異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì).

1、26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)速是通過繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢而產(chǎn)生的，它屬于變轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加以回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上，因此效率高。它能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：串級(jí)調(diào)速；轉(zhuǎn)差率；整流電流 Cascade Induction Motor Speed Control System Design AbstractCascade speed through the winding indu

2、ction motor rotor circuit and the introduction of additional electric potential generated. It belongs to the slip changes to achieve the cascade speed control. String with the rotor resistance in different ways, cascade induction motor speed can be the power to be (back power into mechanical energy,

3、 or to send back to motor shaft), so efficient. It can realize a smooth stepless speed control, low speed when the mechanical properties is relatively hard. In particular, low-synchronous cascade thyristor speed control system, technical difficulty of small, relatively perfect performance, thereby g

4、aining a wide range of applications. Keywords: Cascade speed;Slip;Rectifier current目 錄1 概述11.1 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展概況12 串級(jí)調(diào)速原理和基本類型22.1串級(jí)調(diào)速的原理22.2 串級(jí)調(diào)速的基本類型43 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路主要設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算與選擇63.1 異步電動(dòng)機(jī)容量的選擇63.2 轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇63.2.1 最大轉(zhuǎn)差率63.2.2轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓73.2.3最大直流整流電流83.3 整流二極管的選擇83.3.1 整流二極管電壓的選擇83.3.2 整流二極管電流的選擇84 逆

5、變器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇94.1 逆變變壓器的參數(shù)計(jì)算94.1.1逆變壓器二次側(cè)線電壓：94.1.2逆變變壓器二次側(cè)線電流：94.1.3逆變變壓器一次側(cè)線電流：94.2 晶閘管的參數(shù)計(jì)算104.2.1晶閘管額定電壓的選擇104.2.2晶閘管額定電流的選擇105 平波電抗器電感量的計(jì)算115.1 保證電流連續(xù)所需要的電感量115.2 限制電流脈動(dòng)的電感量125.3 平波電抗器的電感量126 啟動(dòng)方式的選擇136.1 利用串調(diào)裝置直接啟動(dòng)方式136.2 并聯(lián)附加起動(dòng)設(shè)備的切換起動(dòng)方式136.3 串聯(lián)起動(dòng)電阻器起動(dòng)方式147 繼電器控制電路設(shè)計(jì)158串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用178.1提升機(jī)調(diào)

6、速系統(tǒng)的調(diào)速方式178.2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇178.3 橋式電路的選擇178.4 觸發(fā)電路的選擇18結(jié)論19致謝20參考文獻(xiàn)21附錄221 概述1.1 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展概況縱觀電力傳動(dòng)的發(fā)展過程，交直流兩種傳動(dòng)方式共存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中。在電力電子技術(shù)發(fā)展之前，直流電動(dòng)機(jī)幾乎占?jí)艛嗟匚?。?duì)于直流電動(dòng)機(jī)只要改變電動(dòng)機(jī)的電壓或者勵(lì)磁電流就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩容易控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，它們相互競爭、相互促進(jìn)。交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)相比具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：制造成本低；重量輕；慣性?。豢煽啃院瓦\(yùn)行效率高；維修工作量?。荒茉趷?/p>

7、劣的甚至在有易燃易爆性氣體的環(huán)境中安全運(yùn)行。這些與現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)要求的可靠性、可用性、可維修性相一致。正是由于交流電動(dòng)機(jī)的這種優(yōu)勢，使它在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍比直流電動(dòng)機(jī)廣泛得多，約占整個(gè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康?0%以上；但同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，其可控性較差。而隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種高性能的電力電子器件產(chǎn)品的出現(xiàn)，為交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。特別是70年代初出現(xiàn)的矢量變換控制技術(shù)以及在矢量變換基礎(chǔ)上相繼出現(xiàn)的磁通反饋矢量控制、轉(zhuǎn)差型矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等實(shí)用系統(tǒng)，大大推進(jìn)了交流傳運(yùn)控制技術(shù)的發(fā)展。這些新型的交流傳動(dòng)控制技術(shù)與高性能的

