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1、 . . . 摘 要随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。关键词：异步电动机 调速 调压目 录摘要1第1章 绪论3 第2章 异步电动机调压调速系统的组成及工作原理5 2.1 概述5
2、2.2 异步电动机调压调速系统的组成52.3 异步电动机调压调速系统的工作原理6 第3章 异步电动机调压调速系统93.1 调速简介93.2 电动机的调速指标93.3 晶闸管交流调压器（TVC）11第4章 开环调压调速系统的仿真设计144.1 交流调压仿真程序144.2 各部分参数设置144.3 仿真图15第5章 心得体会16 参考文献17第1章 绪 论在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问
3、题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。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.电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。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。采用
4、转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。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
5、调速系统都采用交流变频装置。在异步电动机调速方法中，变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。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多，其调速围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压器（TVC）等几种。晶闸管调压方式为最佳。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100
6、KW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2章 异步电动机的组成及工作原理2.1 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
7、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。2.2 异步电动机调压调速系统的组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）的结构和工作原理。2.2.1 三相异步电动机异步电动机又称感应电动机,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
8、照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、绕线式异步电动机。 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。异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与
9、其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。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子铁心、定子绕组和机座三部分组成。2.3 异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
10、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如图2.1所示图2.1 异步电动机在不同电压下的机械特性2.3.2 异步电动机调压调速系统的结构原理图异步电动机调压调速系统结构原理图如下：给定TVC GT M 图2.2 开环调压调速系统结构图第3章 异步电动机调压调速系统3.1 调速简介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： n =60 f（1-s）
11、p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。3.2 电动机的调速指标：（1）调速围：电动机在满载（电流为额定值）情况下所能得到的最高转速与最低转速之比称为调速围，用D表示，即例如4：1，10：1等。不同生产机械要求的调速围各不相同。（2）调速方向：调速方向指调速后的转速比原来的额定转速（基本转速）高还是低。若比基本转速高，称为往上调，比基本转速低，称为往下调 。（3）调速平滑性：调速的平滑性由一定调速围能得到的转速级数来说明。级数越多，相邻两转速的差值越小，平滑性越好。如果转速只能跳跃式的调节，例如只能从3000
12、 r/min 一下调节到 1500 r/min ，再又调节到1000 r/min 等，两者中间的转速无法得到，这种调速称为有级调速。如果在一定的调速围的任何转速都可以得到则称为无级调速。无级调速的平滑性当然比有级调速好。 平滑的程度可用相邻两转速之比来衡量，称为平滑系数即 越接近于1，平滑性越好。无级调速时=1，平滑性最好。（4）调速稳定性：调速的稳定性是用来说明电动机在新的转速下运行时，负载变化而引起转速变化的程度，通常用静差率来表示。其定义为：在某一机械特性上运行时电动机有理想空载到满载时的转速差与理想空载转速之百分比，即越小，稳定性越好。（5）静差率与机械特性的硬度有关机械特性的硬度的定
13、义为越大，转矩变化时，n变化的程度就越小，机械特性就越硬，静差率就越小，稳定性就越好。静差率还与理想空载转速n0的大小有关。例如两条平行的机械特性硬度相同，中的n0-nf 相同，由于n0不同，它们的就不同，n0大的，小，n0小的，就大。生产机械在调速时，为保持一定的稳定性会对静差率提出一定的要求。静差率还会对调速围起到制约的作用，因为如果调速时所得到的最低转速下的太大，则该转速的稳定性太差，便难以满足生产机械的要求。（6）调速时的允许负载： 电动机在各种不同转速下满载运行时，如果允许输出的功率相同，则这种调速方法称为恒功率调速；如果允许输出的转矩形同，则这种调速方法称为恒转矩调速。那么对于三相异步电动机来说，由于所以三相异步电动机的调速方法可以分为两大类：一类是通过改变同步转速n0来改变转速n，具体方法有变极调速（改变p）和变频调速（改变f1）；另一类是通过改变转差率s来实现调速，这就需要让电动机从固有特性上运行改为人为特性上运行，具体方法有变压调速（改变U1），转子电路串电阻调速（改变R2），等等。3.3 晶闸管交流调压器（TVC）结构图如图3.1：图3.1 晶闸管交流调压器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。
