1、太原理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 （系）：太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專 業(yè)： 電氣工程 班 級(jí)： 2013屆電氣一班 提交日期： 2015年8月 姓 名： 王建軍（陽(yáng)煤） 摘 要串級(jí)調(diào)速是交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一種類型,串級(jí)調(diào)速的思想就是將異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)過(guò)三相橋式整流變?yōu)橹绷麟妷海僭谄渲绷鱾?cè)由可控硅逆變電路產(chǎn)生與其相反的直流電勢(shì)與三相橋式產(chǎn)生的直流電壓串聯(lián)，改變逆變角的大小來(lái)改變直流電勢(shì)的大小，達(dá)到調(diào)速的目的，同時(shí)還能提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率和調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性。本文依據(jù)礦井提升機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求，采用可控硅串級(jí)調(diào)速來(lái)控制其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，滿足礦井提升機(jī)對(duì)電力

2、拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速性能和節(jié)能的要求。本文主要研究三相交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主、輔電路設(shè)計(jì)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。包括系統(tǒng)的組成與工作原理，主回路的設(shè)計(jì)，控制回路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)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 ABSTRACTThe speed of adjusting 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 pige

3、onhole through three-phase bridge type rectification asynchronous the rotor voltages of motors, And then in its direct current it inclines to be at silicon controlled rectifier against becoming circuit produce at opposite direct current tendency and three-phase bridge direct current who type produce

4、 pigeonholes and contacts, Change, The ones that still can improve the operational efficiency of the motor and adjust speed at the same time are economic.This text basis mine lifting machine pull systematic request to electricity, adopt silicon controlled rectifier each is it is it control it pull m

5、otor realize the stepless speed regulation to come rapidly to adjust, meet mine lifting machine pull to electricity system transfer speed performance and energy-conserving request. This text main research three phases exchange person who wind the line asynchronous motor silicon controlled rectifier

6、each transfer speed systematic main fact, complement circuit design relevant technological questions. Including systematic composition and operation principle , main design of return circuit, control design of way of answering, quiet, dynamic performance characteristics computational analysis of the

7、 system, etc.keywords: Silicon controlled rectifier, each adjusts speed, rectification, Go against and change目 錄摘要2Abstract31. 概述61.1 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展概況61.2 礦井提升機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求81.3 本課題研究的目的和內(nèi)容92. 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇10 2.1 提升機(jī)調(diào)速成系統(tǒng)調(diào)速方式的選擇102.2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇102.3 橋式電路的選擇112.4 觸發(fā)電路的選擇123. 礦井提升機(jī)串級(jí)調(diào)速的工作原理13 3.1 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)工作原理及工

8、作狀態(tài)13 3.2 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路的工作原理15 3.3 串級(jí)調(diào)速控制回路的工作原理17 3.4 礦井提升機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理174. 主回路電路的設(shè)計(jì)20 4.1 三相橋式不可控整流器的設(shè)計(jì)20 4.2 三相橋式逆變器的設(shè)計(jì)20 4.3 逆變變壓器的設(shè)計(jì)214.4 平波電抗器LP的設(shè)計(jì)214.5 晶閘管保護(hù)電路的設(shè)計(jì)225. 控制回路電路的設(shè)計(jì)24 5.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)245.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)275.3 定子控制單元的設(shè)計(jì)275.4 絕對(duì)值單元的設(shè)計(jì)305.5 速度反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)305.6 電流檢測(cè)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)315.7 控制線路的設(shè)計(jì)326. 系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性計(jì)算34 6.1

9、 系統(tǒng)的靜態(tài)特性計(jì)算346.2 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性計(jì)算367. 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試417.1 一般檢查以及線路檢查417.2 單元器件的調(diào)試417.3 系統(tǒng)的調(diào)試437.4 操作電路的調(diào)試44主要元器件明細(xì)表45結(jié)束語(yǔ)46致謝47參考文獻(xiàn).48 1. 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(guò)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)艛嗟匚弧?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(wú)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(jìng)爭(zhēng)、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)

10、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；慣性小；可靠性和運(yùn)行效率高；維修工作量小；能在惡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(shì)，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

11、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(chǎng)合，交流調(diào)速系統(tǒng)已顯示出無(wú)比的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)交流化的時(shí)代隨之而來(lái)。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：式中電機(jī)極對(duì)數(shù) 供電電源頻率電機(jī)轉(zhuǎn)差率因此，異步電動(dòng)機(jī)有三種基本的調(diào)速方式，即改變極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率和改變供電電源頻率。在改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中又可分為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速四種類型。（1） 變極調(diào)速變極調(diào)速是通過(guò)改變繞組極對(duì)數(shù)達(dá)到改變

12、異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。由于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)只能成倍變化，因此轉(zhuǎn)速也只能近似成倍變化。變極調(diào)速主要用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。變極電動(dòng)機(jī)通常有轉(zhuǎn)換單繞組接線改變其極對(duì)數(shù)的電動(dòng)機(jī)和在同一鐵心上設(shè)置兩個(gè)以上極對(duì)數(shù)的不同繞組的兩種類型。這種調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，機(jī)械特性較硬，效率較高，既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速。缺點(diǎn)：屬于有級(jí)調(diào)速，且調(diào)速的級(jí)數(shù)不多。因此僅適用于不需要平滑調(diào)速的場(chǎng)合。例如某些機(jī)床的調(diào)速，采用變極調(diào)速與變速箱機(jī)械調(diào)速配合，就可以較好地滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速這是對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的一種方法，即在電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串入可變電阻來(lái)改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械