8、變頻器相結(jié)合，就有可能使利用交流電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)在性能上與高精度的直流伺服系統(tǒng)相匹配。特別是在一些大容量、高轉(zhuǎn)速或特殊環(huán)境下應(yīng)用的場合，交流調(diào)速系統(tǒng)已顯示出無比的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)交流化的時(shí)代隨之而來。2 串級(jí)調(diào)速原理和基本類型2.1串級(jí)調(diào)速的原理假定異步電動(dòng)機(jī)的外加電源電壓U1及負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML都不變則電動(dòng)機(jī)在調(diào)速前后轉(zhuǎn)子電流近似保持不變。若在轉(zhuǎn)子回路中引入一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電勢相同，而相位相同或相反的附電勢Ef , 則轉(zhuǎn)子電流為 （式21 ）式中：R2：轉(zhuǎn)子回路電阻；sX20：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗E20：轉(zhuǎn)子開路相電勢 電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s很小，故R2sX20。忽略sX20有

9、（式22 ） 上式中，E20為取決于電動(dòng)機(jī)的一個(gè)常數(shù)，所以，改變附加電勢Ef可以改變轉(zhuǎn)差率s，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。設(shè)當(dāng)Ef = 0時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速，即n = nN, s = sN ,由（ 式22 ）可見，當(dāng)附加電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)子相電勢相位相反時(shí)（Ef前取負(fù)號(hào)），改變Ef 的大小，可在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，這種調(diào)度方式稱為低同步串級(jí)調(diào)速，且附加電勢與轉(zhuǎn)子相電勢相位相同時(shí)（Ef前取正號(hào)），改變Ef 的大小，可在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，這種調(diào)度方式稱為超同步串級(jí)調(diào)速（即s <0）。串級(jí)調(diào)速四種基本狀態(tài)方式下能量傳遞方式如圖2所示，圖中不計(jì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部各種損耗，即認(rèn)定定子輸入功率P即為轉(zhuǎn)子輸出功率。(a)低于同步

10、速電動(dòng)狀態(tài)（0S1） (b)高于同步速電動(dòng)狀態(tài)(S0)(c)高于同步速發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)(s0) (d)低于同步速發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)(0S0)圖1 串級(jí)調(diào)速四種基本運(yùn)行狀態(tài)下的能量傳遞關(guān)系晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)用大功率的晶閘管或二極管，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率交流電變?yōu)橹绷麟?，再用晶閘管逆變器將轉(zhuǎn)子電流返回電源以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方式。晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路見圖2圖2 晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速主回路圖2.2 串級(jí)調(diào)速的基本類型串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把

11、吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。它屬于變轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加以回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上，因此效率高。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加電勢的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。它能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級(jí)調(diào)速可分為電機(jī)串級(jí)調(diào)速、機(jī)械串級(jí)調(diào)速及晶閘管串級(jí)調(diào)速形式，現(xiàn)多采用晶閘管串級(jí)調(diào)速，其特點(diǎn)為： (1)可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高； (2)裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速709

12、0的生產(chǎn)機(jī)械上； (3)調(diào)速裝置故障時(shí)可以切換至全速運(yùn)行，避免停產(chǎn)； (4)缺點(diǎn)是晶閘管串級(jí)調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。3 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路主要設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算與選擇3.1 異步電動(dòng)機(jī)容量的選擇考慮到異步電動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩的降低，功率因數(shù)的降低和轉(zhuǎn)子損耗增大等因素，不論對(duì)于新設(shè)計(jì)的或是改造的都應(yīng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行重新選擇的計(jì)算，串級(jí)調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的容量P 計(jì)算如下：P = Ki * PD式中：Ki ： 串級(jí)調(diào)速系數(shù)，一般取1.2左右。對(duì)于在長期低速運(yùn)行的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)該取大一點(diǎn)。PD ： 按照常規(guī)運(yùn)算方式計(jì)算的電動(dòng)機(jī)容量。從產(chǎn)品手冊(cè)中選擇的電動(dòng)機(jī)容量P PD 本設(shè)計(jì)采用的是哈爾濱九

13、洲電氣股份有限公司生產(chǎn)的內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)及其控制裝置技術(shù)手冊(cè)提供的有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)而成。該電機(jī)定額為連續(xù)定額S1，基本防護(hù)等級(jí)為IP23，基本冷卻為ICO1，基本結(jié)構(gòu)和安裝方式為IBM3。表1 電機(jī)參數(shù)控制電機(jī)型號(hào)JRNT1512-4額定功率1050KW額定電流121.5A轉(zhuǎn)子電壓/電流1045V/ 627A最高/最低轉(zhuǎn)速1484 / 690 r/min效率88.5%功率因數(shù)0.83控制裝置型號(hào)JC4-800A/800V3.2 轉(zhuǎn)子整流器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇3.2.1 最大轉(zhuǎn)差率 (式3-1)式中： n1 ：電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，近似等于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。nmin ：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的最低工作轉(zhuǎn)速D ：

