電路以及晶閘管的觸發(fā)電路，并對(duì)反饋網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單分析和

19、計(jì)算。通過(guò)本次設(shè)計(jì)讓我更加深刻的理解了串級(jí)調(diào)速的工作原理及知識(shí)，而且還鍛煉了動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，在加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的掌握基礎(chǔ)上，也為本人以后的工作與學(xué)習(xí)打下了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)7。預(yù)計(jì)本設(shè)計(jì)能夠完成串級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真，最終得到理想狀態(tài)下系統(tǒng)工作時(shí)的曲線特性。2 總體方案設(shè)計(jì)與論證2.1 設(shè)計(jì)要求（1）完成串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求，能夠在電動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)下進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 （2）使用旋鈕控制，進(jìn)行對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。2.2 方案比較方案一：改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)（P）調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)（P）

20、的方法，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變的最終目的。電動(dòng)機(jī)的一個(gè)特性是極對(duì)數(shù)（P）只能成倍數(shù)發(fā)生改變，所以轉(zhuǎn)速也就只能發(fā)生成倍變化。變極調(diào)速?gòu)V泛的應(yīng)用在鼠籠式的三相電動(dòng)機(jī)上面。改變極對(duì)數(shù)（P）調(diào)速方案具備了以下的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、機(jī)械特性硬、工作效率高且恒轉(zhuǎn)矩恒功率條件下調(diào)速都適用。其不足之處在于：調(diào)速等級(jí)是有級(jí)的并且其可調(diào)整的級(jí)數(shù)并不多。在一些需要平滑調(diào)速的環(huán)境中就不適用了。方案二：調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電壓調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子上的電壓的大小來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)在某一大小負(fù)載下的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)改變的調(diào)速方式。這種調(diào)速方法會(huì)在調(diào)速的過(guò)程中將會(huì)損耗電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率。調(diào)節(jié)電壓調(diào)速好處在于：這種調(diào)速方法是電機(jī)的調(diào)速性

21、能比較平滑，還是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)機(jī)械特性比較硬，這種調(diào)速方法其調(diào)速范圍大3。有利就會(huì)有弊這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)在于：這種調(diào)速方法是通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種調(diào)速方式，故其在電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)差功率的損耗會(huì)非常的大，工作效率也會(huì)很低，調(diào)節(jié)電壓的調(diào)速方案主要被用在具有較高電阻的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)上。方案三：電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速方案為通過(guò)電機(jī)與負(fù)載之間連接的電磁轉(zhuǎn)差離合器來(lái)進(jìn)行調(diào)速。這種調(diào)速方法被廣泛的應(yīng)用在鼠籠式的交流電機(jī)上，電磁轉(zhuǎn)差離合器本身并不能直接進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，但是卻可以通過(guò)改變與之相連的輸出傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。使用電磁轉(zhuǎn)差離合器進(jìn)行調(diào)速的好處有：使用簡(jiǎn)單，價(jià)格公道，系統(tǒng)穩(wěn)定且運(yùn)

22、行安全可靠，檢修方便，能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，該調(diào)速方法還采取閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)擴(kuò)大了調(diào)速范圍。弊端在于：和前幾種調(diào)速方法類似，在低速狀態(tài)下功率損耗會(huì)非常劇烈，以及工作效率低等缺點(diǎn)4。通常這種調(diào)速方法都被用在紡紗、印染、造紙這類大型機(jī)械設(shè)備上以及具備通風(fēng)性的大型機(jī)械的負(fù)載特性設(shè)備上。方案四：電動(dòng)機(jī)具備一種同步轉(zhuǎn)速會(huì)隨著頻率變化而變化的特性，變頻調(diào)速就是利用了這一特性，改變了電源的頻率才使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變的。變頻調(diào)速的方法的優(yōu)勢(shì)在于：調(diào)速范圍大，平滑性高，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性硬，靜差率s小，調(diào)速時(shí)U1按照不同的變化規(guī)律進(jìn)行改變進(jìn)而來(lái)實(shí)現(xiàn)在恒轉(zhuǎn)矩或者是在恒功率的條件下進(jìn)行調(diào)速，所以該調(diào)速系統(tǒng)的性能比較高。不足之

23、處在于：使用變頻調(diào)速必須要有相匹配的可用電源5。目前市場(chǎng)上的變頻調(diào)速裝置電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、容量小，而且在低速工作狀態(tài)下其最大轉(zhuǎn)矩也比較小，這會(huì)降低電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。方案五：轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的其調(diào)速原理是在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)可變的電阻，通過(guò)變換電阻的大小來(lái)改變機(jī)械特性斜率，使得電動(dòng)機(jī)在負(fù)載工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)差率發(fā)生改變，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整轉(zhuǎn)速的目的。因?yàn)閭魅腚妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的電阻不易，造成了使用串電阻調(diào)速這種調(diào)速方法的電機(jī)只能發(fā)生階躍性的變化，所以串電阻調(diào)速是一種有級(jí)的調(diào)速方法。串電阻調(diào)速的好處在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、前期投資也不是很大。串電阻調(diào)速的不足之處在于：電動(dòng)機(jī)在低速狀態(tài)工作時(shí)其機(jī)械特