13、特性的斜率，從而改變了一定負(fù)載下電機(jī)的轉(zhuǎn)差率達(dá)到調(diào)速的目的。由于轉(zhuǎn)子串入的電阻不能連續(xù)變化。因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速也只能階躍變化，即有級(jí)調(diào)速。這種調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，初投資不大。缺點(diǎn)：低速時(shí)的機(jī)械特性變軟，其最低轉(zhuǎn)速受生產(chǎn)機(jī)械允許靜差率的限制，所以調(diào)速范圍不大，一般只能達(dá)到23。轉(zhuǎn)子串電阻為分段調(diào)節(jié)，屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速的平滑性差。只宜帶負(fù)載調(diào)速。空載或輕載時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)子電阻所得到的轉(zhuǎn)子速度變化不大。低速時(shí)轉(zhuǎn)差率s大，轉(zhuǎn)子銅損Pcu2=sPm大。效率低，經(jīng)濟(jì)性差。由于以上特點(diǎn)，這種方法多適用于起重機(jī)一類對(duì)調(diào)速性能要求不高的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對(duì)通風(fēng)機(jī)型負(fù)載也可以適用。（3）調(diào)壓調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)

14、定子供電電壓的大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)在某一負(fù)載下轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方式。在調(diào)速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率將損耗在轉(zhuǎn)子的電阻上。 調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速平滑，采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其機(jī)械特性很硬，調(diào)速范圍寬（可達(dá)到10：1）。缺點(diǎn)：由于是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，因此低速時(shí)轉(zhuǎn)差功率損耗大，效率低，這種調(diào)速主要適用于高轉(zhuǎn)子電阻的電動(dòng)機(jī)。（4）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的特點(diǎn)是異步電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間用電磁轉(zhuǎn)差離合器聯(lián)接。電動(dòng)機(jī)為普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，本身并不調(diào)速，而與負(fù)載相連的輸出軸的轉(zhuǎn)速則可以通過(guò)改變電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)。 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)

15、系統(tǒng)時(shí)可擴(kuò)大調(diào)速范圍。缺點(diǎn)：低速時(shí)損耗較大，效率較低等缺點(diǎn)。這種調(diào)速方法廣泛用于紡紗、印染、造紙等機(jī)械上以具有通風(fēng)機(jī)械負(fù)載特性的設(shè)備。（5）變頻調(diào)速變頻調(diào)速是利用電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化特性，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)供電電源頻率的方法來(lái)實(shí)調(diào)速。變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣（可達(dá)到10：1），平滑性較高，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性較硬，靜差率小，變頻時(shí)U1按不同規(guī)律變化可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速。因此可以構(gòu)成具有高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。缺點(diǎn)：必須有一套變頻電源。目前，變頻電源的結(jié)構(gòu)還比較復(fù)雜，價(jià)格較貴，容量不夠大。低速時(shí)最大轉(zhuǎn)矩MM較小，使電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低。（6）串級(jí)調(diào)速繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是以能量損耗為代

16、價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，越是速度調(diào)得越低，損耗也就越大，效率也就越低，若能在轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)能量吸收裝置，將這部分損耗的能量加以吸收并回饋電網(wǎng)，就可以大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，這種轉(zhuǎn)差功率回饋型的調(diào)速方法稱為串級(jí)調(diào)速。具體來(lái)講就是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)附加電勢(shì)，通過(guò)調(diào)節(jié)附加電勢(shì)的大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)一定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。串級(jí)調(diào)速與串電阻調(diào)速相比其優(yōu)點(diǎn)為：機(jī)械特性較硬，調(diào)速平滑性較好，損耗較小，便于向大容量發(fā)展。缺點(diǎn)：功率因數(shù)較低（因?yàn)橛袨V波電抗器及可控硅逆變器的存在），設(shè)備較復(fù)雜。成本較高，低速時(shí)轉(zhuǎn)差率s較大，回收的轉(zhuǎn)差功率sPm較大，變流裝置的容量也應(yīng)加大，不太經(jīng)濟(jì)，且低

17、速時(shí)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較低。因此，串級(jí)調(diào)速最適用調(diào)速范圍不大（一般為24）的場(chǎng)合。例如通風(fēng)機(jī)械，提升機(jī)械等設(shè)備上。1.2 礦井提升機(jī)對(duì)電力傳動(dòng)系統(tǒng)的要求在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械都在不停地運(yùn)動(dòng)著，幾乎無(wú)處不使用電力傳動(dòng)裝置。由于各種不同的生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律不一樣對(duì)電力傳動(dòng)裝置性能的要求也不一樣。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應(yīng)的自動(dòng)控制，并且對(duì)電力傳動(dòng)裝置的要求也越來(lái)越高。礦井提升機(jī)是礦山運(yùn)輸中的主要設(shè)備，是井下與地面聯(lián)系的重要工具，礦井提升機(jī)又是礦山最大的固定設(shè)備之一，它的耗電量占礦山總耗電量的30%40%，因此，為了降低礦石的成本，必須經(jīng)

18、濟(jì)合理地選擇與設(shè)計(jì)礦山提升機(jī)設(shè)備。 礦井提升機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求如下：（1） 為了使罐籠能作提升與下放運(yùn)動(dòng)，要求提升系統(tǒng)要采用可逆系統(tǒng)，即拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)既可正轉(zhuǎn)又可反轉(zhuǎn)。（2） 罐籠提升機(jī)是采用三階段梯形速度圖。根據(jù)安全規(guī)定：升降人員時(shí)加、減速度不大于。（3） 提升礦石、設(shè)備或人員時(shí)提升機(jī)速度不同，因此要求電動(dòng)機(jī)能有較好的調(diào)速性能。（4） 為了保證生產(chǎn)和人員的安全要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確安全可靠。本系統(tǒng)采用單罐籠提升，用于副井作為提升礦石和人員用。根據(jù)上面所述的要求，提升機(jī)的拖動(dòng)方式有兩大類選擇，即交流拖動(dòng)（采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)）與直流拖動(dòng)（采用直流他激電動(dòng)機(jī)），由于直流拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備投資大

