畢業(yè)設(shè)計(jì)<論文）礦井提升機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(lèi)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?，再在其直流?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1/48ABSTRACTThespeedofadjustingofeachistoexchangeakindofadjustingthespeedofasynchronousmotor,Eachtransferthethoughtsofspeedtoturnintodirectcurrentpigeonholethroughthree-phasebridgetyperectificationasynchronoustherotorvoltagesofmotors,Andtheninitsdirectcurrentitinclinestobeatsiliconcontrolledrectifieragainstbecomingcircuitproduceatoppositedirectcurrenttendencyandthree-phasebridgedirectcurrentwhotypeproducepigeonholesandcontacts,Change,Theonesthatstillcanimprovetheoperationalefficiencyofthemotorandadjustspeedatthesametimeareeconomic.Thistextbasismineliftingmachinepullsystematicrequesttoelectricity,adoptsiliconcontrolledrectifiereachisitisitcontrolitpullmotorrealizethesteplessspeedregulationtocomerapidlytoadjust,meetmineliftingmachinepulltoelectricitysystemtransferspeedperformanceandenergy-conservingrequest.Thistextmainresearchthreephasesexchangepersonwhowindthelineasynchronousmotorsiliconcontrolledrectifiereachtransferspeedsystematicmainfact,complementcircuitdesignrelevanttechnologicalquestions.Includingsystematiccompositionandoperationprinciple,maindesignofreturncircuit,controldesignofwayofanswering,quiet,dynamicperformancecharacteristicscomputationalanalysisofthesystem,etc.Thekeywords:Siliconcontrolledrectifier, eachadjustsspeed, rectification,Goagainstandchange2/48目 錄概述····································11.1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展簡(jiǎn)況························11.2礦井提升機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求··················31.3本課題研究的目的和內(nèi)容························4提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇·························52.1 提升機(jī)調(diào)速成系統(tǒng)調(diào)速方式的選擇 ·····················52.2雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇 ·························52.3橋式電路的選擇 ······························62.4觸發(fā)電路的選擇 ······························7礦井提升機(jī)串級(jí)調(diào)速的工作原理·······················83.1串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)工作原理及工作狀態(tài)·····················83.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路的工作原理······················103.3串級(jí)調(diào)速控制回路的工作原理·······················123.4礦井提升機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理·····················12主回路電路的設(shè)計(jì)································154.1三相橋式不可控整流器的設(shè)計(jì)·······················154.2三相橋式逆變器的設(shè)計(jì)···························154.3逆變變壓器的設(shè)計(jì)······························164.4平波電抗器LP的設(shè)計(jì)···························164.5晶閘管保護(hù)電路的設(shè)計(jì)·························17控制回路電路的設(shè)計(jì)······························195.1穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)································195.2觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)······························225.3定子控制單元的設(shè)計(jì)···························225.4絕對(duì)值單元的設(shè)計(jì)····························245.5速度反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)···························245.6電流檢測(cè)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)························255.7控制線路的設(shè)計(jì)······························26系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性計(jì)算···························286.1 系統(tǒng)的靜態(tài)特性計(jì)算 ····························286.2系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性計(jì)算 ···························30串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試································357.1一般檢查以及線路檢查·························357.2單元器件的調(diào)試 ······························357.3系統(tǒng)的調(diào)試·································377.4操作電路的調(diào)試······························38主要元器件明細(xì)表·································39結(jié)束語(yǔ)······································40致謝········································41參考文獻(xiàn)3/48概述1.1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展簡(jiǎn)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?。?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)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：nn0(1s)60f1(1s)P式中P——電機(jī)極對(duì)數(shù)f1——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(lèi)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(lèi)型。4/48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)：①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2—3。②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。③只宜帶負(fù)載調(diào)速?？蛰d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。④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(lèi)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)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)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5/48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)：①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。②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(chēng)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 2—4）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)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、6/48減速度不大于0.75[m/s2]。（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(lèi)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，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(kāi)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。7/48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(lèi)。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)控機(jī)床、龍門(mén)創(chuàng)床等。交流電動(dòng)機(jī)種類(lèi)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)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(lèi)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(chē)。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(lèi)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(kāi)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：8/48（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 3—5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(chē)。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(lèi)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 橋式電路的選擇用晶閘管逆變橋的附加電勢(shì)Ef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E2E20s整流成Ud，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） f2 sf1所以折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的換相漏抗 xD sxDO也是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)。<xDO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)漏感比一般整流器的漏感大，所以隨 Id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)600時(shí)，下一次換流將推遲換流，推遲的角度是αp，在穩(wěn)定工作時(shí)，下一次換流在以60o為換流周期9/48中被推遲p開(kāi)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p角，這樣角被強(qiáng)迫限制在60o。