24、性將會(huì)變得較軟，在生產(chǎn)機(jī)械受到對(duì)應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)下靜差率的影響時(shí)會(huì)造成串電阻調(diào)速在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)速性能變差，只能夠達(dá)到原來(lái)的2-3級(jí)；轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速是通過(guò)分段調(diào)節(jié)的方法來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的，這種調(diào)速方法屬于有級(jí)調(diào)速，所有的有級(jí)調(diào)速都有的特點(diǎn)是平滑性較差；轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速這種調(diào)速方法適用于電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)負(fù)載的情況下進(jìn)行調(diào)速6。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)或者負(fù)載較輕時(shí)串電阻調(diào)速對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)效果不明顯；電動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)下轉(zhuǎn)差率s會(huì)偏大一些，在這種情況下轉(zhuǎn)子銅損耗Pcu2=sPm通常會(huì)比正常運(yùn)行狀態(tài)下偏大。這樣的最終結(jié)果就是效率低下且浪費(fèi)大量能源?；谏鲜龃娮枵{(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)，這種調(diào)速方法僅適用于起

25、重機(jī)一類的對(duì)于調(diào)速性能要求不大且是恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械設(shè)備。方案六：在轉(zhuǎn)子回路當(dāng)中串電阻調(diào)速是一種比較好的調(diào)速方式但是其調(diào)速好的代價(jià)是要損耗大量的能量，而且只要將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)低與之對(duì)應(yīng)的損耗就會(huì)相應(yīng)的加大，從而效率也就會(huì)越低，為了提高效率節(jié)約能源如果適當(dāng)?shù)脑谵D(zhuǎn)子回路加上一個(gè)吸收能量的裝置，就可以將損耗掉的能量進(jìn)行重新利用，重新吸收和利用，將能量反饋回電網(wǎng)中能夠極大地提高系統(tǒng)的工作效率。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)就是這種可以將能量進(jìn)行重新吸收再利用的調(diào)速系統(tǒng)。其工作原理具體的來(lái)講就是在轉(zhuǎn)子回路中串連一個(gè)附加電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)調(diào)節(jié)附加電動(dòng)勢(shì)的大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，以此來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的效果。串級(jí)調(diào)速的方法和串電阻調(diào)速的方

26、法相比較其優(yōu)勢(shì)在于：機(jī)械特性較硬，平滑性更好，最重要的是損耗也小，有更大的發(fā)展前景。不足之處在于：功率因數(shù)低（原因在于濾波電抗器以及晶閘管逆變器的存在），制造設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。造價(jià)高，轉(zhuǎn)差率在低速時(shí)大，吸收能量時(shí)的轉(zhuǎn)差功率也較大，同時(shí)會(huì)造成對(duì)應(yīng)的調(diào)速裝置容量增大，成本昂貴，低速過(guò)載能力低。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 串級(jí)調(diào)速的工作原理在現(xiàn)有的技術(shù)條件中只有變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速這兩種技術(shù)是高效的調(diào)速技術(shù)。二者之間的區(qū)別在于對(duì)交流的控制裝置上面的控制點(diǎn)的不同。變頻技術(shù)的控制點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)的定子上，而串級(jí)調(diào)速技術(shù)的控制點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上。由于變頻調(diào)速裝置會(huì)承受供電電壓以及電機(jī)的所有功率, 所以變頻調(diào)速更多的被

27、用在低壓小容量的電動(dòng)機(jī)上面，之所以不用在高壓大容量點(diǎn)擊是因?yàn)槠湓谶@方面的應(yīng)用上存在著較大的問(wèn)題。串級(jí)調(diào)速技術(shù)負(fù)擔(dān)的是在轉(zhuǎn)子回路當(dāng)中存在的低電壓以及比電動(dòng)機(jī)額定功率還小的轉(zhuǎn)差功率，由于這種工作特性使得其在高壓大容量電機(jī)的調(diào)速方面具備著極大的優(yōu)勢(shì)。串級(jí)調(diào)速技術(shù)是一種經(jīng)典的調(diào)速方法，在經(jīng)過(guò)大量的研究與實(shí)踐應(yīng)用之后確定性能優(yōu)良的系統(tǒng)。近幾年來(lái),由于電力電子器件以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得串級(jí)調(diào)速技術(shù)有了良好的發(fā)展空間并得到了快速發(fā)展，在一些高壓大中型電動(dòng)機(jī)上的節(jié)能方面的應(yīng)用更加廣泛，在節(jié)能方面由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的控制電壓低功率小系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單工作時(shí)穩(wěn)定性非常好，最重要的是節(jié)電率較高在大中型電機(jī)上面應(yīng)