19、，安裝、維修困難與設(shè)備占地多等缺點(diǎn)，因此在中小型礦井提升機(jī)設(shè)備中選用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)作提升機(jī)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。為了使拖動(dòng)系統(tǒng)具有較好的調(diào)速性能和節(jié)省電能采用可控硅串級(jí)調(diào)速；采用改變定子電源電壓相序的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行。1.3本課題研究的目的和內(nèi)容為了使礦井提升機(jī)具有較好的調(diào)速性能和節(jié)省電能，提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率和調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性，減小礦石成本。滿足礦井提升機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求。我們采用轉(zhuǎn)差功率回饋型的可控硅串級(jí)調(diào)速，將提升機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流整流，再通過(guò)有源逆變器回饋電網(wǎng)，避開了復(fù)雜的變頻問(wèn)題，一定程度上簡(jiǎn)化了控制線路。起到減小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，達(dá)到降低轉(zhuǎn)速的目的。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是

20、研究三相交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)的可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主、輔電路的設(shè)計(jì)有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。它包括系統(tǒng)的組成與各部分工作原理，主回路電路的設(shè)計(jì)，觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，電流反饋網(wǎng)絡(luò)，絕對(duì)值單元，定子控制單元和速度反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行簡(jiǎn)單分析和計(jì)算。 2.提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇2.1 提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速方式的選擇2.1.1動(dòng)力源為什么要選擇繞線式異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。在選擇礦井提升機(jī)的動(dòng)力源上就有兩種方案可以供我們選用：直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的位置控制。應(yīng)用在拖動(dòng)系統(tǒng)中過(guò)渡過(guò)程有特殊要求的較大功率生產(chǎn)機(jī)械。如高精度數(shù)

21、控機(jī)床、龍門創(chuàng)床等。交流電動(dòng)機(jī)種類繁多，在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，有取代昂貴的、效率較低的直流電動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)。交流電動(dòng)機(jī)大體可以分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，能改善功率因素、容量大，不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。在調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機(jī)械中優(yōu)先選用鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)；在起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，起、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較大，且有調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，廣泛使用繞線式異步電動(dòng)機(jī)。因此本設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)作為提升的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。它符合礦井提升機(jī)的要求：起制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)、運(yùn)行穩(wěn)定、轉(zhuǎn)矩大，而且要求有一定的調(diào)速范圍，起制動(dòng)頻繁、在省時(shí)節(jié)電方面要求起制動(dòng)時(shí)間短、耗能低、效率高。2.1.2 選擇串級(jí)

22、調(diào)速系統(tǒng)的理由 由前面所述異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速類型和各種調(diào)速的優(yōu)、缺點(diǎn)，根據(jù)各方面的原因以及提升機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求知道，選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)可控硅串級(jí)系統(tǒng)的調(diào)速方案比較合適本課題的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)性也較好，滿足了進(jìn)行設(shè)計(jì)的目的。系統(tǒng)中使用靜止的可控硅逆變裝置實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)下降超同步調(diào)速，上升用低同步調(diào)速，用倒拉反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車。2.2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇由于我們本系統(tǒng)選擇的是串級(jí)調(diào)速，和調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)不同，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)本身具有類似于它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。因此，在一些對(duì)調(diào)速精度要求不高的場(chǎng)合可以采用開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)。但若想進(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，就必須采用反饋控制，較好

23、的反饋控制方法是采用具有電流和速度反饋的雙閉環(huán)控制方法。本系統(tǒng)要選用哪一種控制方式可從以下兩方面考慮：（1） 工作環(huán)境：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。因此電動(dòng)機(jī)必須以最大起動(dòng)電流起制動(dòng)。如果用單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，那么起制動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的35倍，如果不限制起制動(dòng)電流，無(wú)疑會(huì)縮短電機(jī)壽命，同時(shí)提升機(jī)也不允許太大的減速度來(lái)停車。特別是提升機(jī)被卡住時(shí)，導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)會(huì)燒壞電機(jī)，為了防止這類情況的出現(xiàn)，必須加電流截止負(fù)反饋以限制最大起動(dòng)電流、制動(dòng)電流、堵轉(zhuǎn)電流。加上電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能限制電機(jī)的最大電流，并沒(méi)有令人滿意的快速起動(dòng)和制動(dòng)性能，這是因?yàn)樵谶^(guò)渡

24、過(guò)程中，電流一直是變化著的，達(dá)到最大值后，由于負(fù)反饋的作用加強(qiáng)和電機(jī)轉(zhuǎn)子中的電勢(shì)增加，電流又被降下來(lái)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，從而延長(zhǎng)了起制動(dòng)過(guò)程。所以單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足不了本課題的要求。（2）從提升機(jī)要求運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能、快速性來(lái)看單閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)不及雙閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)好。 （3）多閉環(huán)控制調(diào)速主要是抑制系統(tǒng)的超速。只有在要求調(diào)速運(yùn)行非常平穩(wěn)的系統(tǒng)中才用，再一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)性強(qiáng)，限制了它的使用，同時(shí)礦井提升機(jī)也不需要達(dá)到這么高的要求，不符合工程上對(duì)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性要求。 從上面闡述的來(lái)看，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。2.3 橋式電路

