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1、安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） 论文题目：三相异步电动机的启动及调速系统设计与应用姓 名：庞振方专 业：生产过程自动化指导教师：王琳提交日期：2012年4月17日毕业设计（论文）任务书学生姓名庞振方专业年级电子工程系毕业论文（毕业设计）题目：三相异步电动机的启动及调速系统设计与应用毕业论文（毕业设计）目的、要求：毕业实习是我们大学期间的最后一门课程,不知不觉我们的大学时光就要结束了，在这里进行我的毕业实习。在生产实习过程中，培养学生观察问题、解决问题和向生产实际学习的能力和方法为目标，培养我们团结合作精神。使我们更好地实现理论和实际的结合，为以后的工作和学习奠定初步的基础知识。毕业论文（
2、毕业设计）的主要内容：学习电动机的启动及调速系统设计与应用指导教师评语：指导教师（签名）：年月日摘 要文章从理论上研究了三相异步电动机的启动方法与调速系统的设计，给出了三相异步电动机在工作时采用了电动机拖动生产机械，有足够大的启动转矩，保证了生产机械正常启动。启动平滑，设备安全可靠，结构简单，操作方便等特点。有许多启动方法，如：直接启动，鼠笼式异步电动机降压启动，三相鼠笼式异步电动机Y-启动绕线式三相异步电动机的启动及各种运行状态。调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为的改变电动机的转速，这是生产机械经常向电动机提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。变频调速技术
3、的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。关键词：三相异步电动机，电机转速，功率因数目录第一章 概述51.1 引言5第二章 三相异步电动机启动方案62.1三相异步电动机直接启动62.2.1定子串电抗器启动72.2.2星-三角启动92.2.3 自耦减压启动112.3绕线式三相异步电动机的启动132.3.1 转子回路串电阻132.3.2 转子串频敏变阻器起动14第三章 三相异步电动机调速系统163.1 概述163.2 异步电动机调速系统的组成16第四章 三相异步电动机调速系统的设计与应用254.1 三相异步电动机调压调速系统的工作原理
4、254.2三相异步电动机调速系统的结构原理图以及系统实现26参考文献31第一章 概述1.1 引言在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。因此,调速技术一直是研究的热点。长期以来,直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时,保持励磁电流恒定,可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速;在额定转速以上运行时,保持电枢电压恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速。因此,20 世纪80 年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。近几
5、年来,科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样,而且成本和维护费用比直流电动机系统更低,可靠性更高。目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。以日本为例,1975 年在调速领域,直流占80 %, 交流占20 %;1985 年交流占80 %, 直流占20 % 。到目前为止,日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很
6、多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用目前，交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压。调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。总之，随着现代新技术的发展，电气传动控制技术的发展极为迅速，控制手段不断更新，控制方式日趋优化，其控制技术和装置已成为现代生活的组成部分。全新的数控技术已经使调速技术更加完善，更加以人为本，使控制技术更加先进合理，这种整体的组合将会带来很大的经济效益和社会效益。第二章 三相异步电动机启动方案2.1三相异步电动机直接启动三相异步电动机直接启动是指电动机直接加额定电压，定子回路不串任何电器元