28、用的前景有著非常好前景2。下式是三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： （3.1）上式中P三相交流電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；f1三相電動(dòng)機(jī)電源在工作時(shí)的頻率；s三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率根據(jù)上述公式可以得出以下的結(jié)論三相交流電動(dòng)機(jī)存在三類調(diào)速方法，第一類是變換電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)（P），第二類是變換電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率（s），第三類是變換電動(dòng)機(jī)供電的電源的頻率(f1)這三類方法。變換電動(dòng)機(jī)s的調(diào)速方法又能夠分成在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上串接電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、改變電動(dòng)機(jī)電壓調(diào)速和改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速的方法這四種可選類型。 三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)： （3.2）公式中 s-電機(jī)轉(zhuǎn)差率；Er0-轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的相電動(dòng)勢(shì)，或

29、轉(zhuǎn)子開路時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，通俗的來(lái)說(shuō)就是轉(zhuǎn)子額定相電壓。轉(zhuǎn)子使用繞線式的三相電動(dòng)機(jī)通常在工作時(shí)，他的Er值也就是轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的值與s也就是他的轉(zhuǎn)差率是能夠成正比的。而且，當(dāng)f2轉(zhuǎn)子的頻率能夠達(dá)到與s轉(zhuǎn)差率成正比時(shí)，f2=sf1。不過(guò)這種情況通常只會(huì)出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子短路的情況下，通常情況下，轉(zhuǎn)子發(fā)生短路時(shí)，Ir轉(zhuǎn)子側(cè)的相電流的表達(dá)式為： （3.3） 如果將一個(gè)可以控制的附加交流電勢(shì)加載到轉(zhuǎn)子回路當(dāng)中，Er轉(zhuǎn)子具備的電動(dòng)勢(shì)會(huì)與附加電動(dòng)勢(shì)大小相同，同時(shí)二者會(huì)同向或者反向串聯(lián)，轉(zhuǎn)子回路中的相電流的表達(dá)式： （3.4） 電機(jī)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)Ir轉(zhuǎn)子電流將與負(fù)載的直達(dá)大小有這樣的關(guān)系。TL是恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶著其

30、時(shí)，不論轉(zhuǎn)速的高低他的轉(zhuǎn)子電流都不會(huì)發(fā)生什么太大的改變，在這個(gè)時(shí)候，就算有不同的s值也會(huì)得到式（3.3）與（3.4）相等的結(jié)論12。在沒(méi)有引入附加電動(dòng)勢(shì)的時(shí)候電動(dòng)機(jī)原來(lái)在某一個(gè)去定的轉(zhuǎn)差率S1下面可以進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行。而當(dāng)引入了附加電動(dòng)勢(shì)且同向時(shí)，轉(zhuǎn)子回路上面的經(jīng)過(guò)合成的電動(dòng)勢(shì)會(huì)向大了改變，同時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流以及電磁轉(zhuǎn)矩都會(huì)發(fā)生相與之對(duì)應(yīng)的變化，但是由于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩沒(méi)有發(fā)生變化，所以電動(dòng)機(jī)最終是必然會(huì)加速，因襲所以S會(huì)有所下降低，然后轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)Er=sEr0也會(huì)隨之的減少，此時(shí)的轉(zhuǎn)子電流大小也將會(huì)逐漸的減少，直至最后電機(jī)的轉(zhuǎn)差率降低到s2<s1 時(shí)，Ir轉(zhuǎn)子的電流又達(dá)到了負(fù)載所需求的原

31、值時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能就進(jìn)入到一個(gè)新的狀態(tài)在這個(gè)狀態(tài)下電機(jī)會(huì)在更高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)的公式（3.3）以及公式（3.4）之間的平衡關(guān)系公式為下式： （3.5） 相同的道理可知道，若是減少了+Eadd或著在串入反相的附加電動(dòng)勢(shì)-Eadd，那么就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有所降低。簡(jiǎn)而言之就是將一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢(shì)加到電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)將不可控轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽兀淖兏郊与妱?dòng)勢(shì)的大小就可以影響到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速這樣電機(jī)調(diào)速的目的就實(shí)現(xiàn)了。這樣的情況就是說(shuō)這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程將會(huì)在轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行能量的傳送，換種方式來(lái)說(shuō)是對(duì)交流電網(wǎng)輸入轉(zhuǎn)子一側(cè)的轉(zhuǎn)差功率。機(jī)械損耗和雜散損耗不計(jì)的情況下，任何工作狀態(tài)下的電機(jī)功率之間的關(guān)系如下式： （3.6）在轉(zhuǎn)子