25、的選擇用晶閘管逆變橋的附加電勢(shì)以實(shí)現(xiàn)的串級(jí)調(diào)速的主回路，用的是附加直流電勢(shì)與轉(zhuǎn)子整流后的直流電壓疊加組成串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子三相繞組和六個(gè)二極管組成整流電路，把轉(zhuǎn)子電壓整流成，它與一般三相橋式電路相似，可以用變流理論分析，但也有不同的地方。（1） 整流前的轉(zhuǎn)子電勢(shì)的頻率與幅值是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)。（2） 所以折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的換相漏抗也是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)。（為s=1時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的每相漏抗）（3） 由于異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值很大，換流重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，換向重疊角加大，引起轉(zhuǎn)子整流電路的特殊工作狀態(tài)。 我們知道是由于整流電源的漏感和整流電流引起的兩相同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象。而串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)漏感比一般整

26、流器的漏感大，所以隨的增大，角比一般整流器工作時(shí)大得多，甚至超過(guò)60º，而三相橋式每60º換流一次，當(dāng)時(shí)，下一次換流將推遲換流，推遲的角度是p，在穩(wěn)定工作時(shí)，下一次換流在以60º為換流周期中被推遲開始換流，它的換流角只好等于60º，這樣它將使再下一次換流也被推遲角，這樣角被強(qiáng)迫限制在60º。如果繼續(xù)增大，也隨之增大，當(dāng)p達(dá)到30º后，將不再增加，而，這時(shí)共陽(yáng)極組和共陰極組將發(fā)生重疊換流的現(xiàn)象造成負(fù)載短接，不能正常工作。因此串級(jí)調(diào)速可分為三種工作狀態(tài)：（1） 第一工作狀態(tài)： （2） 第二工作狀態(tài)：, （3） 第三工作狀態(tài)：, 礦井提升機(jī)

27、可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路中用六只晶閘管組成逆變電路，提供直流反電勢(shì)。如果采用三相半波逆變橋有如下缺點(diǎn)：（1） 變壓器利用率低，因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)某一相只1/3的時(shí)間內(nèi)有電流通過(guò)。（2） 變壓器只有單向脈動(dòng)電流，其直流分量在磁路中形成直流不平衡磁勢(shì),在 三相變壓器中產(chǎn)生較大的漏磁通，引起附加損耗對(duì)晶閘管換流不利。 所以采用三相全控橋式，共陰極組、觸發(fā)換流時(shí)由低陽(yáng)極電位的管子換到高陽(yáng)極電位的管子，所以相電壓的波形中，觸發(fā)時(shí)電壓上跳，共陽(yáng)極組、觸發(fā)換流時(shí)，由陰極電位高的管子換到陰極電位低的管子，所以觸發(fā)時(shí)電壓下跳。2.4 觸發(fā)電路的選擇繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管，用來(lái)組成三相逆變橋反饋電能

28、，要求觸發(fā)脈沖輸出的相位精確，觸發(fā)電路工作可靠、調(diào)試方便。從這些要求出發(fā)選用KCZ6集成化六脈沖觸發(fā)組件。它適用于要求較高的三相全控橋式變流器的觸發(fā)，輸出脈沖能可靠驅(qū)動(dòng)大功率的晶閘管，并且有以下的特點(diǎn)：（1） 同步電壓不受電網(wǎng)畸變和換流缺口的干擾。（2） 同步電壓范圍寬，且只需三相同步電壓。（3） 輸出脈沖是列式的雙脈沖，脈沖變壓器體積小。（4） 能方便的與各種系統(tǒng)相匹配，調(diào)試簡(jiǎn)單，組裝方便。通過(guò)上面對(duì)提升機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式、控制方式、觸發(fā)電路，串級(jí)調(diào)速主電路的選擇，我們可以得到串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的方框圖，如圖2-1所示：圖2-1 礦井提升機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)方框圖3.礦井提升機(jī)串級(jí)調(diào)速的工作原理3

29、.1 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)工作原理及工作狀態(tài)串級(jí)調(diào)速就是通過(guò)吸收電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中的一部分轉(zhuǎn)差功率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的一種方法。有效的吸收方法就是在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)，如圖3-1所示。通過(guò)改變附加電勢(shì)的大小，就可以改變吸收的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 異步電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于附加電勢(shì)的狀態(tài)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額 定值。假定電動(dòng)機(jī)的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流為： 圖3-1 串級(jí)調(diào)速原理圖 式中轉(zhuǎn)子繞組每相電阻； s=1時(shí)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗；轉(zhuǎn)子開路時(shí)的相電勢(shì)當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中串入與感應(yīng)電勢(shì)相位相反的附加電勢(shì)時(shí)，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流下降

30、 則電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為： 式中 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電動(dòng)機(jī)的主磁通 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)轉(zhuǎn)子電流值的減小使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞，迫使電動(dòng)轉(zhuǎn)速降低。隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)差率s將增大，轉(zhuǎn)子電流回升，電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)回升。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至某一值時(shí)，使得電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩又相等，減速過(guò)程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)將在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。這就是向低同步轉(zhuǎn)速方向調(diào)速的工作原理。串入的附加電勢(shì)幅值越大，電動(dòng)機(jī)最終穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速就越低。同理，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中串入與感應(yīng)勢(shì)相位相同的附加電勢(shì)時(shí)，能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加。也就是電動(dòng)機(jī)向高于同步轉(zhuǎn)速方向調(diào)速的超同步串級(jí)