14、調(diào)速范圍 (式3-2)轉(zhuǎn)差率s = （1500-1484）/1500 = 0.01最大轉(zhuǎn)差率smax =(1484 690) / 1484 = 0.535D =nmax/nmin = 1484/690 = 2.15。 3.2.2轉(zhuǎn)子整流器的最大輸出電壓 (式3-3)式中：E20：轉(zhuǎn)子開路相電勢 KUV ：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見表2符號(hào)KITKGTKCVKIVKILKSTKLK三相帶中線0.3671.4140.670.5770.4721.3510.866三相橋0.3671.4141.350.8150.8161.0520.5雙三相橋串聯(lián)0.3671.4142.70.8161.5781.0340.26

15、0.52雙三相橋并聯(lián)0.1841.4141.350.4080.8891.0310.260.52表2 變流器主電量計(jì)算系數(shù)則 Udmax = 1.35*1045*(1-1/ 2.15) =755V3.2.3最大直流整流電流 (式3-4)式中m ：電動(dòng)機(jī)的電流過載倍數(shù)，近似等于轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)2I2N ：轉(zhuǎn)子線電流額定值KIV ：整流電壓計(jì)算系數(shù)，見表2Idr ：轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值 Idr = I2N / KIV1.1 ： 考慮到轉(zhuǎn)子電流畸變等因素的而引如的系數(shù)則Idmax = 1.1*2*627/0.813 = 1697A3.3 整流二極管的選擇3.3.1 整流二極管電壓的選擇設(shè)每個(gè)橋臂上

16、串聯(lián)的整流二極管數(shù)目為N=3，則每個(gè)二極管的反向重復(fù)峰值UKRM為 (式3-5)式中：KUT ： 電壓計(jì)算系數(shù)，見表2E20 ：轉(zhuǎn)子開路相電勢KAV ：均壓系數(shù)，一般取0.9。對(duì)于元件不串聯(lián)時(shí)取1由上式可見，整流二極管所承受的最高電壓與最低電壓與系統(tǒng)的調(diào)速范圍D有關(guān)，調(diào)速范圍越高，元件承受的電壓越高則：UKRM 1.5*1.35*1045*(1-1/2.15)/（0.9*3）= 419V3.3.2 整流二極管電流的選擇在大容量串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，需要將幾個(gè)整流二極管并聯(lián)使用。設(shè)并聯(lián)支路數(shù)為Np= 3則每個(gè)整流二極管的電流計(jì)算如下： (式3-6)式中：KIT ：電流計(jì)算系數(shù)，見表2Idmax ：轉(zhuǎn)子

17、整流器最大直流整流電流 4 逆變器的參數(shù)計(jì)算與元件選擇4.1 逆變變壓器的參數(shù)計(jì)算對(duì)于不同的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓和不同的調(diào)速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側(cè)電壓與其匹配；同時(shí)轉(zhuǎn)子電路與交流電網(wǎng)之間需實(shí)行電隔離，因此一般串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。4.1.1逆變壓器二次側(cè)線電壓：根據(jù)最低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則確定： (式4-1)式中： UT2 ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓Udmax ： 轉(zhuǎn)子整流器最大輸出直流電壓KUV ： 整流電壓計(jì)算系數(shù)。見表2。min ： 最小逆變角，一般取30o4.1.2逆變變壓器二次側(cè)線電流： (式4-2)式中：IT2 ：逆變變壓器二次側(cè)

18、線電流KIV ：整流電流計(jì)算系數(shù)。見表2IdN ： 轉(zhuǎn)子整流器輸出直流電流額定值4.1.3逆變變壓器一次側(cè)線電流： (式4-3)式中：IT1 ：逆變變壓器一次側(cè)線電流KIL ：變壓器一次側(cè)線電流計(jì)算系數(shù)。見表2KT ： 逆變變壓器的變比逆變變壓器等值容量： (式4-4)式中：KST ：變壓器等值容量計(jì)算系數(shù)，見表24.2 晶閘管的參數(shù)計(jì)算4.2.1晶閘管額定電壓的選擇在大容量晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，單個(gè)晶閘管的額定電壓不能滿足要求，需要幾個(gè)晶閘管串聯(lián)使用。設(shè)每個(gè)串聯(lián)橋臂上晶閘管的數(shù)目為N ，則每個(gè)晶閘管反向重復(fù)電壓由下式確定： (式4-5)式中：KUT ： 電壓計(jì)算系數(shù)，如上表KAV ： 均壓系