32、側(cè)串入一個(gè)可變頻、可變幅的電壓是在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動(dòng)勢(shì)調(diào)速的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于一些特殊的情況來(lái)說(shuō)，例如在只用于次同步電動(dòng)的狀態(tài)，通常是將轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓先進(jìn)行整流行成直流的電壓，之后將一個(gè)附加的電動(dòng)勢(shì)再引入，通過(guò)對(duì)于此直流附加電動(dòng)勢(shì)的幅值的控制，就可以輕而易舉的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是一個(gè)很簡(jiǎn)單的方法。這樣就可以化繁為簡(jiǎn)，就把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題交流電機(jī)的變壓變頻，通過(guò)轉(zhuǎn)化為一個(gè)與頻率毫不相關(guān)的直流變壓?jiǎn)栴}，化整為零使問(wèn)題簡(jiǎn)單化，減少工作量，對(duì)于最終的的分析以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方便了很多。3.2 主電路的設(shè)計(jì)圖3.1 使用晶閘管作為串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主電路圖在上圖中晶閘管作為逆變器的主電路圖中

33、，M代表著三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，sEr0是他的轉(zhuǎn)子側(cè)的相電動(dòng)勢(shì)，在二極管構(gòu)成的三相不可控整流器的整流電路中進(jìn)行整流處理，Ud為整流后的直流電壓用來(lái)輸出的。也被用來(lái)與工作在有源逆變狀態(tài)下的可控的三相整流裝置相結(jié)合，除了提供一些可調(diào)的直流電壓Ui及以外的一些還能夠可將此在經(jīng)整流裝置進(jìn)行一次整流輸出的一個(gè)轉(zhuǎn)差的功率的逆變，同時(shí)在回饋到交流電網(wǎng)上。轉(zhuǎn)子的整流器和晶閘管的有源逆變器，它們的連接方式采取的是三相橋式結(jié)構(gòu)。逆變電壓Ui是由逆變器在轉(zhuǎn)子的回路中串入的一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢(shì)。拖動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩是由直流回路中的電流Id所決定的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載是一定時(shí)，Id作為定值不變，通過(guò)改變逆變角的值，使逆變電壓

34、Ui也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的改變，通過(guò)這種方法是向最終的調(diào)速目的。3.3 逆變電路的設(shè)計(jì)逆變電路指的是起逆變作用的由晶閘管組成的三相的橋式整流電路，為控制角時(shí)，逆變角=-20。逆變時(shí)所被允許采用的最小逆變角min=+。晶閘管工作時(shí)他的關(guān)斷時(shí)間tq ，最大的時(shí)候可達(dá)到200300us，折算成就約為4º到5º。則根據(jù)下面公式： （3.7）進(jìn)行計(jì)算，約15º到20º為。但在三相橋式逆變電路中，觸發(fā)器在輸出時(shí)會(huì)有脈沖輸出，導(dǎo)致相位角之間的間隔不相等，一般的不對(duì)稱度在5º左右。需要設(shè)置安全裕量角，否則偏后的脈沖就相當(dāng)于將值變小，可能會(huì)小于min，最終導(dǎo)致逆變失

35、敗。3.4 整流電路的設(shè)計(jì)使用三相橋式的不可控的整流電路構(gòu)成轉(zhuǎn)子的整流電路，如圖3.2所示：圖3.2 轉(zhuǎn)子整流電路電機(jī)運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)差率s下時(shí)，導(dǎo)通整流器，就會(huì)有換相的現(xiàn)象出現(xiàn)，正在換相中的一個(gè)兩相電動(dòng)勢(shì)在這時(shí)突然且同時(shí)的產(chǎn)生了作用，換相重疊降就這樣的產(chǎn)生了。換相時(shí)產(chǎn)生的重疊角為： （3.8）通過(guò)上式（3.7）可以了解到，重疊角將會(huì)因?yàn)檎髌髦械碾娏鱅d他的增大進(jìn)而變大。通常在Id會(huì)比較小的時(shí)候，在0º至60º之間的時(shí)候，得到的是一個(gè)正常的整流波形，在整流電路當(dāng)中，它的各個(gè)整流器件都是在其所對(duì)應(yīng)的相電壓波形的所有自然換相點(diǎn)處在進(jìn)行它的換流。負(fù)載電流Id持續(xù)增大到比公式（3.