如果Id繼續(xù)增大，p也隨之增大，當(dāng)αp達(dá)到30o后， p將不再增加，而 600，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)： 00 600（2）第二工作狀態(tài)： 600, 00 p 300（3）第三工作狀態(tài)： p 300, 600礦井提升機(jī)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)Ef。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 V1、V3、V5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 V2、V4、V6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，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：10/48電網(wǎng)調(diào)相電平檢測(cè)逆變變壓器電流反饋定子線圈給定電壓比較計(jì)算觸發(fā)器逆變橋轉(zhuǎn)子線圈n轉(zhuǎn)速反饋圖2-1礦井提升機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)方框圖礦井提升機(jī)串級(jí)調(diào)速的工作原理3.1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)Ef，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)Ef 0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 I2為：圖3-1串級(jí)調(diào)速原理圖sE20I2R22 (sX20)2式中R2—轉(zhuǎn)子繞組每相電阻； X20—s=1時(shí)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗；E20—轉(zhuǎn)子開(kāi)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)Ef時(shí)，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流下降sE20EfI22(sX20)2R2則電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：TeCemI2COS211/48式中 Ce—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù) m——電動(dòng)機(jī)的主磁通COS2—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)轉(zhuǎn)子電流I2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)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)Ef與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)sE20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)12/48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)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)，且電動(dòng)機(jī)的定子繞組也向電網(wǎng)回饋功率P?；仞伒目偣β?lt;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。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?；仞伒墓β室徊糠謥?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(chē)。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3—2d>、3—2a>、3—2c>所示。圖3—2c>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(chē)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 U，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)Ef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3—2a>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。13/483.2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 sP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 U 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 Udo，方向?yàn)樯险仑?fù)，與此同時(shí)，由于三相全控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 Id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A B C A B C(1-s) PPLIdsPa b c +Uβ Ud-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 Id，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)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14/48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)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)矩的作用下，使其轉(zhuǎn)速逐漸降低直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)。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(huà)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：轉(zhuǎn)差電壓擾動(dòng)Ed0n0速度給定電流給定晶閘管Eβ-IL速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器串調(diào)直流電動(dòng)機(jī)濾波器濾波器逆變器主回路-Ung++-n1K(τns+1)1iis+1)sKLnId1sτs+1s+1Ln1+t1+tτis(速度給定)1+Ts--+Ed0電流反饋濾波器β1+t0is電流負(fù)反饋轉(zhuǎn)速反饋濾波器α1+t0ns轉(zhuǎn)速負(fù)反饋圖3-4串級(jí)調(diào)速動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖15/48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(kāi)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(kāi)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)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 3—5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 KM1與正、反轉(zhuǎn)接觸器KM3與KM4加在三相交流異步電動(dòng)機(jī) M的定子繞組上，它的轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)三相橋式整流器 SR、平波電抗器 LP、直流接觸器 KM2，三相橋式逆變器SCR與逆變變壓器T返回電網(wǎng)?？