7、件时的启动。特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。三相异步电动机的启动要满足生产机械对异步电动机启动性能的要求启动转矩要大，以保证生产机械的正常启动。缩短启动时间；启动电流要小。以减小对电网的冲击。由三相异步电动机机械特性的物理表达式知道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。即转差率 S1，主磁通 额定磁通的1/2，功率因数cos 很小，造成了起动电流相当大而起动转矩 并不大的结果。例如，对于普通鼠笼式异步电动机，起动电流 （47）IN （ 为起动电流倍数）起动转矩 TN（0.91.3） 对于绕线式三相异步电动机的起动转矩T STN 。起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，对电机
8、前端供电变压器影响大。使得变压器输入电压幅度下降，超过了额定值的允许偏差10%或更严重。这样，一方面影响了异步电机本身，由于Tst与电压 U的平方成正比，导致Tst下降更多，当重载时电机将不能起动；另一方面，影响由同一台供电变压器供电的其它负载，如电灯会变暗，用电设备失常，重载的异步电机可能停转等。 下面两种情况不能直接启动。变压器与 电机容量之比不足够大。启动转矩不能满足要求。综上所述，三相异步电机直接起动的情况只适应于供电变压器容量较大，电动机容量小于 7.5kw的小容量鼠笼式异步电机。对于大容量鼠笼式异步电机和绕线式异步电动机可采用如下方法：（1）降低定子电压；（2）加大定子端电阻或电抗
9、；（3）对于绕线式异步电机还可以采用加大转子端电阻或电抗的方法。对于鼠笼式异步电机，可以结构上采取措施，如增大转子导条的电阻，改进转子槽形。总结： 直接起动即全压起动。直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。 一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下： 1：若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动； 2：若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则
10、常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。 全压起动条件：（1）异步电动机功率低于7.5KW（2）：kf小于或等于1/4乘以3加电源总容量/启动电动机容量 直接起动时的影响：（1）起动电流较大，可达额定电流的47 倍，甚至达到812倍。（2）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。（3）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而烧毁电动机。（4）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设备造成影响。 2.2三相鼠笼式异步电动机启动2.2.1 定子串电抗器启动起动时电抗器接入定子电路，起动后，切除电抗器，进入正常运行。三相异步电动机直接起动时，每
11、相等效电路如图11所示。电源额定电压直接加在短路阻抗上，定子侧串入电抗X起动时，每相等效电路如图12所示，Un加在（jX+）上，而上的电压是U/。定子侧串电抗起动可以理解为增大定子侧电抗值，也可以理解为降低定子侧实际所加电压，其目的是减小起动电流。在定子侧串入电抗后，其堵转电流为I/s 图1-1 直接起动 图1-2 定子串电抗起动 三相异步电动机直接起动的时候转子功率因数很低，这是由于电动机设计时，短路阻抗中，所致，一般的说，。因此，串电抗起动时，可以近似把ZK的模值与X相加，而不考虑阻抗角，误差不大。设串电抗时电动机定子电压与直接起动时定子的额定电压比值为u，则：式中， 分别是定子串电抗与不
12、串电抗时候的堵转电流；分别是定子串电抗与不串电抗时候的堵转转矩，当选定u时，定子应串的电抗为：从减小起动电流和改善电网电压品质的角度看，定子回路中串电阻或是串电抗效果是一样的。但是串电阻将增加起动损耗，浪费电能，只有在电机容量较小时才允许使用，大中型电机仅采用串电抗起动。定子回路串电阻或是电抗都能减小起动电流，使得电网的冲击电流减小，对改善电网的稳定性是有利的。但是，问题的另一面是，随着起动电流的减小，电机产生的起动转矩也随着变化，有必要对起动转矩进行校验，看它是否能满足生产工艺的要求，拖动系统是否能顺利的升速到要求的转速根据图示的等值电路，起动时的电磁功率为：对于恒定的同步角速度，起动转矩和