36、7）計(jì)算得到的角60º時(shí)的值還大時(shí)，期間就算到了自然換相點(diǎn)也不會(huì)發(fā)生換相，這就使的以后的一些步驟都推遲，例如應(yīng)該在自然換相點(diǎn)換流的就要推遲處理，這就出現(xiàn)了一種現(xiàn)象被稱為強(qiáng)迫的換流現(xiàn)象，所有被延遲的角度有個(gè)統(tǒng)一的稱呼p，其被稱之為強(qiáng)迫延時(shí)換相角。強(qiáng)迫延時(shí)換相現(xiàn)象只能夠說(shuō)明在某一時(shí)刻Id的值超過(guò)某一值，這個(gè)整流器件就會(huì)比自然換相點(diǎn)更加的滯后于p的角度處進(jìn)行換流，但是如果從總體上來(lái)看，6個(gè)器件共同在360º內(nèi)進(jìn)行輪流的工作，而當(dāng)每一對(duì)器件在進(jìn)行換流得過(guò)程中只是最多占，最終的結(jié)果時(shí)，無(wú)論Id取值再大，最終=60º是不會(huì)發(fā)生變化的。在整流時(shí)的電流： （3.9）在整流時(shí)的電壓

37、： （3.10）特別是其中，RD=sRs+Rr 是被用來(lái)折算到了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)并將定子和轉(zhuǎn)子他們每一個(gè)的等效電阻上。當(dāng)60º時(shí)，通常情況下表示轉(zhuǎn)子整流的電路將處于一種不可控的整流工作狀態(tài),這就是第一種工作狀態(tài)；0p30º，=60º時(shí)則被稱為第二種工作狀態(tài)。3.5 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)快速熔斷器，快速熔斷器是在電路當(dāng)中的電流超過(guò)限制時(shí)的保護(hù)措施，也是一種使用比較廣泛應(yīng)用的電路保護(hù)裝置?？焖偃蹟嗥鲙в休o助接點(diǎn)，快速熔斷器的斷流時(shí)間會(huì)在10ms以內(nèi)。世面上常見(jiàn)的快速熔斷器最常見(jiàn)的是元件串聯(lián)的接法?？焖偃蹟嗥鞯倪x擇計(jì)算： 式中： 熔體電流有效值 元件額定電流 3.6 控制電路的

38、設(shè)計(jì)3.6.1 主控制器的選擇使用單片機(jī)作為控制核心，不僅安全可靠，價(jià)格低廉，應(yīng)用起來(lái)十分簡(jiǎn)單方便，并且搭建的外圍電路也比較少也是單片機(jī)的一大特點(diǎn)，比較容易控制和實(shí)現(xiàn)。具有極其靈活的可編程性也是單片機(jī)系統(tǒng)的特色，對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行功能的拓展和性能改善也十分地方便。而且還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、功能強(qiáng)大、較強(qiáng)的實(shí)用性、性價(jià)比較高等特點(diǎn)，使得整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低，降耗能耗，而且速度控制精度也大大提高了3.6.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算與推導(dǎo)過(guò)程電流環(huán)的時(shí)間常數(shù)是非常的小，并且反應(yīng)很迅速，但轉(zhuǎn)差電勢(shì)變化卻緩慢，可忽略掉轉(zhuǎn)差電勢(shì)的影響，簡(jiǎn)化以后，按照典型型系統(tǒng)校正，令i=TLn；那么電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖就會(huì)如圖4

39、.2所示： （3.11） 電流環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)如下： （3.12）又因?yàn)椋?（3.13）可以得到電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)如下所示： （3.14） 上式中：KV、TV是指晶閘管逆變器的靜態(tài)放大倍數(shù)與動(dòng)態(tài)滯后的時(shí)間常數(shù)T； Tfi電流反饋回路的濾波時(shí)間常數(shù)，Tfi=T0； Kfi電流反饋回路電流的放大系數(shù)。3.6.3 速度環(huán)的設(shè)計(jì)與其參數(shù)的計(jì)算推導(dǎo)過(guò)程電流環(huán)按照典型的型系統(tǒng)校正以后，其閉環(huán)的傳遞函數(shù)速度環(huán)動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，為使系統(tǒng)也具有好的抗擾動(dòng)性及跟隨性，轉(zhuǎn)速環(huán)通常都按照典型型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。即讓n=hTn，在h=5時(shí)系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性及跟隨性最好，速度環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)如下 ： （3.15） （3.16）得到速度

40、調(diào)節(jié)器參數(shù)如下所示： （3.17）4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 MATLAB仿真MATLAB有如下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：它是一種很好的仿真工作平臺(tái)與軟件編程的環(huán)境;簡(jiǎn)單且易用的程序語(yǔ)言;其擁有非常完善的計(jì)算以及數(shù)據(jù)信息處理運(yùn)算的能力;還有廣泛的應(yīng)用集成模塊集合工具箱; 以及實(shí)用的接口程序和平臺(tái)。由于MATLAB具備以上無(wú)以倫比的優(yōu)點(diǎn)，所以有越來(lái)越多的人在工作當(dāng)中使用它。本次設(shè)計(jì)中使用的仿真工具就是MATLAB。因?yàn)樵趯?shí)際的工作當(dāng)中不可能有充足的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料提供給我們進(jìn)行試驗(yàn)，所以使用仿真軟件就是我們實(shí)現(xiàn)自己對(duì)于自己所做的東西進(jìn)行模擬制作，在一定的誤差范圍內(nèi)得到一個(gè)比較可信的結(jié)果，根據(jù)這個(gè)結(jié)果我們可以去做自