刂苹芈窞殡p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16/48同步電源βUgUg-±±-αβ++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17/48正、反轉(zhuǎn)接觸器KM3與KM4，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SR的整流電壓Ud1.35sU2e式中：U2e—M轉(zhuǎn)子繞組的額定線電壓；s—M的轉(zhuǎn)差率。三相橋式逆變器SCR的逆變電壓U1.35U2COS式中：U2—逆變變壓器的副方線電壓；β—逆變器的逆變角由電力拖動(dòng)原理可知UdUIdR式中：Id—逆變器直流側(cè)的電流；R—主回路的等值電阻。由上式可知當(dāng)忽略R時(shí)，則UdU即1.35sU2e1.35U2COS，因此就有：s(U2)COSU2e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：① 若給定電壓Ug↑→ ↓→U ↑→Id↓→電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 M↓→M<Mc<電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩）→電動(dòng)機(jī)減速→s↑→Ud↑→Id回升→M↑此過(guò)程直到M又重新等于Mc為止。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低于原來(lái)的轉(zhuǎn)速。② 若Ug↓→ ↑→U ↓→Id↑→電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 M↑→M＞Mc→電動(dòng)機(jī)加速→s↓→Ud↓→Id↓→M↓此過(guò)程一直到 M=Mc為止。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高于原來(lái)的值。③若Ug為負(fù)，則ST的輸出為正，K的輸出為負(fù)，V2導(dǎo)通，DJ2工作，反轉(zhuǎn)繼電器H得電，使反轉(zhuǎn)交流接觸器KM4得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。④若Ug為正，則ST的輸出為負(fù)，K的輸出為正，V1導(dǎo)通，DJ1工作，正轉(zhuǎn)繼電器Q得電，使正轉(zhuǎn)交流接觸器KM3得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。18/48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 JRQ1410—8高壓電機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：額定功率:Pe=280KW額定定子電壓:Ue=6000V額定轉(zhuǎn)速:ne=740r/min額定效率:e=0.916額定轉(zhuǎn)子電壓:U2e=495V額定轉(zhuǎn)子電流:I2e=375A轉(zhuǎn)子飛輪力矩：GD2=180[Kg-M2]轉(zhuǎn)子電阻:R2=0.01125Ω/Φ額定轉(zhuǎn)差：SN=1.4％定子漏抗：x1=0.5Ω/Φ定子電阻：R1=2.07Ω/Φ轉(zhuǎn)子漏抗：x2=0.599Ω/Φ最大過(guò)負(fù)荷系數(shù)：=2.1根據(jù)式KU1E2495x1=K2x1=0.0035Ω/ΦR1=K2R1=0.0149U1U160004.1三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U2：U2n1n2750740568(V)3750495n1U2e3橋式整流電路二極管受到的反相電壓為6U2，留二倍裕量，所以：<1）整流二極管額定電壓Uke：Uke2Um26U2265682783(V)<2）整流二極管額定電流IT在三相橋式整流電路中，直流電流Id：1I2e1437.5(A)Id3570.8160.816則元件的額定電流<當(dāng)三相橋式取Krb0.368時(shí)）為IT：IT2KrbId20.368437.5322(A)因此選用2CZ400/3000的整流二極管4.2三相橋式逆變器的設(shè)計(jì)逆變器的初始定相為 600，即當(dāng)Uk 0時(shí)， 600，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Ud1.35U2e1.35495668(V)，當(dāng)s1時(shí)Ud最大，三相橋式逆變電壓U1.35U2eCOS，由電力拖動(dòng)基礎(chǔ)可知:Ud U IdR式中：Id—逆變器直流電流。 R —主回路等值電阻19/48當(dāng)忽略R時(shí)，UdU，所以U2COSsU2e。則此時(shí)逆變變壓器的副方線電壓為U2：U 668U2 1.35COS600 1.35COS600 990(V)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 Uke：Uke22U2229902792(V)（2）可控硅元件的額定電流IT：IT2KrbId20.368437.5322(A)所以選用KP4003000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Y0Y12<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K：KU1e60006.06；U2e990逆變變壓器副方額定電流I2e:I2e0.8160.816437.5357()IdA逆變變壓器原方額定電流I1e:I1e1I2e135759(A)K6.06逆變變壓器的額定功率Se:Se3U2eI2e3990357612(MVA)Se2Pe,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)?00900，變壓器工作效率低。如果采用間接起動(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LP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)S10.05，則限制電流脈動(dòng)所需的電感量為L(zhǎng)m：Lm[(Udm103U2)/2fd](U2S1Id)對(duì)于三相橋式整流電路中：fd300Hz，Udm0.8，U2495，U23Id 437.5，將各參數(shù)代入上式可得 Lm：Lm 5.6(mH)<1）逆變變壓器的副方每相繞組漏感 LB：20/48LBKBUk%U2(mH)100Id對(duì)于三相橋式電路中：KB=3.9，變壓器阻抗電壓Uk%=5，U2990，3Id=437.5將各參數(shù)值代入上式可得：LB3.9599031000.26(mH)437.5<2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗LD：xLDmin其中：min75074050247500.669即有：LD0.147(mH)4則平波電抗器電感量 LP：LP Lm 2LB 2LD5.6 2 0.26 2 0.1474.5(mH)所以LP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。