毕业设计-矿井提升机串级调速系统设计.doc

毕业设计（论文） 矿井提升机串级调速系统设计摘 要串级调速是交流异步电动机调速的一种类型,串级调速的思想就是将异步电动机的转子电压经过三相桥式整流变为直流电压，再在其直流侧由可控硅逆变电路产生与其相反的直流电势与三相桥式产生的直流电压串联，改变逆变角的大小来改变直流电势的大小，达到调速的目的，同时还能提高电动机的运行效率和调速的经济性本文依据矿井提升机对电力拖动系统的要求，采用可控硅串级调速来控制其拖动电动机实现无级调速，满足矿井提升机对电力拖动系统调速性能和节能的要求本文主要研究三相交流绕线式异步电动机可控硅串级调速系统的主、辅电路设计有关的技术问题包括系统的组成与工作原理，主回路的设计，控制回路设计，系统的静、动态工作特性计算分析等关键词： 可控硅, 串级调速, 整流, 逆变 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 pigeonhole 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 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 motor 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 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 system, etc.The keywords: Silicon controlled rectifier, each adjusts speed, rectification, Go against and change目 录1. 概述 11.1 交流电动机调速的发展概况 11.2 矿井提升机对电力拖动系统的要求 31.3 本课题研究的目的和内容 42. 提升机调速系统方案的选择 5 2.1 提升机调速成系统调速方式的选择 52.2 双闭环控制系统的选择 52.3 桥式电路的选择 62.4 触发电路的选择 73. 矿井提升机串级调速的工作原理 8 3.1 串级调速系统工作原理及工作状态 8 3.2 串级调速系统主电路的工作原理 10 3.3 串级调速控制回路的工作原理 12 3.4 矿井提升机的系统组成与工作原理 124. 主回路电路的设计 15 4.1 三相桥式不可控整流器的设计 15 4.2 三相桥式逆变器的设计 15 4.3 逆变变压器的设计 164.4 平波电抗器LP的设计 164.5 晶闸管保护电路的设计 175. 控制回路电路的设计 19 5.1 稳压电源的设计 195.2 触发电路的设计 225.3 定子控制单元的设计 225.4 绝对值单元的设计 245.5 速度反馈网络的设计 245.6 电流检测反馈网络的设计 255.7 控制线路的设计 266. 系统的静、动态特性计算 28 6.1 系统的静态特性计算 286.2 系统的动态特性计算 307. 串级调速系统调试 357.1 一般检查以及线路检查 357.2 单元器件的调试 357.3 系统的调试 377.4 操作电路的调试 38主要元器件明细表 39结束语 40致谢 41参考文献 1. 概 述1.1 交流电动机调速的发展概况纵观电力传动的发展过程，交直流两种传动方式共存于各个生产领域之中。

在电力电子技术发展之前，直流电动机几乎占垄断地位对于直流电动机只要改变电动机的电压或者励磁电流就可以实现电动机的无级调速，且电动机的转矩容易控制，具有良好的动态性能随着工业技术的不断发展，它们相互竞争、相互促进交流电动机，特别是鼠笼式异步电动机与直流电动机相比具有一些突出的优点：制造成本低；重量轻；惯性小；可靠性和运行效率高；维修工作量小；能在恶劣的甚至在有易燃易爆性气体的环境中安全运行这些与现代调速系统要求的可靠性、可用性、可维修性相一致正是由于交流电动机的这种优势，使它在电力拖动系统中的应用范围比直流电动机广泛得多，约占整个电力拖动总容量的80%以上；但同时交流电动机本身是一个非线性、强耦合的多变量系统，其可控性较差而随着电力电子技术和自动控制技术的迅速发展以及各种高性能的电力电子器件产品的出现，为交流调速系统的发展创造了有利条件特别是70年代初出现的矢量变换控制技术以及在矢量变换基础上相继出现的磁通反馈矢量控制、转差型矢量控制、直接转矩控制等实用系统，大大推进了交流传运控制技术的发展这些新型的交流传动控制技术与高性能的变频器相结合，就有可能使利用交流电动机构成的交流伺服系统在性能上与高精度的直流伺服系统相匹配。