41、己的東西，保證自己在做的東西大的方向不發(fā)生錯(cuò)誤，細(xì)節(jié)部分還可以進(jìn)行性調(diào)整，這樣就可以大大的節(jié)約成本。通常我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)的時(shí)候往往只會(huì)有一些書面性的文字資料，并沒(méi)有具體的參數(shù)值以及設(shè)計(jì)完整的直接可以使用得電路原理圖。這就使得我們要想做出一個(gè)比較好的東西來(lái)的時(shí)候首先要面對(duì)的問(wèn)題，在通常情況下我們會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)去搜集一些資料作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)之上構(gòu)建自己的電路原理圖，通過(guò)設(shè)計(jì)想法的描述以及對(duì)電路的繪圖得到電路的最終原理圖，再將電路原理圖按照規(guī)范在MATLAB上面進(jìn)行繪制仿真，觀察仿真結(jié)果得出最終的結(jié)論，確定之前的思路是否正確。MATLAB仿真軟件的作用就是在實(shí)際的制作工作之前讓我們心洲對(duì)自己所做的東西有個(gè)

42、大概的了解。有一個(gè)明確的目標(biāo)不至于瞎子走路不知方向。在實(shí)作過(guò)程當(dāng)中仿真就如同指路的明燈一般。因?yàn)槠淇梢郧逦?jiǎn)單地看出實(shí)物的最終實(shí)現(xiàn)的效果，還可以對(duì)不滿意的地方進(jìn)行修改，所有元器件的大小型號(hào)結(jié)構(gòu)組成都會(huì)有所標(biāo)注，這樣在確定最終的電路時(shí)就可以直接按照仿真的電路圖進(jìn)行購(gòu)買元器件，進(jìn)行最終的制作。4.2 編程軟件Keil簡(jiǎn)介該軟件是單片機(jī)發(fā)燒友的首選，是一款功能強(qiáng)大的多用途編程軟件，和比較傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言相比，該語(yǔ)言在可讀性和維護(hù)移植性有很大的好處，即使沒(méi)有匯編語(yǔ)言功底的普通用戶也可以輕松駕馭。Keil軟件包括了以下的幾大模塊：C語(yǔ)言編輯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理器和一個(gè)仿真調(diào)試，幾者通過(guò)Vision環(huán)

43、境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。即使通過(guò)傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言編譯程序，Vision強(qiáng)大的軟件仿真也會(huì)有巨大的幫助，很大程度減輕了我們的工作負(fù)擔(dān)。Keil的Vision環(huán)境一共推出了四款經(jīng)典的界面Vision2、Vision3、Vision4、Vision5。KeilVision2是美國(guó)軟件公司發(fā)行的51單片機(jī)系列的基于C語(yǔ)言的開發(fā)系統(tǒng)，軟件使用方法比較類似于C語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言是比較被人接受的，可以提高用戶的工作效率和產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間，而且它并不是完全脫離匯編語(yǔ)言，它可以在其中嵌入?yún)R編語(yǔ)言。軟件內(nèi)置的編譯器為我們編寫程序提供了兩大好處：第一可以利用匯編語(yǔ)言的簡(jiǎn)潔利用率高的特點(diǎn)，第二是整個(gè)編程是C語(yǔ)言語(yǔ)境下完

44、成，因此十分的人性化。寫好后進(jìn)行編寫、編譯程序，如果運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤需要按照提示反復(fù)修改直到運(yùn)行沒(méi)有出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤4.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)4.3.1直流電路的傳遞函數(shù)串級(jí)調(diào)速的主電路的動(dòng)態(tài)以及電壓平衡方程式： （4.1）式中：直流電路的總電磁感應(yīng)式， （4.2） Rs轉(zhuǎn)差率S是為某值時(shí)的主電路等效電阻， （4.3）而將式（4.3）兩邊取拉氏變換，將可得的串級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)的直流電路的等效的傳遞函數(shù)： （4.4）5.3.2電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)電動(dòng)機(jī)是以主電路直流電流Id與負(fù)載電流IL之間的差做為輸入，轉(zhuǎn)速n做為輸出的環(huán)節(jié)。且在串級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)的第一個(gè)工作區(qū)內(nèi)，且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩將與主電路直流電流Id有以下的關(guān)系：