FU1 FU6R104 R106C104 C106R101 R103C101 C103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 FU1~FU6串接在橋臂上進(jìn)行保護(hù)如圖 4—1所示。它的額定電壓Ue，額定電流Ie，如下：Ue 990<線路工作時(shí)的電壓）1.57ITNIeIT1.57322Ie35721/48505Ie357所以FU1~FU6選用：RL93600<2）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)：采用接法的阻容吸收裝置，吸收因變壓器拉閘，電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，如圖4—1所示：C101~C1036104500.28(F)9902所以選用MY32.50.25R101~R103100UNINcf118()PR~R3Ic2R1011033[2500.28990106]211811376(W)所以選用MY32.5<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4—1所示，C104~C110按經(jīng)驗(yàn)取1μFR104~R110按經(jīng)驗(yàn)取5ΩUC104~C1101.5Um1.529902250(V)PR~RfcUm2106104110501(2990)2106100(W)所以C選用：MY1001R選用：RY522/48控制回路電路的設(shè)計(jì)5.1穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)15V直流控制電源<Wy）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。15V穩(wěn)壓電源電氣原理圖如圖5-1所示，圖中，電容C3和C4可改善瞬態(tài)狀態(tài)，電容C1和C2可抑制長(zhǎng)線紋波，二極管V1和V2可防止因輸出端短路而引起內(nèi)部電路的的損壞，K1為電壓表測(cè)量轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，K2為15V電壓通斷開(kāi)關(guān)，V為電壓表，S1與S2及V均裝在面板的Wy位置上，便于觀察的操作。V1FV41W7815K2-112+15VZL13C7+V3C1C5+3CZL2C26+C4C8+0VK1HLV4FV3W7915R1-15V3W22K2-2V+-V2圖5-115V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，U2e24V。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I2e2A，所以：變壓器變比K：KU16000250U224原方電流I1e：I1e1I2e20.008(A)K250變壓器容量Se：S0.008600048(W)此時(shí)選?。〆<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。23/485.1.2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UDe，額定電流IT：<這里我們選取1.5倍的裕量）UDe1.52U2e1.524260(V)IT1.50.577Id1.50.5771.81.5(A)Id取1.8A，因整個(gè)穩(wěn)壓電源輸出電流I=1.5A所以VD1~VD12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IFUe為：IFUe1~IFUe8 1.51.8 1.7(A)所以選用BGXP 25.1.4 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)C1 C2取680F，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 C5、C6大小，取經(jīng)驗(yàn)值0.1F，它們的耐壓能力取 30V能滿足要求。所以C1、C2選用：CT1C5、C6選用：CD111000/255.1.5 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)方法較多，有開(kāi)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W7815和W7915，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：24/48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)橋式整流濾波，送入 W7815和W7915經(jīng)穩(wěn)壓再經(jīng)C3、C4進(jìn)一步消除紋波， C7、C8高頻濾波消除自激振蕩。如果K2閉合，則指示燈亮，表明穩(wěn)壓電源向負(fù)載正常供電。V1，V2起短路保護(hù)的作用，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，V1、V2兩端的電壓由15V上升到30V。如果二極管的反向耐壓能力為20V，那么VD1，VD2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，F(xiàn)U5、FU6熔斷，起到保護(hù)整個(gè)電路的作用。V3和V4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。C3、C4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：C3=C4=1000(F>UC3UC415(V)C7、C8是用來(lái)作為高頻濾波取經(jīng)驗(yàn)值：C7C80.33(F)UC7UC815(V)V1、V2的最高反向擊穿電壓為20V，擊穿電流應(yīng)達(dá)2A，所以選用：2CZ55BV3和V4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：XDD6.3額定電流Ie50(mA)，Ue6.3(V)。則限流電阻R1應(yīng)為：R1156.30.174(K)501WPR2012所以R1選用：RX21——2K/25.1.6校對(duì)W7815和W7915輸入電壓30U217.5取電網(wǎng)電壓波動(dòng)，那么整流后,10%的電壓Ud為：1.17241.1Ud1.17240.929VUd25V<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）=[(Ui)AVU0]I0[1(U2maxU2min)U0]I018(W)2又集成塊正常工作溫度為00C~70C,按其溫度上升不超過(guò)600C計(jì)，則散熱片的25/486030301.60C熱阻應(yīng)滿足：RTf18.4PmaxW0故選用SR2Z型散熱器，熱阻1.6CW，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C1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)C1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，IC10.75()mAY