13、起动电流的平方成正比。利用这个重要关系式可以得出结论：不管是定子回路串电阻还是电抗，只要能将起动电流改变为直接起动是的倍，则起动转矩就将变成直接起动时的倍。显然，如果起动电流是直接起动时的1/2，则起动转矩将是直接起动时的1/4。因为鼠笼异步机的直接起动转矩本来就不大，采用定子回路串电阻或是电抗后起动转矩就更小，必须对这种起动转矩的大幅度下降进行校验，看它是否能保证拖动系统顺利完成起动任务。一般地说由于起动转矩较小，所以定子回路串阻抗的起动方法只适用于轻载起动或者是空载起动的生产机械。 2.2.2 星-三角启动凡正常运行时定子绕组接成三角形的是三相鼠笼式异步电动机，在启动时临时成星形，待电动机
14、启动后接近额定转速时，在将定子绕组通过Y降压启动装置接换成三角形运行，这种启动方法叫Y降压启动。属于电动机降压启动的一种方式，由于启动时定子绕组的电压只有原运行电压的，启动力矩较小只有原力矩的，所以这种启动电路适用于轻载或空载启动的电动机。三相异步电动机Y降压控制接线示意图特点：定子绕组星形接法时，启动电压为直接启动采用三角形接法的1/3，起动电流为三角形接法的1/3因而启动电流特性好，线路比较简单，投资少，其中启动转矩特性差，所以该线路适应用于轻载或空载启动场合。线路分析如下：1、合上空气开关QF接通三相电源，2、按下启动按钮SB2，首先交流接触器KM3线圈通电吸合，KM3的三对主触头将定子
15、绕组尾端联在一起。KM3的辅助常开触点接通使交流接触器KM1线圈通电吸合，KM1三对主常触头闭合接通电动机定子三相绕组的首端，电动机在Y接下低压启动。 3、随着电动机转速的升高，待接近额定转速时（或观察电流表接近额定电流时），按下运行按钮SB3，此时BS3的常闭触点断开KM3线圈的回路，KM3失电释放，常开主触头释放将三相绕组尾端连接打开，SB3的常开接点接通中间继电器KA线圈通电吸合，KA的常闭接点断开KM3电路（互锁），KM3的常开接点吸合，通过SB2的常闭接点和KM1常开互锁接点实现自保，同时通过KM3常闭接点（互锁）使接触器KM2线圈通电吸合，KM2主触头闭合将电动机三相绕组连接成，使
16、电动机在接法下运行。完成了Y接压启动的任务。 4、热继电器FR作为电动机的过载保护，热继电器FR的热元件接在三角形的里面，流过热继电器的电流是相电流，定值时应按电动机额定电流的计算。 5、KM2及KM3常闭触点构成互锁环节，保证了电动机Y接法不可能同时出现，避免发生将电源短路事故。三相异步电动机Y降压控制接线示意图安装注意事项：1、Y降压启动电路，只适用于形接线，380V的鼠笼异步电动机。不可用于Y形接线的电动机应为启动时已是Y形接线，电动机全压启动，当转入形运行时，电动机绕组会应电压过高而烧毁。 2、接线时应先将电动机接线盒的连接片拆除。 3、接线时应特别注意电动机的首尾端接线相序不可有错，
17、如果接线有错，在通电运行会出现启动时电动机左转，运行时电动机右转，应为电动机突然反转电流剧增烧毁电动机或造成掉闸事故。 4、如果需要调换电动机旋转方向，应在电源开关负荷侧调电源线为好，这样操作不容易造成电动机首尾端接线错误。 5、电路中装电流表的目的，是监视电动机起动、运行电流的，电流表的量程应按电动机额定电流的3倍选择。 常见故障： 1、Y启动过程正常，但按下SB3后电动机发出异常声音转速也急剧下降，这是为什么？ 分析现象；接触器切换动作正常，表明控制电路接线无误。问题出现在接上电动机后，从故障现象分析，很可能是电动机主回路接线有误，使电路由Y接转到接时，送入电动机的电源顺序改变了，电动机由
18、正常启动突然变成了反序电源制动，强大的反向制动电流造成了电动机转速急剧下降和异常声音。处理故障；核查主回路接触器及电动机接线端子的接线顺序。 2、线路空载试验工作正常，接上电动机试车时，一起动电动机，电动机就发出异常声音，转子左右颤动，立即按SB1停止，停止时KM2和KM3的灭弧罩内有强烈的电弧现象。这是为什么？分析现象；空载试验时接触器切换动作正常，表明控制电路接线无误。问题出现在接上电动机后，从故障现象分析是由于电动机缺相所引起的。电动机在Y起动时有一相绕组为接入电路，电动机造成单相启动，由于缺相绕组不能形成旋转磁场，使电动机转轴的转向不定而左右颤动。处理故障；检查接触器接点闭合是否良好，