19、數(shù)，其值可取0.80.9。對(duì)于元件不需串聯(lián)的情況下取1UT2 ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓4.2.2晶閘管額定電流的選擇設(shè)每個(gè)橋臂并聯(lián)元件支路數(shù)為Np ，則每個(gè)晶閘管的額定電流為 (式4-6)式中：KIT ：電流計(jì)算系數(shù)，見上表Idmax ：轉(zhuǎn)子整流器最大直流整流電流KAC ：均流系數(shù)。其值可取0.80.9。對(duì)于元件不并聯(lián)的情況下取15 平波電抗器電感量的計(jì)算轉(zhuǎn)子直流回路平波電抗器的作用是：一 使串級(jí)調(diào)速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)；二 減小電流脈動(dòng)，把直流回路中的脈動(dòng)分量在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中造成的附加損耗控制在允許的范圍內(nèi)。平波電抗器的電感量計(jì)算如下：5.1 保證電流連續(xù)所需要的電感量1(p=3

20、) 1(p=6.12)圖3 不同脈波數(shù)時(shí)，臨界電感計(jì)算系數(shù)1與超前角的關(guān)系1 正比與直流電壓中的交流分量的電感計(jì)算系數(shù)，從圖3中查 (式5-1)UT2 ：逆變變壓器二次側(cè)線電壓KUV ：系數(shù)，見上表Idmin ：直流回路最小工作電流（A）LM ： 異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的每相電感量LT ： 逆變變壓器折算到二次側(cè)的每相電感量5.2 限制電流脈動(dòng)的電感量 (式5-3) 式中：Kp ：限制電流脈動(dòng)的電感系數(shù)（ms），其值從下表中查 ： 允許的電流脈動(dòng)率，一般可取10%左右。表3 電感量計(jì)算系數(shù)KP短路電壓百分值的感抗分量ei=0ez=6%ex=12%ex=18%三相帶中線三相橋雙三相橋串聯(lián)或并聯(lián)1

21、.930.450.111.830.40.0861.730.360.0661.630.320.0485.3 平波電抗器的電感量 (式5-2)6 啟動(dòng)方式的選擇繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式主要有三種：一 利用串調(diào)裝置直接啟動(dòng)方式；二 并聯(lián)附加啟動(dòng)設(shè)備的切換啟動(dòng)方式；三 串聯(lián)啟動(dòng)電阻啟動(dòng)方式。 (a)利用串調(diào)裝置直接啟動(dòng)方式 (b)并聯(lián)附加啟動(dòng)設(shè)備的切換啟動(dòng)方式 (c)串聯(lián)啟動(dòng)電阻啟動(dòng)方式 (d)圖(c)方案的改造 圖4 串級(jí)調(diào)速各種啟動(dòng)方式6.1 利用串調(diào)裝置直接啟動(dòng)方式如圖(a)所示，它不用任何附加起動(dòng)設(shè)備，而是由串級(jí)調(diào)速裝置控制直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。這種調(diào)速方式適用于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍很大幾乎要求

22、能從零開始調(diào)速或者生產(chǎn)機(jī)械對(duì)起(制)動(dòng)的加(減)速度有一定要求的場合。對(duì)于調(diào)速范圍較小的系統(tǒng)，若選用直接起動(dòng)方式，是不行的。另外，對(duì)于一個(gè)按實(shí)際調(diào)速范圍設(shè)計(jì)的調(diào)速范圍較小的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，若采用直接起動(dòng)，則在主回路中會(huì)造成較大的沖擊電流，且往往超過允許限度。因此，對(duì)于調(diào)速范圍較小且對(duì)起(制)動(dòng)加(減)速度無特殊要求的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，宜采用以下兩種起動(dòng)方式。6.2 并聯(lián)附加起動(dòng)設(shè)備的切換起動(dòng)方式如圖(b)所示，電動(dòng)機(jī)先用接觸器KM1接入附加起動(dòng)電阻器(或頻敏變阻器)起動(dòng)加速(此時(shí)KM2是斷開的)，當(dāng)加速到串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)速范圍最低速nmin時(shí)，接通KM2，這時(shí)逆變控制角應(yīng)為最小值min，即對(duì)應(yīng)于