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35[V]。它們分別接在 A相、B相、C相同步端。移相的控制電壓Uk<來(lái)自電流調(diào)節(jié)器LT的輸出）加在端子 A19上。控制電壓的大小為 4[V]，保證移相范圍為 600，當(dāng)Uk 4[V]時(shí)， 300；若Uk 0時(shí)， 600；當(dāng)Uk 4[V]， 900，因此，LT的限幅值為 4[V]。端子 A C B A C B分別接可控硅元件1#~6#的觸發(fā)脈沖變壓器。5.3定子控制單元的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)安全操作，必須用低壓電氣設(shè)備來(lái)控制高壓電氣設(shè)備，提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)要正反轉(zhuǎn)，而且要倒拉反接制動(dòng)，這需要定子繞組反接的電源調(diào)相來(lái)完成。定子控制單元的作用就是根據(jù)給定信號(hào)的極性來(lái)控制定子的調(diào)相，其電氣原理如圖3—3所示:H1H220KW16205756K8202KV3+12V2KT2560WT1T330.056μ1.5K1.5K10K10K110UgrV1V291.2K233μ6K4510K11W230.056μ10K1.5K1.5KT6560W4TQQ412-12V2KT550K820V6620+12V圖5—3定子控制單元電路從圖中我們可以看出定子控制單元電路由 F007運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例放大器K<其比例系數(shù)為 2），電平檢測(cè)器<由T1與T2組成第一只電平檢測(cè)器 DJ1，T3與26/48T4組成第二只電平檢測(cè)器DJ2）與正反繼電器<H和Q組成）。其工作原理是：當(dāng)它的輸入U(xiǎn)gr為負(fù)時(shí)，ST的輸出為正，K的輸出為負(fù)，經(jīng)限幅之后，送給T1和T2的基極，使T1導(dǎo)通，T4截止，T2基極電位上升截止，T5導(dǎo)通，H得電，使27/48072PAR步

1913571111VAAAAAA4024628A5A61111+AAAAA波2齒壓鋸電6WC26*742DG3Dr3o同相U64 PA R步同相VFμ153 PA RkΩ1.5步同相W壓電移偏1PRV-51-1A2

40CK61140CKΩk8.6ΩFμFk110μ.704kΩ.4101.5140CK16kΩ101Ωk01FkΩμF04μΩμ737k4+45.V+-10F5Fμ1μ+1100.92.001AA圖5-2KCZ6集成化六脈沖觸發(fā)組件原理接線圖

端制控14CK 鎖封沖脈8A1Fμ0086kΩkΩ002124CKFμ0086DNG2A1A228/48電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)Ugr為正時(shí)，ST的輸出負(fù)，K的輸出為正，經(jīng)過(guò)同樣的分析可得， T4導(dǎo)通，T5基極電位上升截止T6導(dǎo)通，Q得電，電機(jī)正轉(zhuǎn)。由于Ugr絕對(duì)值大小是變化的，為了保證后面的電平檢測(cè)電路正常工作，要求K工作在飽和狀態(tài)，使 K的輸出值總是 8(V)。這要求適當(dāng)設(shè)置 K的放大倍數(shù)。由控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可得 Ugr 4(V)，取Ugrmin 4(V)，為了使輸出飽和，輸出電壓值勤是低為12V，要Kb3，取4倍，為了保證K的輸入電阻足夠大，5.4絕對(duì)值單元的設(shè)計(jì)因轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST輸出電壓Ugi的極性是改變的，而電流反饋信號(hào)是經(jīng)整流后得到的，因此Ugr的極性是不變的，為了使電流反饋在任何情況下都為負(fù)反饋，因此，加入絕對(duì)值單元，它的電氣原理如圖5-4R1所示。圖中運(yùn)算放大器+15VC21CR5與電阻R3與R5等組成1：1W的倒相器，當(dāng)輸入U(xiǎn)gr為正1時(shí)，二極管V4截止，V3導(dǎo)R3V21011V3gr24195U8通，輸出USC為負(fù)；當(dāng)輸入370VV11Ugr為負(fù)時(shí)，二極管V3截R6C5C6V4止，V4導(dǎo)通，輸出USC也為負(fù)，幫形成了絕對(duì)值放大C3C42器，由于二極管V4采用鍺二-15V極管，所以能將死區(qū)范圍壓縮在0.3V左右。絕對(duì)值單元要求放大倍數(shù)為 1，圖5-4絕對(duì)值放大器原理圖正常工作條件下，漂移小才能保證參數(shù)的傳遞精確無(wú)誤。運(yùn)算放大器采用高阻型運(yùn)放，其輸入阻抗 r 1012 ，所以對(duì)信號(hào)源影響較小，若要 Ugi精確跟隨Ugr，則R1~3選用精密型金屬膜電阻，取R3R5100K，R450K；V1和V2為輸入保護(hù)二極管，使運(yùn)算放大器不受到過(guò)高的差模電壓，選用開(kāi)關(guān)二極管；V3和V4實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值功能。由于絕對(duì)值單元對(duì)信號(hào)只起絕對(duì)值的作用，并沒(méi)有放大作用，對(duì)于雙閉環(huán)控制的電路計(jì)算沒(méi)有影響，所以在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的計(jì)算中忽略。29/485.5速度反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)速度反饋網(wǎng)絡(luò)用永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)串電阻；在電阻上取轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，具體電路見(jiàn)圖3-5中虛線框內(nèi)所示：測(cè)速反饋網(wǎng)絡(luò)是由永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與和調(diào)節(jié)反饋強(qiáng)度的電位器組成。測(cè)速發(fā)電機(jī)選用 45CK5A永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，輸出無(wú)電壓相位，靈敏度高，輸出為零時(shí)剩余電壓，其電氣參數(shù)如下表：激磁電壓激磁電流輸出斜率線性誤差測(cè)速范圍110V0.11A3:0V.min/kr0.5%0~1800r/min它的工作原理與直流發(fā)電機(jī)相同，其輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為UCn。