31、調(diào)速的工作原理。串入附加電勢(shì)的幅值越大，電動(dòng)機(jī)最終穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速就越高。圖3-2 四種工作狀態(tài)時(shí)串級(jí)調(diào)速的功率傳遞關(guān)系a) 低同步電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（1>s>0） b) 超同步電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（s<0）c) 超同步發(fā)電制動(dòng)狀態(tài) （s<0） d）低同步發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)(1>s>0)根據(jù)轉(zhuǎn)子回路中串入的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)之間的大小和相位關(guān)系的不同，串級(jí)調(diào)速有四種基本的工作狀態(tài)。這四種工作狀態(tài)的本質(zhì)都是利用不同的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的功率傳遞關(guān)系而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，因此，串級(jí)調(diào)速的基本工作狀態(tài)可以通過(guò)功率傳遞關(guān)系來(lái)加以討論。圖3-2給出了這四種基本工作狀態(tài)的功率傳遞。圖

32、中功率關(guān)系均不計(jì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部各種損耗。1. 低同步電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示3-2a)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E2的相位一致，而與附加電勢(shì)Ef的相位相反，故轉(zhuǎn)子繞組輸出的轉(zhuǎn)差功率sP被附加電勢(shì)吸收后回饋電網(wǎng)。定子從電網(wǎng)反吸收功率P的一部分（1-s）P被輸送給負(fù)載。2. 超同步電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示3-2b)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E2的相位相反，而與附加電勢(shì)Ef相位相同，故電網(wǎng)通過(guò)附加電勢(shì)向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組輸入轉(zhuǎn)差功率sP，并與定子繞組從電網(wǎng)吸收的功率一起輸送給負(fù)載，形成定轉(zhuǎn)子的“雙饋電狀態(tài)”，負(fù)載所獲得的功率為（1+s）P，從而可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)同步速步。3. 超同

33、步發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，如圖所示3-2c)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E2的相位一致，而與附加電勢(shì)的相位相反，故轉(zhuǎn)子繞組輸出的轉(zhuǎn)差功率sP被附加電勢(shì)吸收后回饋電網(wǎng)，且電動(dòng)機(jī)的定子繞組也向電網(wǎng)回饋功率P。回饋的總功率（1+s）P來(lái)自負(fù)載的機(jī)械功率，電動(dòng)機(jī)將在超同步速度下產(chǎn)生電氣制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。4. 低同步發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，如圖所示3-2d)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E2的相位相反，而與附加電勢(shì)Ef的相位一致，故電網(wǎng)通過(guò)附加電勢(shì)向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組輸入轉(zhuǎn)差功率sP，而電動(dòng)機(jī)的定子繞組則向電網(wǎng)回饋功率P。回饋的功率一部分來(lái)自轉(zhuǎn)子繞組，而另一部分則來(lái)自負(fù)載的機(jī)械功率（1-s）P，電動(dòng)機(jī)將在低同步速

34、度下產(chǎn)生電氣制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。礦井提升機(jī)有三種工作狀態(tài)：提升機(jī)上升、下降、停車。它們分別對(duì)應(yīng)于三種不同的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和功率傳遞關(guān)系：如圖32d)、32a)、32c)所示。 圖32c)所示是表示礦井提升機(jī)在下放重物時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和功率傳遞關(guān)系。提升機(jī)下放重物時(shí)，三相電源調(diào)相，轉(zhuǎn)子受到的電磁力矩和提升機(jī)提升重物時(shí)電磁力矩剛好相反。那么電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)越來(lái)越快。不過(guò)不要擔(dān)心會(huì)發(fā)生飛車事故，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子受的電磁力矩就不是動(dòng)力力矩了而是阻力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，定子線圈里的磁場(chǎng)就不會(huì)是以50Hz變化的磁場(chǎng)，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子線圈里產(chǎn)生磁場(chǎng)會(huì)大于定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，按照物理學(xué)的定理可得

35、到電機(jī)氣隙里的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向會(huì)改變，那么轉(zhuǎn)子受到的電磁力矩就會(huì)是阻力矩，同時(shí)定子線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于電源電壓，定子向電網(wǎng)反饋電能，轉(zhuǎn)子當(dāng)然也向電源反饋電能。因此可以得出圖3-2a)所示的動(dòng)轉(zhuǎn)狀態(tài)和功率傳遞關(guān)系圖。同樣控制反電勢(shì)的大小可以控制轉(zhuǎn)子里電流的大小，就可以控制電機(jī)氣隙里的磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到控制阻力矩的大小，可以得到不同的下降速度，所以礦井提升機(jī)下降時(shí)是可以調(diào)速的，只不過(guò)速度大于同步轉(zhuǎn)速。這不是本課題研究的重點(diǎn)所在。圖32a)所示是表示提升機(jī)在提升重物上升時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和功率傳遞關(guān)系。它是本課題討論的重點(diǎn)，很好理解。3.2 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路的工作原理采用晶閘管逆變器構(gòu)成的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是由異步電

36、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)過(guò)二極管整流器整流后加到三相有源逆變器上，有源逆變器可將直流電壓變成三相交流電壓，再經(jīng)過(guò)逆變變壓器將異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率回饋到交流電網(wǎng)中，從而提高調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行效率。這里有源逆變器相當(dāng)于一個(gè)附加直流電壓，通過(guò)改變逆變器晶閘管的逆變角，就能改變附加直流電壓的大小，從而改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用晶閘管逆變器構(gòu)成的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路電氣原理如圖3-3所示：下面我們分析一下它的工作過(guò)程：起動(dòng)時(shí)，首先將三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和逆變變壓器同時(shí)接入三相交流電網(wǎng)，此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組將產(chǎn)生空載感應(yīng)電勢(shì)，該電勢(shì)經(jīng)過(guò)二極管整流器整流后得到空載整流電壓，方向?yàn)樯险仑?fù)，與此同時(shí)，由于三相全控