23、最高逆變電壓Umax。然后斷開KM1，逐漸增大，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到所需要的轉(zhuǎn)速這種起動(dòng)方式雖然增加了一套附加起動(dòng)設(shè)備，但轉(zhuǎn)于回路主要設(shè)備的耐壓和容量只需按調(diào)運(yùn)范圍的要求來選擇，從設(shè)備的總投資上來看是經(jīng)濟(jì)合理的。這種方式還有一優(yōu)點(diǎn)，即一旦串級(jí)調(diào)連裝置發(fā)生意外故障，異步電動(dòng)機(jī)可以脫離串調(diào)狀態(tài)，而用附加起動(dòng)設(shè)備正常起動(dòng)到高速運(yùn)行。6.3 串聯(lián)起動(dòng)電阻器起動(dòng)方式如圖(c)所示，在起動(dòng)過程中把限流的起動(dòng)電阻逐漸短接，這種接線方式雖然逆變變壓器的二次側(cè)電壓只得按調(diào)速范圍的大小來選擇但是轉(zhuǎn)子電路主要設(shè)備元件選用的耐壓等級(jí)仍需按從零開始調(diào)速的條件來設(shè)計(jì)，為克服這一缺點(diǎn)可采用圖d的接線方式。起動(dòng)時(shí)先將KM3接

24、通，當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速到串調(diào)裝置設(shè)計(jì)的調(diào)速范圍員低速時(shí)，斷開KM3，串調(diào)裝置自動(dòng)投入運(yùn)行。7 繼電器控制電路設(shè)計(jì)繼電器控制電路設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到串調(diào)裝置能否按正確的順序起動(dòng)、切換、運(yùn)行、停車，還關(guān)系到裝置的安全及元件的使用壽命。在設(shè)計(jì)中要注意以下幾點(diǎn)：1必須有嚴(yán)格的起動(dòng)和切換順序。由于串調(diào)裝置中硅元件的耐壓等級(jí)是按照調(diào)速范圍最低轉(zhuǎn)速時(shí)所承受的電壓來選擇的，故繼電操作電路必須保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在達(dá)到規(guī)定的最低轉(zhuǎn)速以上時(shí)才允許切換至串調(diào)運(yùn)行狀態(tài)。起動(dòng)順序是：給控制回路送電，接通逆變器主電源轉(zhuǎn)子接入頻敏變阻器，接通定子電源，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)加速至規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)切換至串調(diào)運(yùn)行，此后立即切斷頻敏變阻器。2必須

25、有正確的停車順序。一般繞線式異步電動(dòng)機(jī)空載勵(lì)磁電流較大，為電動(dòng)機(jī)額定電流的25左右，這意味著電動(dòng)機(jī)有較大的磁場能量。因此在電動(dòng)機(jī)分閘時(shí)不允許轉(zhuǎn)子開路否則轉(zhuǎn)子側(cè)將產(chǎn)生嚴(yán)重過電壓，甚至擊穿電動(dòng)機(jī)絕緣。停車時(shí)也不允許切除所有電源，應(yīng)保證逆變器比整流器遲脫離電網(wǎng)。停車順序?yàn)椋菏勾{(diào)裝置脫離電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同時(shí)接入頻敏變阻器，切斷電動(dòng)機(jī)定子電源，切斷逆變器電源，切斷控制回路電源。3用戶通常要求串調(diào)裝置能選擇“串調(diào)運(yùn)行”及“異步高速運(yùn)行”兩種工作方式，并能相互切換，在切換過程中必須注意，逆變器應(yīng)比整流器早接入電網(wǎng)，在整流器合閘的情況下，不得斷開逆變器電源，否則易造成逆變器顛覆。在切換過程中還應(yīng)避免轉(zhuǎn)子開路。串調(diào)

26、裝置發(fā)生故障時(shí)應(yīng)將轉(zhuǎn)子電路短接，整流器和逆變器電路斷開。 圖5 繼電器控制電路在圖5中，只畫出常用電源合閘控制及備用電源合閘控制電路。常用電源合閘控制繼電器的線圈K1A與備用電源合閘控制繼電器的常閉觸點(diǎn)K2D串接在一起，這樣當(dāng)P1.1出現(xiàn)高電平、P1.3出現(xiàn)低電平時(shí)，繼電器線圈K1A通電，其常開觸點(diǎn)K1C閉合，常閉觸點(diǎn)K1D斷開，接通交流220V的常用電源閘刀控制線路，同時(shí)斷開備用電源合閘控制繼電器線圈K2A的電源，兩個(gè)繼電器接成互鎖的形式，以保證任何時(shí)刻只有一路電源被合閘接通，確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。8串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用8.1提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方式礦井提升機(jī)要求起制動(dòng)過度過程平