19、接触器及电动机端子的接线是否紧固。2.2.3 自耦减压启动在定子回路中串阻抗虽然能满足电网减小起动电流的要求，但是往往因为起动转矩过小而满足不了生产工艺的要求。为了解决这个矛盾人们采用自耦减压起动。三相鼠笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动称为自耦减压起动，其接线图如图所示。起动时，开关K投向起动一边，电动机的定子绕组通过自耦变压器接到三相电源上，当转速升高到一定程度后，开关K投向运行边，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机进入正常运行。自耦减压起动时，一相电路如图所示。 自耦减压起 自耦减压起动一相电路电动机起动电压下降为U，与直接起动时电压UN的关系为：电动机降压起动电流为,
20、与直接起动时的起动电流之间关系为：自耦变压器高压边的起动电流为，与之间的关系为：因此，降压起动与直接起动相比，供电变压器提供的起动电流的关系为 ： 自耦变压器降压时电动机的堵转转矩为，与直接起动时的堵转转矩之间的关系为：由以上可以看出，采用自耦减压起动时，与直接起动相比较，电压降低到N2/N1倍，堵转电流与堵转转矩降低到（N2/N1）2倍。换句话说：如果采用自耦减压起动，则起动电流变化的比值和转矩变化的比值相等，都是直接起动时的KA分之一。自耦减压起动，比起定子串阻抗起动，当限定的起动电流相同时，堵转转矩损失较少，比Y起动灵活，并且当N2/N1较大时，可以拖动较大的负载起动。但是，自耦变压器体
21、积大，价格高，也不能带重负载起动。自耦减压起动在较大容量鼠笼型异步电动机上广泛应用。前面介绍的几种鼠笼型异步电动机的降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时有都程度不同地降低了堵转转矩，因此，只适合空载或轻载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则经常需要堵转转矩较大的异步电动机，加大堵转转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线型异步电动机，则可在转子回路内串电阻。对于鼠笼型异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值。2.3绕线式三相异步电动机的启动 2.3.1 转子回路串电阻 绕线型三相异步电动机转子回路串入电阻，可以减小定子电流。当所串入的电阻RS合适，可以增大堵转转矩值。当所串电阻折合值为：
22、即Sm=1，电动机的堵转转矩达最大值。为什么在绕线型三相异步电动机转子回路串入电阻后，定、转子电流减小了，而堵转转矩却能增大？从电动机电磁转矩公式知道，在气隙每极磁通量一定时，电磁转矩T与转子有功电流成正比。已知串入电阻RS后，转子功率因数角为：即角比不串时小很多，使得值增大。尽管刚起动时，因为串电阻使得减小，但值的增大，使得转子有功电流反而增大了，从而增大堵转转矩值。当然，过分增大所串电阻，虽然会增大，其极限值为1，因转子电流减小使堵转转矩也跟着减小。图17（a）是绕线型异步电动机转子串电阻的示意图，为了简单，也有采用图17（b）不对称电阻。 图17（a） 图17（b）绕线型三相异步电动机多
23、用在拖动那些要求堵转转矩大的生产机械，如起重机械，球磨机，空压机，皮带运输机以及矿井提升机等。为了减小绕线型三相异步电动机运行时电刷与集电环间的摩擦损耗，有些电机安装了电刷提起装置。当电动机起动完毕后，把转子三相绕组彼此短路，将电刷从集电环上举起。2.3.2 转子串频敏变阻器起动对于那些单纯为了限制起动电流增大堵转转矩的绕线型异步电动机，可以采用转子串频敏变阻器起动，如图18所示。频敏变阻器是一个三相铁心线圈，它的铁心是由实心铁板或钢板叠加而成，板的厚度为3050mm。图18中，接触器点K断开时，电动机转子串入频敏变阻器起动。起动过程结束后，接触器点K再闭合，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行
24、。频敏变阻器每一相的等效电路与变压器空载运行时的等效电路是一致的。忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成，用表示。但是，与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要表现在以下两点：频率为50HZ的电流通过时，阻抗比一般的变压器励磁阻抗小的多。这样，串在转子回路中，既限制了定.转子电流，又不致使堵转电流过小而减小堵转转矩。频率为50HZ的电流通过时，。其原因，频敏变阻器中磁通密度取的较高，铁心处于饱和状态，励磁电流较大，因此，励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或后钢板的，磁滞，涡流损耗都比较大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此较大。 图18转子串频敏变阻器