37、橋式電路工作在逆變狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生逆變電壓，方向也是上正下負(fù)。通常在剛接通電源時(shí)，讓逆變器的逆變角處于最小位置，產(chǎn)生最大逆變電壓，該最大逆變電壓值要大于空載整流電壓，這樣在直流回路中就不會(huì)有電源產(chǎn)生，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子也沒(méi)有電流，不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)不動(dòng)。然后逐漸增大逆變角到某一定值。隨著逆變角的增大，逆變電壓將減小，使得圖3-3 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路圖整流電壓大于逆變電壓，在直流回路中產(chǎn)生電流，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組也因有電流流過(guò)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差率的下降，轉(zhuǎn)子整流電壓也將下降，最終使轉(zhuǎn)子整流電壓與逆變電壓達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，讓直流回路中有一定的電流流過(guò)，保證電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)

38、生的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。若要增加電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以增大逆變角的大小。逆變角增大后，逆變電壓將減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電流增大，使電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大，此時(shí)由于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將升高。隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)差率的下降，轉(zhuǎn)子整流電壓將減小，使直流回路中的電流又減小，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也減小，最終達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)就在較高的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行。同理，要降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以減小逆變角。逆變角減小后，逆變電壓就將增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電流則減小，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小，此時(shí)由于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的速度將降低。隨著電動(dòng)機(jī)

39、的轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率的增大，轉(zhuǎn)子整流電壓將增大，使得直流回路中的電流又增大，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，最終達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)將在較低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)守運(yùn)行。在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若負(fù)載突然發(fā)生變化，例如負(fù)載突然增大，則由于轉(zhuǎn)矩不平衡，將造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增加時(shí)，轉(zhuǎn)子整流電壓也將增大，而此時(shí)的逆變電壓不變，則造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，最終使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，可將逆變角調(diào)到最小，這時(shí)所得到的逆變電壓為最大，并且超過(guò)轉(zhuǎn)子整流電壓，從而使得轉(zhuǎn)子整流回路中的電流降為零。這樣電動(dòng)機(jī)不再產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的

40、作用下，使其轉(zhuǎn)速逐漸降低直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)。3.3 串級(jí)調(diào)速控制回路的工作原理根據(jù)我們前面的設(shè)計(jì)知道，本系統(tǒng)采用的是雙閉環(huán)控制，以及已經(jīng)得到串級(jí)調(diào)速系的方框圖，有了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)直流回路及異步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，并確定電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器都為PI調(diào)節(jié)器，就可畫出具有雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖3-4所示：圖3-4串級(jí)調(diào)速動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在突加給定時(shí)的起動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。起動(dòng)初期，速度調(diào)節(jié)器處于飽和輸出狀態(tài)，系統(tǒng)相當(dāng)于轉(zhuǎn)速開環(huán)。隨著起動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行，電流調(diào)節(jié)器的輸出增大，使逆變器的逆變角增大，逆變電壓減小，改變了起動(dòng)開始瞬間逆變電壓大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)整流電壓的條件，產(chǎn)

41、生直流電流，使電動(dòng)機(jī)有電磁轉(zhuǎn)矩而加速起動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未到達(dá)給定值前，調(diào)速系統(tǒng)始終由電流環(huán)起跟蹤作用以維持動(dòng)態(tài)電流為恒定，并使加速過(guò)程中逆變電壓與轉(zhuǎn)子整流電壓的變化率相同。直到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超調(diào)，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)才投入工作，以保證最終獲得轉(zhuǎn)速無(wú)靜差系統(tǒng)。3.4 礦井提升機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理提升機(jī)采用三相交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。其電動(dòng)機(jī)又可采用可控硅串級(jí)調(diào)速，其電氣控制系統(tǒng)原理如圖35所示。由圖可知，提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的主回路為電源經(jīng)過(guò)交流接觸器與正、反轉(zhuǎn)接觸器與加在三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組上，它的轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)三相橋式整流器、平波電抗器、直流接觸器，三相橋式逆變器與逆變變壓器返回電網(wǎng)。

42、控制回路為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器LT組成內(nèi)環(huán)，速度調(diào)節(jié)器ST作為圖3-5 礦井提升機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)。定子控制單元通過(guò)電平檢測(cè)器DJ1和DJ2、正、反繼電器Q和H來(lái)控制正、反轉(zhuǎn)接觸器與，從而改變加在定子繞組上的電源電壓的相序來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運(yùn)行。三相橋式整流器的整流電壓 式中：轉(zhuǎn)子繞組的額定線電壓； 的轉(zhuǎn)差率。 三相橋式逆變器的逆變電壓 式中：逆變變壓器的副方線電壓； 逆變器的逆變角 由電力拖動(dòng)原理可知 式中：逆變器直流側(cè)的電流； 主回路的等值電阻。 由上式可知當(dāng)忽略時(shí)，則即，因此就有： 當(dāng)改變逆變角的大小，就可以改變轉(zhuǎn)差率s，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。其調(diào)速過(guò)程如下：