27、穩(wěn)、運(yùn)行穩(wěn)定、轉(zhuǎn)矩大,而且有一定的調(diào)速范圍,至于頻繁起制動(dòng)，在省事節(jié)電方面要求起制動(dòng)時(shí)間短、耗能低、效率高.根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速類型和各種提調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn),以及提升機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求,選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)可控硅串級(jí)系統(tǒng)的調(diào)速方案比較合適.系統(tǒng)中使用靜止的可控硅里邊裝置實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)下降超同步調(diào)速,上升低同步調(diào)速,用倒拉反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車.8.2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇開環(huán)控制.若想進(jìn)一步提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度并獲得較好的動(dòng)態(tài)性能,必須采用反饋控制.較好的反饋控制方法是才同具有電流和速度反饋的雙閉環(huán)控制方法.可從以下兩方面考慮:礦井提升機(jī)起、制動(dòng)頻繁,必須縮短起、制動(dòng)時(shí)間以提高工作效率.提升機(jī)要求運(yùn)行

28、穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能、快速性好,單閉環(huán)控制調(diào)速遠(yuǎn)不及雙閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)好.本文介紹提升機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用雙閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng),能滿足礦井提升機(jī)對(duì)調(diào)速性能的要求.8.3 橋式電路的選擇根據(jù)三相交流電的頻率每一周期變化為上半周2相，下半周1相的規(guī)律，三相橋式整流是將交流電每一個(gè)變化周期內(nèi)的上半周2只二極管(正向)導(dǎo)通，下半周1只二極管(正向)導(dǎo)通來獲得一個(gè)頻率周期內(nèi)上、下波形都能導(dǎo)通的全波(6只二極管)整流輸出直流電的。圖6 橋式電路8.4 觸發(fā)電路的選擇單相通用型可控硅觸發(fā)板是通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的電壓電流功率調(diào)整的一種移相型的電力控制器，其核心部件采用國外生產(chǎn)的高性能、高可靠

29、性的軍品級(jí)可控硅觸發(fā)專用集成電路。輸出觸發(fā)脈沖具有極高的對(duì)稱性及穩(wěn)定性，且不隨環(huán)境溫度變化，使用中不需要對(duì)脈沖對(duì)稱度及限位進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)場調(diào)試一般不需要示波器即可完成。它（GBC2M-1系列與zkd6三相全數(shù)控系列）可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域的電壓電流調(diào)節(jié)，適用于電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載、變壓器一次側(cè)及各種整流裝置等。圖7 觸發(fā)電路結(jié)論本課題主要對(duì)異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì).本文依據(jù)異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求，采用串級(jí)調(diào)速來控制其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，滿足異步電機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速系能和節(jié)能的要求。系統(tǒng)介紹了串級(jí)調(diào)速的方式，特點(diǎn)以及其應(yīng)用。所做的工作主要包括以下幾個(gè)方面：首先介紹了交流電機(jī)的

30、發(fā)展概況，隨后介紹了串級(jí)調(diào)速的原理和類型，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算與選擇，逆變器的參數(shù)計(jì)算，繼電器控制電路的設(shè)計(jì)，還簡單設(shè)計(jì)了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用等。串級(jí)調(diào)速是通過繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢而產(chǎn)生的，它屬于變轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加以回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上，因此效率高。它能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。致謝畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我在宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院的三年學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束?；厥准韧?，自己一生最寶

31、貴的時(shí)光能于這樣的校園之中，能在眾多學(xué)富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實(shí)是榮幸之極。在這四年的時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的本文是在張懷宇老師的精心指導(dǎo)下完成的。在此，向她表示衷心的感謝。論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。老師的諄諄誘導(dǎo)、同學(xué)的出謀劃策及家長的支持鼓勵(lì)，是我堅(jiān)持完成論文的動(dòng)力源泉。在此，我特別要感謝我的導(dǎo)師張懷宇老師。從論文的選題、文獻(xiàn)的采集、框架的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，她都費(fèi)盡心血。沒有張懷宇老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。感謝我身邊的