其輸出特性如圖5—5所示：從圖上我們可以看出為了使與n成線性關(guān)系，n不能太高，I不宜太大，由U1100.06(V.min/r)來(lái)5CK5A的參數(shù)可知：c1800n<1）理想空載時(shí)曲線<2）有負(fù)載時(shí)的曲線<3）負(fù)載一定，n較高時(shí)的曲線圖5-5測(cè)速發(fā)電機(jī)工作曲線考慮到測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流為額定值的20%左右時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)電壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)線性度影響小，于是RP203：cned0.06740RP2030.22018()20%Id0.11它消耗的功率PRP203為:PRP20320%Idcned0.067400.20.110.98(W)為使溫度的變化對(duì)阻值的影響較小，2PRP203的電阻選取用：WZ112K/1W5.6電流檢測(cè)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)電流反饋網(wǎng)絡(luò)其電氣原理如圖5-4所示。逆變變壓器的副方電流<即電流互感器CT1的原方電流），當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流得到額定值時(shí)，則逆變變壓器的副方達(dá)到額定電流即 I1 357(A)，I2為電流互感器的副方電流。電流反饋網(wǎng)絡(luò)由電流互感器 CT，三相橋式整流器 SR與調(diào)節(jié)反饋電壓大小1的電位器W1組成，若I1 357(A)，令I(lǐng)2 0.357(A)，則互感器變比為 KI為：30/48KII13571000I20.357因此電流互感器的原方匝數(shù)為 1匝，則副方匝數(shù)為1000匝。經(jīng)橋式整流后Id為：Id1.35I21.350.3570.48()A橋式整流后的電流交流成份比較I1I2CT1多，脈動(dòng)系數(shù)還比較大。如果反饋電阻值取小點(diǎn)，雖有一定的好處，但是Uf2SR1的波動(dòng)性較大，直接影響到控制電壓UK的平穩(wěn)，因此W1應(yīng)取大點(diǎn)，W15K反饋電壓極限值只有8V，Ud的10%，所以整個(gè)SR的脈動(dòng)好反饋的影響較W1=5K小，因?yàn)閁dV，96U2Ud961.171.1780(V)UfUKe22U22280220(V)所以SR選用：2CZ8ZE圖5-6電流檢測(cè)環(huán)節(jié)15.7 控制線路的設(shè)計(jì)由前面的礦井提升機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)圖<圖3-6）上的控制線路圖可以得出控制線路整個(gè)電路工作原理如下：電路需要起動(dòng)時(shí)，按下控制按鈕 SB1<使用雙觸點(diǎn)按鈕，為使起動(dòng)可靠，SB3也是一樣）接觸器 KM1線圈得電，接觸器 KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，主電路向同步變壓器<也是低壓電源的電源變壓器）、逆變變壓器供電，指示燈 HL2亮，表示電路處在準(zhǔn)備起動(dòng)狀態(tài)，再打開(kāi)低壓電源開(kāi)關(guān)K2，使定子控制單元、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路得電，這時(shí)電機(jī)可以起動(dòng)。如需電機(jī)正轉(zhuǎn)，提升貨物則把開(kāi)關(guān)K1打到正轉(zhuǎn)位置，定子控制單元就會(huì)檢測(cè)到正轉(zhuǎn)信號(hào)，讓中間繼電器 Q得電，Q常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， KM3線圈得電。于是KM3線圈的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使電機(jī)定子按正轉(zhuǎn)相序供電，同時(shí)鎖定 KM4，防止誤操作，電機(jī)處在雙閉環(huán)控制作用下快速起動(dòng)至給定轉(zhuǎn)速，如需調(diào)速則只要調(diào)節(jié)電位器 RP 則201可，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，貨物提升到預(yù)定位置，需停車(chē)，則只需把 K1打到停位置，這時(shí)Ugn為0，Ufn不為0，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)會(huì)使電機(jī)以最大允許加速度減速；定子檢測(cè)單元由于C301存在維持高電平使線圈Q繼續(xù)得電，電機(jī)電壓供電照常使電機(jī)實(shí)現(xiàn)緩慢減速。當(dāng)電機(jī)減速至調(diào)速范圍內(nèi)的最低轉(zhuǎn)速，大約 1秒鐘，由于Ufn仍然存在，則定子控制單元仍然可檢測(cè)到信號(hào)，只是極性改變，則 Q線圈被斷電，H線圈得電，那么KM3線圈失電，觸點(diǎn)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，KM4使得電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電機(jī)定子電源調(diào)相實(shí)倒拉反接制動(dòng)，同時(shí)鎖定31/48KM3。當(dāng)制動(dòng)完成電機(jī)轉(zhuǎn)速為 0。Ufn為零。定子控制單元的輸入信號(hào)為 0。那么H線圈會(huì)失電，KM4線圈失電，觸點(diǎn)恢復(fù)原始狀態(tài)，電機(jī)電源會(huì)切斷，如要電機(jī)反轉(zhuǎn)，把K1打到反轉(zhuǎn)位置，定子檢測(cè)電路就會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電源調(diào)相使電機(jī)反轉(zhuǎn)，要調(diào)速，只要調(diào)節(jié)RP202的大小即可，如需停止整個(gè)電路的工作，則打開(kāi)K2，穩(wěn)壓電源不供電，接著按下常閉點(diǎn)動(dòng)按扭開(kāi)關(guān)SB4，KM2線圈失電，逆變回路斷開(kāi)，再按一下常閉點(diǎn)動(dòng)接鈕開(kāi)關(guān)，KM1線圈失電，觸點(diǎn)恢復(fù)原始狀態(tài)整個(gè)電路供電切斷，指示燈HL1熄。從以上可看出，KM3、KM4觸點(diǎn)需要3對(duì)主觸頭，1對(duì)輔助觸頭，觸點(diǎn)斷流能力為50A，斷壓能力為6000V。切斷功率為260KW，操作頻繁可達(dá)每小時(shí)60~120次，動(dòng)作時(shí)間盡可能短，要求帶有滅弧罩，線圈工作電壓380V，電流為小于2A<由Q,H 觸點(diǎn)斷流能力決定）選用 B370交流接觸器。KM2需兩對(duì)主觸頭，分?jǐn)嚯妷簽?1000V，電流為500A<由逆變橋決定）。操作不頻繁，觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間不做要求，由于它動(dòng)作時(shí)電機(jī)已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不需滅弧罩。選用CJ2016011交流接觸器。