45、 （4.5）由式（4.5）可知，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是Id的二次函數(shù)，且具有非線形特性，在需要作近似的線形化處理。應(yīng)用的小偏差線形化的方法，取M對(duì)的二次的導(dǎo)數(shù)得： （4.6）因?yàn)榈闹低ǔ?huì)很小，所以，故此可以將式（4.6）在某個(gè)工作的電流值的附近的臨域內(nèi)將作泰勒級(jí)數(shù)展開，從而忽略二階無(wú)窮小項(xiàng)以及余項(xiàng)，僅取一次的近似式得： （4.7） （4.8）式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流值。經(jīng)過(guò)線形處理后的轉(zhuǎn)矩常數(shù)： （4.9）將式（4.8）和式（4.9）來(lái)代入系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式得： （4.10）式中 電動(dòng)機(jī)以及負(fù)載的飛輪慣量（飛輪矩）由上式得： （4.11）對(duì)式（4.11）取用拉氏變換后，將可得電動(dòng)機(jī)的

46、傳遞函數(shù)為： （4.12）式中 5.4系統(tǒng)的調(diào)速特性分析 晶閘管串級(jí)調(diào)速的轉(zhuǎn)速的表達(dá)式為： （4.13）如果令： （4.14） （4.15） （4.16） 則式（4.16）縮寫式： （4.17）此方程式做為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的方程式表達(dá)形式。因此，在當(dāng)轉(zhuǎn)子的整流電路運(yùn)行時(shí)在第一工作的狀態(tài)時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)將所具有的調(diào)速特性。在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)速逆變角值的大小發(fā)生改變，就會(huì)影響到電源U的值，進(jìn)而改變了直流電動(dòng)機(jī)電樞上面外加的電壓。直流調(diào)壓調(diào)速狀態(tài)下的直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路總電阻等于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總電阻R，由它決定了機(jī)械特性的硬度。更由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總電阻R值比較大，

47、故此機(jī)械特性將比直流電動(dòng)機(jī)的特性軟。串級(jí)調(diào)速的等效的電勢(shì)系數(shù)Ce將會(huì)隨著的增加而減少，說(shuō)明直流電機(jī)存在去磁作用。結(jié)合上述觀點(diǎn)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器為第一工作狀態(tài)時(shí)的調(diào)速的性能，而且相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻比較大又有電樞反映的他勵(lì)的直流電動(dòng)機(jī)在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于從零開始的調(diào)速的系統(tǒng)；當(dāng)=min時(shí)，當(dāng)端電壓U=0，其轉(zhuǎn)速n=0；而當(dāng)min=90º時(shí)，U=Umax，。所以當(dāng)連續(xù)改變角時(shí)，便可以改變端電壓U，在進(jìn)行平滑調(diào)速。故此采用晶閘管的串級(jí)調(diào)速的三相異步電動(dòng)機(jī)將具有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。在第二工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子的整流輸出電壓平衡式變?yōu)椋?（4.18） 利用式（4.18），可得到在電機(jī)轉(zhuǎn)子在第二象限

48、工作時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路的與的表達(dá)式： （4.19） （4.20）由式（4.19）可知，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)其中的異步電動(dòng)機(jī)將處于第二工作狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，其的特性會(huì)更軟，隨著負(fù)載的增大也將增大，使轉(zhuǎn)速將顯著下降。5 實(shí)作的焊接與調(diào)試5.1 實(shí)作的焊接焊接選用了點(diǎn)陣式萬(wàn)用板，和專業(yè)的PCB板相比具有許多優(yōu)勢(shì)：具有使用門檻低、布局方便、成本低廉、擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)。然后根據(jù)電路原理圖把元器件布置在萬(wàn)用板上面，因?yàn)閷?shí)際中元件大小跟原理圖中完全不一樣，所以布局的時(shí)間會(huì)和原理圖有比較大的區(qū)別。布局應(yīng)該美觀、簡(jiǎn)潔、焊接線路短、少跳線、散熱良好等這些方面去綜合考慮。過(guò)于緊湊的布局會(huì)導(dǎo)致布線困難和散熱不良，因此元件不能過(guò)于密集也

49、不能過(guò)于松散，本著合理實(shí)用的原則。因此我的放電大功率電阻發(fā)熱量很大，因此單獨(dú)布置在一小塊萬(wàn)用板，有利于它們的散熱。焊接前還需要準(zhǔn)備烙鐵、焊錫、松香、跳線。要想進(jìn)行一個(gè)好的手工電子作品焊接，了解和掌握一些焊接知識(shí)還是十分必要的。靜電對(duì)電子焊接的危害特別大，電子元器件在和塑料及人體接觸的時(shí)間產(chǎn)生積聚的大量靜止電荷，當(dāng)達(dá)到一定觸發(fā)條件的時(shí)間，瞬間釋放出來(lái)強(qiáng)大的電壓電流，輕則造成元件的穩(wěn)定性變差重則造成元件擊穿短路，所以焊接前要按照規(guī)定佩戴靜電手環(huán)，電烙鐵要可靠的接地。電路板也應(yīng)該用支撐物支撐起來(lái)，與下墊面有一定的間隙，在焊接的時(shí)間可以防止熱量積聚在一點(diǎn)使得萬(wàn)用板燒糊或者元件燒毀。對(duì)于已經(jīng)刻錄程序的單