43、若給定電壓電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩<（電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩）電動(dòng)機(jī)減速回升此過(guò)程直到又重新等于為止。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低于原來(lái)的轉(zhuǎn)速。 若電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)加速此過(guò)程一直到=為止。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高于原來(lái)的值。 若為負(fù)，則的輸出為正，的輸出為負(fù)，導(dǎo)通，工作，反轉(zhuǎn)繼電器得電，使反轉(zhuǎn)交流接觸器得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 若為正，則的輸出為負(fù)，的輸出為正，導(dǎo)通，工作，正轉(zhuǎn)繼電器得電，使正轉(zhuǎn)交流接觸器得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。4.主回路電路設(shè)計(jì)由我們的設(shè)計(jì)資料：已知提升機(jī)電動(dòng)機(jī)為JRQ14108高壓電機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：額定功率:=280KW 額定定子電壓:=6000V額定轉(zhuǎn)速:=740r/min 額定效率:=0.91

44、6額定轉(zhuǎn)子電壓:=495V 額定轉(zhuǎn)子電流:=375A轉(zhuǎn)子飛輪力矩：=180Kg-M² 轉(zhuǎn)子電阻:=0.01125/額定轉(zhuǎn)差：=1.4 定子漏抗：=0.5/定子電阻：=2.07/ 轉(zhuǎn)子漏抗：=0.599/最大過(guò)負(fù)荷系數(shù)：=2.1根據(jù)式 =0.0035/ = =0.01494.1三相橋式不可控整流器的設(shè)計(jì) 由于整流在系統(tǒng)電源反接的瞬間和在電機(jī)由額定轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)，突然制動(dòng)時(shí)所轉(zhuǎn)子受到的電壓最高，其相電壓為： 橋式整流電路二極管受到的反相電壓為，留二倍裕量，所以：（1）整流二極管額定電壓：（2）整流二極管額定電流在三相橋式整流電路中，直流電流： 則元件的額定電流（當(dāng)三相橋式取時(shí)）為： 因此選用的

45、整流二極管4.2三相橋式逆變器的設(shè)計(jì) 逆變器的初始定相為，即當(dāng)時(shí)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)狀態(tài)，則此時(shí)三相橋式不可控整流平均電壓，當(dāng)時(shí)最大，三相橋式逆變電壓，由電力拖動(dòng)基礎(chǔ)可知:式中：逆變器直流電流; 主回路等值電阻當(dāng)忽略時(shí)，所以。則此時(shí)逆變變壓器的副方線電壓為：可控硅元件參數(shù)額定根據(jù)變流技術(shù)公式可得：（1） 可控硅元件的額定電壓：（2） 可控硅元件的額定電流： 所以選用的可控硅4.3逆變變壓器的設(shè)計(jì)逆變變壓器采用最普通的接法（便于同步變壓器的設(shè)計(jì)）。由上述設(shè)計(jì)可知，逆變變壓器原方額定電壓為6000V，副方額定電壓為990V，因此 逆變變壓器的變比： ；逆變變壓器副方額定電流: 逆變變壓器原方額定電

46、流: 逆變變壓器的額定功率: ,應(yīng)該說(shuō)反饋回去的電能肯定要小于電機(jī)所損耗的電能，為什么變壓器的容量反而大于電機(jī)的容量。是因?yàn)椋儔浩鞴ぷ餍实汀Ｈ绻捎瞄g接起動(dòng)，變壓器容量可適當(dāng)減小。如果從降低變壓器的容量著手我們可以考慮使用頻敏變阻起動(dòng)。4.4 平波電抗器的設(shè)計(jì)從限制電流脈動(dòng)的角度出發(fā)設(shè)計(jì)，必須加平波電抗器，用以保持小負(fù)載時(shí)電流連續(xù)和限制電流諧波分量，也可以限制電流的上升率，從限制電流的脈動(dòng)角度出發(fā)設(shè)計(jì)，取電流脈動(dòng)系數(shù)，則限制電流脈動(dòng)所需的電感量為： 對(duì)于三相橋式整流電路中：， ，將各參數(shù)代入上式可得： （1）逆變變壓器的副方每相繞組漏感： 對(duì)于三相橋式電路中：=3.9，變壓器阻抗電壓=5，

47、 ，=437.5 將各參數(shù)值代入上式可得：（2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗： 其中： 即有： 則平波電抗器電感量：所以取5mH電抗器，額定電流為500A。4.5 晶閘管保護(hù)電路的設(shè)計(jì)晶閘管是比較脆弱的電子元件，短時(shí)間的過(guò)電流和過(guò)電壓都有會(huì)使元件損壞，因此需要完整的保護(hù)裝置。 圖4-1 晶閘管的保護(hù)電路（1）  電流上升率的保護(hù)可以省略。因?yàn)榻涣鬟M(jìn)線有電流互感器，直流則有平波電抗器，這樣交流電流的上升率都不會(huì)太快。過(guò)流保護(hù)用串接在橋臂上進(jìn)行保護(hù)如圖41所示。它的額定電壓，額定電流，如下：（線路工作時(shí)的電壓） 所以選用：（2）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)：采用接法的阻容吸收裝置，吸收因變壓器拉

48、閘，電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，如圖41所示： 所以選用 所以選用（3）       晶閘管過(guò)電壓保護(hù)：一般在晶閘管兩端并接阻容吸收裝置如圖41所示， 按經(jīng)驗(yàn)取1F按經(jīng)驗(yàn)取5所以C選用： R選用：5.控制回路電路的設(shè)計(jì)5.1 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流控制電源（）它由W7800系列和W7900系列三端固定式集成穩(wěn)壓器組成，作為本裝置所有控制單元的直流電源。穩(wěn)壓電源電氣原理圖如圖5-1所示，圖中，電容和可改善瞬態(tài)狀態(tài)，電容和可抑制長(zhǎng)線紋波，二極管和可防止因輸出端短路而引起內(nèi)部電路的的損壞，為電壓表測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)，為電壓通斷開關(guān)，為電壓表