25、起动绕线型三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时（s=1），转子回路频率为50HZ，因为，转子回路主要是串入了电阻，提高了转子回路的功率因数，既限制了堵转电流，又提高了堵转转矩。起动过程中，随着转速升高，转子回路频率逐渐降低，频敏变阻器中铁损耗减小，电阻也小；电抗也小。正因如此，电动机在几乎整个起动过程中始终保持较大的电磁转矩。为了用户的方便，频敏变阻器的等效阻抗是可以调节的。实际的频敏变阻器线圈上都有几级中间抽头，供使用时选择一个比较合适的等效阻抗值。铁损和磁密的平方成正比，改变线圈的匝数将引起等效阻抗的较大变化。中间抽头受到结构条件的限制，只能是有限的几种，不可能适应紧密调节的需要。为了将起
26、动电流和起动转矩比较准确的整定在要求的数值上，频敏变阻器都装有调节气隙长度的活动铁心。气隙越大，磁密越小，等效阻抗也愈小。第三章 三相异步电动机调速系统3.1 概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计异步电动机调压调速系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“异步电动机交流调速”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握Matlab语言设计的基本方法。 应用场合: 应用异步电动机调压调速系统，一般工业场合以及特殊伺用机床。 系统功能介绍:本系统以三相异步电动机的转速为被控对象，根据工业场合的具体需要，调节定子电压对电动机进行无级调速。3.2 异步电动机调速系统的组
27、成交流调压调速是一种比较简便的调速方法。常见的异步电动机调压调速系统由以下六大基本部分组成：转速调节器（ASR）、触发装置（GT）、晶闸管交流调压器（TVC）、测速发电机（TG）、软启动器以及三相异步电动机（M）。这里主要介绍三相异步电动机（M）的结构，和测速发电机（TG）、晶闸管交流调压器（TVC）和软启动器四大部分的具体结构以及工作原理。一、三相异步电动机异步电动机(asynchronous motor) 又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电动机。 异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、绕线式异步电动机。
28、 作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60多。交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，结构简单，成本低，维护方便，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠，对环境要求不高，因此在工农业生产中得到了极广泛的应用。其突出的优点是：电机制造成本低，结构简单，维护容易，可以实现高压大功率及高速驱动，适宜在恶劣条件下工作，并能获得和直流电机控制系统相媲美或更好的控制性能。和直流电机一样，三相异步电动机主要也由静止的定子和转动的转子两大部分组成。定子与转子之间有个较小的气隙。 异步电动机的定子由定
29、子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为了使异步电动机能产生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的0.5mm厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。对于容量较大(10kW以上)的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘之用。定子铁心上的槽形通常有三种半闭口槽，半开口槽及开口槽。槽内定子绕组的导线用槽楔紧固。槽楔常用的材料是竹、胶布板或环氧玻璃布板等非磁性材料。机座的作用主要是固定和支撑