50、片機(jī)來(lái)說(shuō)，切勿直接將它焊接在電路板上。單片機(jī)的耐熱能力比較差，引腳直接焊接在電路板的過(guò)程中很可能破壞其中儲(chǔ)存的程序，另外在其他引線和單片機(jī)連接的過(guò)程中也是非常容易高溫接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使得處理器報(bào)廢。因此最好焊接一個(gè)和單片機(jī)匹配的底座，焊接完成之后將單片機(jī)插入即可?，F(xiàn)在來(lái)說(shuō)一下焊接必備的技巧：電烙鐵的溫度要根據(jù)實(shí)際調(diào)節(jié)（一般在300-450度之間）；焊接的持續(xù)時(shí)間最好控制在3秒鐘左右，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成焊錫變黑和電子元器件被燒毀；焊接的時(shí)間最好選用尖頭烙鐵，過(guò)于粗的烙鐵難以在密集的引腳之間穿行，對(duì)與引錫也無(wú)法弄得很細(xì)。一般來(lái)說(shuō)比較被認(rèn)可的手工電子作品的焊接可以分為五大步驟的：第一是對(duì)左手執(zhí)錫，右手大拇指

51、和食指配合手掌抵住烙鐵，這是焊接的姿勢(shì)準(zhǔn)備。這時(shí)間目視檢查烙鐵頭是否有異物，有的話要及時(shí)除掉并用焊錫包膜處理。第二是焊接位置和時(shí)間的把握，烙鐵頭要放在焊接元件和萬(wàn)用板的接觸位置，預(yù)熱要焊接的部位，時(shí)間是三秒鐘以內(nèi)。第三是把焊錫絲送入預(yù)熱好的部位，焊接元件處于焊錫和烙鐵之間的位置，勿將錫條直接杵在烙鐵尖子上。第四是焊錫加熱變成液體一定體積后，以大概50度的角度左上撤走焊錫。第五用烙鐵頭把熔化成液體的錫持續(xù)加熱引導(dǎo)使得均勻包圍在焊接部位周圍，然后是50度角度從右上拿開烙鐵。整個(gè)步驟下來(lái)時(shí)間是5秒鐘左右。當(dāng)焊接部位出現(xiàn)焊錫不均勻的情況，不要直接用錫條去進(jìn)行再次熔化焊接，這樣容易造成彼此的引腳短路和錫

52、堆狀況，正確的做法是用烙鐵尖頭上帶，但是時(shí)間要在1秒鐘左右。焊接部位的引錫要平整細(xì)膩寬度一致，焊接部位切面呈現(xiàn)緩坡形。如果焊接中發(fā)現(xiàn)了烙鐵尖頭不能掛住錫，可用浸了水的布條擦拭烙鐵頭表面，再次進(jìn)行錫條包膜處理。如果目視無(wú)法確定是否出現(xiàn)虛焊的情況、有條件的可以購(gòu)買高倍放大鏡觀察是否有虛焊懸空的情況。如果出現(xiàn)多次加熱焊錫使的焊錫表面呈焦黑色，可以用大頭針刮掉黑色部分，在進(jìn)行少量的焊錫補(bǔ)焊就可以了。對(duì)于需要跳線的地方采用細(xì)導(dǎo)線焊接即可，最后把三個(gè)功耗電阻用引線連接到主電路即可。為了美觀，在單片機(jī)與液晶屏幕需要連接的地方焊接了插針，可以將LCD屏幕插入，這樣元件安裝后液晶屏幕可以遮擋住單片機(jī)，使作品看起

53、來(lái)美觀。由于本人焊接技巧和時(shí)間原因，在布局和焊接工藝方面還是存在不足之處。5.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備經(jīng)行逐次排查，確認(rèn)型號(hào)規(guī)格適用正確。(2) 對(duì)電路上的所有接線進(jìn)行排查確認(rèn)沒(méi)有短路斷路現(xiàn)象存在。(3) 對(duì)保護(hù)電路再次檢查保證安全。5.3 系統(tǒng)調(diào)試5.3.1 系統(tǒng)調(diào)試步驟（1）如何判斷反饋系統(tǒng)信號(hào)機(jī)型是否正確，首先使用電壓表就反饋信號(hào)輸入線進(jìn)行極性的檢測(cè)，然后把反饋信號(hào)的輸入線另一端接到調(diào)解器的輸入端去，另外一端處于懸空狀態(tài)，將懸空端與調(diào)解器輸入端輕輕碰觸后斷開，觀察調(diào)節(jié)器在碰觸的一瞬間其輸出量是否有減少。如果是只僅僅減少則表明該反饋為負(fù)反饋，反之，如果是只增大則表明該反饋是正反饋。通過(guò)用這種方法就基本可以判斷出本系統(tǒng)