49、，與及均裝在面板的位置上，便于觀察的操作。 圖5-1 穩(wěn)壓電源原理圖5.1.1 變壓器的設(shè)計(jì)由于變壓器容量不太大，對(duì)電源的影響小，可以和同步變壓器共用，。初步估計(jì)，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后輸出的電流為1.5A。這里留有一點(diǎn)裕量，所以： 變壓器變比： 原方電流： 變壓器容量： （此時(shí)選取50W）由于低壓直流電源要提供給雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)放用電和直接關(guān)系到調(diào)速精度給定電壓值、觸發(fā)塊，定子控制單元用電。因此對(duì)低壓直流電的脈動(dòng)系數(shù)、紋波，要求極嚴(yán)格，所以要采用穩(wěn)壓電路。5.1.2 整流橋的設(shè)計(jì)為了消除穩(wěn)壓電壓源對(duì)同步電源的影響采用兩組橋式整流，整流二極管工作的額定電壓為，額定電流：（這里我們選取1.5倍的裕量）取A

50、，因整個(gè)穩(wěn)壓電源輸出電流I=1.5A 所以選用：2CZ55C整流二極管5.1.3   熔斷器選用替換方便的玻璃封裝保險(xiǎn)管。其額定電流取工作電流的1.5倍，工作電壓不用計(jì)算，只是保險(xiǎn)座的耐壓能力應(yīng)在30V以上，所以選用的保險(xiǎn)額定電流為：所以選用5.1.4    濾波網(wǎng)絡(luò)由于穩(wěn)壓電源采用三相橋式整流，脈動(dòng)系數(shù)本來(lái)較小，要求的濾波電容容量小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取，采用鋁電解電容。由于大電解電容極板的集膚效應(yīng)，高頻響應(yīng)差，為了避免產(chǎn)生自激振蕩，所以加上高頻濾波電容、大小，取經(jīng)驗(yàn)值，它們的耐壓能力取30V能滿足要求。所以、選用：、選用：CD11 1000/255.

51、1.5    穩(wěn)壓器穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)方法較多，有開關(guān)式,串聯(lián)式的分立元件電路形式。本課題選用通用的三端穩(wěn)壓集成塊和，它們的引腳功能：W7800系列，1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳為公共端W7900系列，1腳為公共端，2腳為輸出端，3腳為輸入端W7815穩(wěn)壓器最大輸入電壓可達(dá)35V，輸出電壓為+15V，加散熱器后輸出電流為1.5A. W7915穩(wěn)壓器最大輸入電壓可達(dá)-35V,輸出電壓為-15V, 加散熱器后輸出電流為1.5A.W7815輸出，輸入為正極性電源，W7915輸入，輸出為正極性電源，其工作原理如下：當(dāng)整流變壓器接上電源，6000V高壓經(jīng)變壓器降至24V交流電，經(jīng)

52、橋式整流濾波，送入W7815和W7915經(jīng)穩(wěn)壓再經(jīng)、進(jìn)一步消除紋波，、高頻濾波消除自激振蕩。如果閉合，則指示燈亮，表明穩(wěn)壓電源向負(fù)載正常供電。，起短路保護(hù)的作用，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，、兩端的電壓由15V上升到30V。如果二極管的反向耐壓能力為20V，那么，被擊穿。把穩(wěn)壓集成塊短路，從而防止過(guò)電流燒壞集成塊。如果電流過(guò)大，、熔斷，起到保護(hù)整個(gè)電路的作用。和也是二極管的短路保護(hù)，防止感性負(fù)載產(chǎn)生高電壓損壞穩(wěn)壓集成塊和擊穿保護(hù)，防止短路把高壓傳輸過(guò)來(lái)?yè)p壞后面的負(fù)載。兩個(gè)電壓表用來(lái)監(jiān)測(cè)穩(wěn)壓電路是否工作正常，兩塊電壓表的量程應(yīng)為20V。、用來(lái)消除長(zhǎng)線紋波和增加瞬態(tài)響應(yīng)速度。應(yīng)該越大越好，取經(jīng)驗(yàn)值： =10

53、00(F) 、是用來(lái)作為高頻濾波取經(jīng)驗(yàn)值： 、的最高反向擊穿電壓為20V，擊穿電流應(yīng)達(dá)2A，所以選用：2CZ55B和的最高反向擊穿電壓為20V，擊穿電流比較小，所以選用： 2CZ82A指示燈選用： 額定電流，。則限流電阻應(yīng)為：所以選用：RX212K/25.1.6   校對(duì)W7815和W7915輸入電壓,取電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%，那么整流后的電壓為： （符合要求）5.1.7    散熱片W7815和W7915當(dāng)輸入電流達(dá)1.5A必須加散熱片 P（功耗）= 又集成塊正常工作溫度為,按其溫度上升不超過(guò)計(jì)，則散熱片的熱阻應(yīng)滿足： 故選用SR2Z型散熱器，熱阻，功耗18W5.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)器采用KCZ6集成化六脈沖觸發(fā)組件，電氣原理如圖5-2所示：在同步電壓過(guò)零點(diǎn)的瞬間，電容迅速放電，使4腳電位為0，過(guò)零后，集成塊內(nèi)部的恒流源對(duì)充電，和外部電部也對(duì)它充電，使4腳上形成鋸齒波電壓，據(jù)有關(guān)資料介紹充電電流，同步電壓來(lái)自同步變壓器。為了消除三次諧波的影響，同步變壓器接成，它的副方電壓為35V。它們分別接在A相、B相、C相同步端。移相的控制電壓（來(lái)自電流