30、定子铁心。中小型异步电动机一般都采用铸铁机坐，并根据不同的冷却方式而采用不同的机座型式。例如小型封闭式电动机、电机中损耗变成的热量全都要通过机座散出。为了加强散热能力，在机座的外表面有很多均匀分布的散热筋，以增大散热面积。对于大中型异步电动机，一般采用钢板焊接的机座。笼形绕组，由于异步电动机转子导体内的电流是由电磁感应作用而产生的，不需由外电源对转子绕组供电，因此绕组可自行闭合；绕组的相数亦不必限定为三相。因此笼形绕组的各相均由单根导条组成，因为异步电动机正常运行时，旋转磁场与转子导条的相对转速不大，即转差率在5之下，所以导条中的感应电动势不大，如导条与铁心之间不加绝缘，由导条与铁心之间的接触
31、电阻来限制导条间的漏电流也是可以的，一般无须用绝缘材料把导条与铁心隔开，艺极为简单。笼型绕组就可以由插入每个转子中的导条和两端的环形端环组成。如果去掉铁心，整个绕组的外形就象一个关松鼠的笼子，所以具有这种笼型绕组的转子，习惯上称为笼型转子。笼型转子上既无集电环，又无绝缘，所以结构简单、制造方便、运行可靠。 异步电动机定、转子之间的气隙是很小的，中小型电机般为0.22mm。气隙的大小与异步电动机的性能关系极大。气隙愈大，磁阻也愈大。磁阻大时，产生同样大小的旋转磁场就需要较大的励磁电流。气隙过小，会使装配困难和运转不安全。如何决定气隙大小，应权衡利弊，全面考虑。一般异步电动机的气隙以较小。二、晶闸
32、管交流调压器（TVC）结构图如图2.1：图2.1晶闸管单相交流调压器，把三对反并联的晶闸管与负载相串联，然后接到交流电源上，通过控制晶闸管的导通角，调节负载上的电压和功率，这一装置称为晶闸管交流调压器。晶闸管交流调压器在电炉的温度控制、舞台的灯光控制及中小功率异步电动机的转速调节中得到广泛应用。交流调压器的输出仍是交流电压，因此它可以通过变压器再进行调压，但是它的输出电压波形与自耦式或感应式交流调压器不同，不再是正弦波形。其中谐波分量较大，功率因数也较低（与导通角有关）。交流调压器的晶闸管控制通常采用两种方式：通断控制。即把晶闸管作为开关将负载电路与电源接通几个周波，然后再断开一定周波数。通过
33、改变通断时间比达到调压的目的。这里晶闸管起到一个通断频率可调的快速开关的作用。相位控制。将晶闸管作为这样一个开关，在电源电压每一周期中，在选定的时刻将负载电路与电源接通，改变选定的时刻即可达到调压的目的。在交流调压器中，相位控制应用得较多，故下面主要介绍以相位控制的交流调压器。通常在大功率或者为完成对某些负载控制方式时采用三相交流调压器。三相交流调压器接线形式很多，这些电路各有特点，现分别叙述如下：晶闸管三相全波星形或三角形调压电路如图2.2：图2.2这是一种三相三线制的线路结构。采用这种线路时，可任意选择所需要的负载形式，即可用三角形或者星形。这种电路连接的优点之一，就是它的输出谐波分量低。
34、由于线电流对称，因而只有奇次谐波，其中3次谐波被抵消了。所以这种电路对邻近通讯电路干扰小，从而减轻了滤波问题。但是这种电路必须保证有两相晶闸管同时导通，负载上才有电流通过。因此触发脉冲必须采用宽脉冲或双窄脉冲，移相范围为150。晶闸管三相星型三角形调压电路，如图2.3：图2.3此电路用三个晶闸管元件接成三角形方式，放在星形连接的中点，所以称为星点三角形调压电路，其原理图如图所示。其中晶闸管的移相范围为210，触发脉冲宽度大于30，晶闸管触发次序为T1、T2、T3。此电路中只用了三个晶闸管元件，电路简单，但由于元件的单向导电性，又被接成三角形，故为不对称控制方式，正、负半波的波形不同（面积相同）
35、，所以输出负载上有偶次谐波。四、软启动器软起动器是继自耦减压起动器、星-角减压起动器等之后，采用电子半导体器件（晶闸管）和单片机控制的智能化程度较高的一种新型电机起动装置，而且工作性能优于上述减压起动器。软起动器的一般电路构成第 20 页 共 29 页如图2.4：图2.4软起动器的主电路，一般也由六只正反向并联的单向晶闸管组成，在三相调压电路上并联有旁路接触器的三组主触点。旁路接触器一般均由用户外置，由控制线路控制其通断，部分中、小功率软起动器机型，也有装置内部自置旁路接触器的，外围控制线路也相对简化。控制板是以单片机（或称CPU）为核心的由模拟及数字集成电路构成的控制电路，包括CPU的基本电
36、路、同步信号电路、输入电压、输出电流检测电路、脉冲触发电路，控制端子（模拟、数字输入/输出控制信号）电路、和控制电源、操作显示面板电路等单元电路，往往排列于13块线路板上。其中控制电源电路，同步信号采样电路和脉冲触发电路，输入电压、输出电流检测的前级电路会安排于同一块线路板上，这块线路板又称为触发板；而其它电路和输入电压、输出电流检测的后级电路则安排于另一块线路板上，这块线路板又称为CPU主板。软起动器的主电路形式如图2.5：图2.5软起器的主电路，一般采用3只正反向并联的晶闸管模块，构成三相交流调压的电路形式，晶闸管主电路输出可控交流起动电压，起动过程结束后，交流接触器KM闭合，电动机进入运