32、各位同學(xué)，與他們的交流使我受益頗多。最后要感謝我的家人以及我的朋友們對(duì)我的理解、支持、鼓勵(lì)和幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義；也正是因?yàn)橛辛怂麄?，我才有了追求進(jìn)步的勇氣和信心。時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師、同學(xué)，多予指正，不勝感激！參考文獻(xiàn)1 馬志源. 電力拖動(dòng)控制系統(tǒng). 科學(xué)出版社, 2004 2 許大中, 賀益康.電機(jī)控制(第二版). 浙江大學(xué)出版社, 2006 3 陳伯時(shí), 陳敏遜. 交流調(diào)速系統(tǒng)(第2版)-電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005 4 王軍. 自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)(高等院校自動(dòng)控制類專業(yè)實(shí)

33、驗(yàn)教材). 國防工業(yè)出版社, 2007 5 張海山. 晶閘管串級(jí)調(diào)速技術(shù)問答. 石油工業(yè)出版社, 1993 6 王平彬. 21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材電機(jī)調(diào)速及節(jié)能技術(shù). 中國電力出版社, 2008 7 姜泓, 趙洪恕. 電力拖動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng)(第二版). 華中科技大學(xué)出版社, 1996 8 王君艷. 交流調(diào)速/高等學(xué)校教材.高等教育出版社, 2003 附錄晶閘管的參數(shù)選擇 在選擇可控硅器件參數(shù)的時(shí)候應(yīng)根據(jù)不同的場合，線路和負(fù)載的狀態(tài)而對(duì)一些特定的參數(shù)多給予選擇的考慮，方可使設(shè)備運(yùn)行更良好，更可靠和壽命更長。 根據(jù)可控硅的靜態(tài)特性，本文對(duì)可控硅器件參數(shù)的選擇提出如下幾點(diǎn)討論。 電力電子晶閘管亦即過去

34、國內(nèi)稱為可控硅，國外簡稱為SCR元件，是硅整流裝置中最主要的器件，它的參數(shù)選擇是否合理直接影響著設(shè)備運(yùn)動(dòng)性能。合理地選用可控硅可提高運(yùn)行的可靠性和使用壽命，保證生產(chǎn)和降低設(shè)備檢修成本費(fèi)用。本文就樂山冶金機(jī)械軋輥廠使用較多的磁選和電機(jī)車設(shè)備選用晶閘管有關(guān)電參數(shù)作出論述。 在一般情況下，裝置生產(chǎn)廠圖紙?zhí)峁┑目煽毓璧膮?shù)最主要兩項(xiàng)：即額定電流（A）和額定電壓（V），使用部門提出的器件參數(shù)要求也只是這兩項(xiàng)，在變頻裝置上的快速或中頻可控硅多一個(gè)換向關(guān)斷時(shí)間（tg）參數(shù)，在一般情況下也是可以的。但是從提高設(shè)備運(yùn)行性能和使用壽命的角度出發(fā)，我們?cè)谶x用可控硅器件時(shí)可根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)對(duì)可控硅的某一些參數(shù)也作一些挑

35、選。根據(jù)可控硅的靜態(tài)特性，對(duì)可控硅器件參數(shù)的選擇提出如下幾點(diǎn)討論。 1 選擇正反向電壓 可控硅在門極無信號(hào)，控制電流Ig為0時(shí)，在陽（A）一一陰（K）極之間加（J2）處于反向偏置，所以，器件呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，稱為正向阻斷狀態(tài)，若增大UAK而達(dá)到一定值VBO，可控硅由阻斷突然轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，這個(gè)VBO值稱為正向轉(zhuǎn)折電壓，這種導(dǎo)通是非正常導(dǎo)通，會(huì)減短器件的壽命。所以必須選擇足夠正向重復(fù)阻斷峰值電壓（VDRM）。在陽一一陰極之間加上反向電壓時(shí)，器件的第一和第三PN結(jié)（J1和J3）處于反向偏置，呈阻斷狀態(tài)。當(dāng)加大反向電壓達(dá)到一定值VRB時(shí)可控硅的反向從阻斷突然轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)是反向擊穿，器件會(huì)被損壞。而且V

36、BO和VRB值隨電壓的重復(fù)施加而變小。在感性負(fù)載的情況下，如磁選設(shè)備的整流裝置。在關(guān)斷的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很高的電壓（ =-Ldi/dt），如果電路上未有良好的吸收回路，此電壓將會(huì)損壞可控硅器件。因此，器件也必須有足夠的反向耐壓VRRM。 可控硅在變流器（如電機(jī)車）中工作時(shí)，必須能夠以電源頻率重復(fù)地經(jīng)受一定的過電壓而不影響其工作，所以正反向峰值電壓參數(shù)VDRM、VRRM應(yīng)保證在正常使用電壓峰值的2-3倍以上，考慮到一些可能會(huì)出現(xiàn)的浪涌電壓因素，在選擇代用參數(shù)的時(shí)候,只能向高一檔的參數(shù)選取。 2 選擇額定工作電流參數(shù) 可控硅的額定電流是在一定條件的最大通態(tài)平均電流IT，即在環(huán)境溫度為+40和規(guī)定冷卻條件