KM1的要求同KM3與KM4差不多，只是動(dòng)作不頻繁，觸點(diǎn)切斷功率小得多，選用型號(hào)和KM3的一樣。SB1與SB3用2對(duì)觸點(diǎn)的按鈕開(kāi)關(guān)，它的觸點(diǎn)電流為大于 0.26A，工作電壓220V，選用：LA101P-QF33-1全金屬防護(hù)式普通型限位式按鈕開(kāi)關(guān)，SB1選用紅色，SB3選用黃色。SB2與SB4選用 LA-1有1對(duì)常開(kāi)常閉觸點(diǎn)的控制按鈕，工作電壓交流300V，電流1A，符合要求。HL2選用E14/25-2，耐壓220V，功率為5W的紅色信號(hào)燈。32/48系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性計(jì)算6.1系統(tǒng)的靜態(tài)特性計(jì)算6.1.1 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖提升機(jī)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，其系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)如圖6—1所示:βIaUiRUng+Uig-+-nUcKsUd0+Eki_Km1/CeUnα圖6-1系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖1.電流反饋系數(shù)的計(jì)算設(shè)：<1）速度調(diào)節(jié)器的限幅值8V；<2）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)電流為2Id，即為714A，電流調(diào)節(jié)器的最大給定電壓Uglm就是速度調(diào)節(jié)器的限幅值，對(duì)應(yīng)的最大電流為Idm<即電機(jī)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最大電流），則電流反饋系數(shù)為：Uglm8Idm0.0112[VA]714速度反饋系數(shù)的計(jì)算設(shè)：<1）電大給定電壓Ugnm為10V，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速ne740rmin<2）由于本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速，因此。ne就是系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速,則電流調(diào)節(jié)器的反饋系數(shù)為：Ugnm10nmax0.0135[Vrmin]7403.主回路等值直流電阻R的計(jì)算33/48由我們?cè)O(shè)計(jì)資料上的數(shù)據(jù)，可以得出：xDO x2 x1 0.599 0.0035 0.6025xBL2f0.151030.047RDR1R20.01490.011250.02615PBcuRB335720.0131R3(xDOxB)2(RDRB)RL(0.60250.047)2(0.026150.0131)3.140.67( )RL<平波電抗器電阻在此忽略不計(jì)）電動(dòng)機(jī)主回路的等值電路如圖 6—2所示：圖中，RS—電動(dòng)機(jī)電樞電阻；RL—平波電抗器的電阻；RB—整流變壓折算至副方的等值電阻；RSCR—整流元件的管壓降E與換流重疊所產(chǎn)生的壓降U引起的等到值電阻。一般管壓降很小，在計(jì)算時(shí)可以忽略，所以RSCRmXBmU2Uk%22I21006495523570.07100由于三相橋式整流，換相的次數(shù)m6在計(jì)算時(shí)忽圖-2主路的等值電路略RB和RL。因此，直流主回路的等值電阻R：RRSRBRLRSCRRSRSCRRS0.070.67可以得出：RS0.6電.動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ce：設(shè)：電動(dòng)機(jī)的磁通在運(yùn)行過(guò)程中保持不變，則電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù) Ce為：UdoIdRS6683570.6Ce0.348[Vrpm]ne740式中，RS為電動(dòng)機(jī)的電樞電阻，已知RS=0.6Ω5.可控整流裝置的放大系數(shù)KSCR的計(jì)算34/48為了防止逆變失敗， 300 900，最小逆變角 角限制在 30，對(duì)應(yīng)于min時(shí)，電流調(diào)節(jié)器處于限幅值，設(shè)LT的限幅值為4V，LT為限幅值時(shí)，整流器流裝置的輸出電壓 Udo 495V[]。所以整流裝置的放大系數(shù) KSCR為：Udo 495KSCR 124倍Uk 46.速度調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) Kn與電流調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) KI：系統(tǒng)要做到無(wú)靜差系統(tǒng)，因此速度調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器均要采用 PI調(diào)節(jié)器，在未進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正之前，初步確定： Kn 50倍；KI 75倍6.1.2系統(tǒng)的靜特性由系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可得系統(tǒng)的靜態(tài)特性方程如下：UgnKnKIKSCRRKIKSCR<6-1）nKnKIKSCRCeIdCeKnKIKSCR式中：CeKnKIKSCR0.38450751240.01356277.88KnKIKSCR5075124465000RKIKSCR0.670.011275124104.8將上述數(shù)據(jù)代入<6-1）式，可得到靜態(tài)特性為：Ugn0.0167Id74Ugn0.0167Idn174靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落n0.0167Id5.96(rpm),由于給定值：Ugn10V，因此，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為ne：ne74Ugn7410740(rpm)；n5.96對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的靜差度為：ne7400.008；因此，本系統(tǒng)能夠滿足提升機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)，當(dāng)速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，由于積分的作用，可做到無(wú)靜差。6.2系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性計(jì)算雙閉環(huán)串級(jí)系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法是：從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