37、行阶段，同时晶闸管主电路停止输出。在这里KM又称为旁路接触器。由TA1、TA2、TA3检测运行电流信号，输入控制电路，用于运行电流显示、过载报警、停机保护等。同时软起动器的停车方式，也有如下两种：1）自由停车。在这种停机模式下，软起动器接到停止命令后即断开旁路接触器并禁止晶闸管的调压输出，电机依负载惯性逐渐停车。适用于对停车时间和停车距离无要求的负载设备。 2）软停车。在这种停机模式下，电动机的供电由旁路接触器切换到晶闸管调压输出，输出电压由全压逐渐减小，使电机转速平稳降低，直至停止。适用于对停车时间有要求和柔性停机要求的泵类负载等场合。第四章 三相异步电动机调速系统的设计与应用4.1 三相异
38、步电动机调压调速系统的工作原理异步电动机调压调速工作原理：当异步电动机电路参数不变时，在一定转速下，异步电动机的电磁转矩TM与定子电压U1的平方成正比。因此，改变定子外加电压就可以改变其机械特性的函数关系，从而改变异步电动机在一定输出转矩下的转速。异步电动机的电磁转矩为：它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与电压的平方成正比。这样不同电压下的机械特性便如下图所示，图3.1中表示额定电压。图3.1 异步电动机在不同电压下的机械特性4.2三相异步电动机调速系统的结构原理图以及系统实现异步电动机调压调速系统分为开环、单闭环、双闭环调压调速系统。异步电动机开环、单闭环、双闭环调压调速系统结构原理图以
39、及系统实现图，依次如下： 给定 GTTVC M图3-1开环调压调速系统结构图图3-2.开环调压调速系统 图3-3 单闭环调压调速系统 TVCGTACRASR给定 电流互感器MTG图3-4 双闭环调压调速系统结构图结 论本文首先分析了三相异步电机的传统的几种起动方法及其起动特性，得出利用晶闸管调压的软起动方式可以获得较为理想的软起动效果的理论。即在同等的条件下，起动控制电路具有较简练的结构，系统工作可靠性高，这种方式可以较小的成本获取较高的起动性能。通过我们的研究，可以得到以下结论：1.异步电动机软起动可以有效地减小电动机的起动电流；2.软起动方式使起动过程较平稳，负载加速没有冲击；3.异步电动
40、机的软起动更适合变转矩负载和轻载电机的起动。4.软起动方式会使异步电动机的起动过程稍有延长，但这对不频繁起动的电机拖动设备没有影响。5.软起动方式可以有效地减小异步电动机的起动电流，因而为减小与之配套的供电变压器容量创造了有利的条件。影响三相异步电动机用电效率的三个关键因素电压、转差和功率因数之间存在耦合关系，因此对三相异步电动机进行节能控制的问题是一个非线性控制问题。本文从异步电动机节能运行的角度出发，按能耗最小寻优目标功率因数 以及按负载率确定最佳调整电压U1j，不仅在理论上得出了控制方法，在技术实现上也是切实可行的。致 谢在此论文的写作期间，得到毕业设计指导老师悉心的指导和精心的帮助，并
41、在实习时也得到实习老师的帮助，在此向各老师表示深深的感谢。同时我也得到电子工程系同学的大力支持及学长们的无私帮助，另外本文参考了多篇论文，在此一并表示感谢！参考文献胡寿松主编自动控制原理北京，科学出版社，2000顾绳谷主编，电机及拖到基础北京，机械工业出版社何克忠主编计算机控制系统北京：清华大学出版社，1999贺益康主编交流电机的计算机仿真北京，科学出版社，.1990顾绳谷主编电机及拖动基础北京：机械工业出版社，1980周定颐主编电机及电力拖北京：机械工业出版社M，1987任兴权主编.电力拖动基础.第2版.北京： 冶金工业出版社，2000胡幸鸣主编.电机及拖动基础. 北京： 机械工业出版社，1
42、999邵群涛主编. 电机及拖动基础. 北京： 机械工业出版社，1999李发海主编.电机学. 第3版.北京：科学出版社，2001康华光主编.电子技术.第3版. 北京： 高等教育出版社，2003贾正春主编.电力电子学. 北京：中国电力出版社，2002黄一夫主编. 微型计算机控制技术. 北京：机械工业出版社，1988赖寿宏主编.微型计算机控制技术. 北京：机械工业出版社，2003谭维瑜主编.电机与电气控制. 北京：机械工业出版社，1995毕业设计（论文）成绩评定表设计（论文）经答辩委员会全体委员审查，确认符合安徽工贸职业技术学院专科学生毕业设计（论文）质量要求。确定其论文成绩为 。 评阅者评语：评阅者签名：答辩委员会（小组）评语：答辩委员会（小组）负责人（签名）：答辩委员会（小组）委员（签名）：年月日