37、，器件在阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波，導(dǎo)通角不少于l70的電路中，當(dāng)穩(wěn)定的額定結(jié)溫時(shí)所允許的最大通態(tài)平均電流。而一般變流器工作時(shí)，各臂的可控硅有不均流因素。可控硅在多數(shù)的情況也不可能在170導(dǎo)通角上工作，通常是少于這一角度。這樣就必須選用可控硅的額定電流稍大一些，一般應(yīng)為其正常電流平均值的1.5-2.0倍。 3 選擇門極（控制級(jí)）參數(shù) 可控硅門極施加控制信號(hào)使它由阻斷變成導(dǎo)通需經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)問稱開通時(shí)間tgt，它是由延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tx組成，tr是從門極電流脈沖前沿的某一規(guī)定起（比如門極電流上升到終值的90時(shí)起）到通態(tài)陽極電流IA達(dá)到終值的10那瞬為止的時(shí)間隔，tr是陽極電流從l0上

38、升到90所經(jīng)歷的時(shí)間?？梢婇_通時(shí)間tgt與可控硅門極的可觸發(fā)電壓、電流有關(guān)，與可控硅結(jié)溫，開通前陽極電壓、開通后陽極電流有關(guān)，普通可控硅的tgt10s以下。在外電路回路電感較大時(shí)可達(dá)幾十甚至幾百s以上（陽極電流的上升慢）。在選用可控硅時(shí)，特別是在有串并聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)盡量選擇門極觸發(fā)特征接近的可控硅用在同一設(shè)備上，特別是用在同一臂的串或并聯(lián)位置上。這樣可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。如果觸發(fā)特性相差太大的可控硅在串聯(lián)運(yùn)行時(shí)將引起正向電壓無法平均分配，使tgt較長的可控硅管受損，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)tgt較短的可控硅管將分配更大的電流而受損，這對(duì)可控硅器件是不利的。所以同一臂上串或并聯(lián)的可控硅觸發(fā)電壓、觸

39、發(fā)電流要盡量一致，也就是配對(duì)使用。 在不允許可控硅有受干擾而誤導(dǎo)通的設(shè)備中，如電機(jī)調(diào)速等，可選擇門極觸發(fā)電壓、電流稍大一些的管子（如可觸發(fā)電壓VGT>2V,可觸發(fā)電流IGT：>150mA）以保證不出現(xiàn)誤導(dǎo)通，在觸發(fā)脈沖功率強(qiáng)的電路中也可選擇觸發(fā)電壓、電流稍大一點(diǎn)的管。在磁選礦設(shè)備中，特別是舊的窄脈沖觸發(fā)電路中，可選擇一些VG、IG低一些的管子，如VGT<1.5V、IGT在100mA以下?？蓽p少觸發(fā)不通而出現(xiàn)缺相運(yùn)行。以上所述說明在某些情況下應(yīng)對(duì)VGT和IGT參數(shù)進(jìn)行選擇。（以上舉例對(duì)500A的可控硅參考參數(shù)） 4 選擇關(guān)斷時(shí)間（tg） 可控硅在陽極電流減少為0以后，如果馬上就加上正向陽極電壓，即使無門極信號(hào)，它也會(huì)再次導(dǎo)通，假如在再次加上正向陽極電壓之前使器件承受一定時(shí)間的反向偏置電壓，也不會(huì)誤導(dǎo)通，這說明可控硅關(guān)斷后需要一定的時(shí)間恢復(fù)其阻斷能力。從電流過O到器件能阻斷重加正向電壓的瞬間為止的最小時(shí)聞間隔是可控硅的關(guān)斷時(shí)間tg，由反向恢復(fù)時(shí)間t和門極恢復(fù)時(shí)間t構(gòu)成，普通可控硅的tg約150-200s，通常能滿足一般工頻下變流器的使用，但在大感性負(fù)載的情況下可作一些選擇。在中頻逆轉(zhuǎn)應(yīng)用，如中頻裝置、電機(jī)車斬波器，變頻調(diào)速等情況中使用，一定要對(duì)關(guān)斷時(shí)間參數(shù)作選擇，