特别是在一些大容量、高转速或特殊环境下应用的场合，交流调速系统已显示出无比的优越性，电气传动交流化的时代随之而来根据异步电动机的转速公式：式中——电机极对数 ——供电电源频率——电机转差率因此，异步电动机有三种基本的调速方式，即改变极对数、改变转差率和改变供电电源频率在改变转差率调速中又可分为转子串电阻调速、串级调速、调压调速和电磁转差离合器调速四种类型1） 变极调速变极调速是通过改变绕组极对数达到改变异步电动机同步转速的调速方法由于电动机的极对数只能成倍变化，因此转速也只能近似成倍变化变极调速主要用于鼠笼式异步电动机变极电动机通常有转换单绕组接线改变其极对数的电动机和在同一铁心上设置两个以上极对数的不同绕组的两种类型这种调速优点：设备简单，操作方便，机械特性较硬，效率较高，既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速缺点：属于有级调速，且调速的级数不多因此仅适用于不需要平滑调速的场合例如某些机床的调速，采用变极调速与变速箱机械调速配合，就可以较好地满足生产机械对调速的要求2）转子串电阻调速这是对绕线式异步电动机进行调速的一种方法，即在电机的转子回路中串入可变电阻来改变电动机机械特性的斜率，从而改变了一定负载下电机的转差率达到调速的目的。

由于转子串入的电阻不能连续变化因此电机的转速也只能阶跃变化，即有级调速这种调速的优点：设备简单、易于实现，初投资不大缺点：①低速时的机械特性变软，其最低转速受生产机械允许静差率的限制，所以调速范围不大，一般只能达到2—3②转子串电阻为分段调节，属有级调速，调速的平滑性差③只宜带负载调速空载或轻载时调转子电阻所得到的转子速度变化不大④低速时转差率s大，转子铜损Pcu2=sPm大效率低，经济性差由于以上特点，这种方法多适用于起重机一类对调速性能要求不高的恒转矩负载，对通风机型负载也可以适用3）调压调速 调压调速是通过改变电动机定子供电电压的大小来改变电动机在某一负载下转速的一种调速方式在调速过程中，电动机的转差功率将损耗在转子的电阻上 调压调速的优点：调速平滑，采用闭环调速系统，其机械特性很硬，调速范围宽（可达到10：1）缺点：由于是变转差率调速，因此低速时转差功率损耗大，效率低，这种调速主要适用于高转子电阻的电动机4）电磁转差离合器调速电磁转差离合器调速的特点是异步电动机与负载之间用电磁转差离合器联接电动机为普通鼠笼式异步电动机，本身并不调速，而与负载相连的输出轴的转速则可以通过改变电磁转差离合器的励磁电流来调节。

电磁转差离合器调速的优点：控制简单，价格便宜，运行可靠，维护方便，能平滑调速，采用闭环系统时可扩大调速范围缺点：低速时损耗较大，效率较低等缺点这种调速方法广泛用于纺纱、印染、造纸等机械上以具有通风机械负载特性的设备5）变频调速变频调速是利用电动机同步转速随频率变化特性，通过改变电动机供电电源频率的方法来实调速变频调速的优点：调速范围广（可达到10：1），平滑性较高，调速时机械特性较硬，静差率小，变频时U1按不同规律变化可以实现恒转矩或恒功率调速因此可以构成具有高性能的交流调速系统缺点：①必须有一套变频电源目前，变频电源的结构还比较复杂，价格较贵，容量不够大②低速时最大转矩MM较小，使电动机的过载能力降低6）串级调速绕线式异步电动机转子串电阻调速是以能量损耗为代价来实现调速的，越是速度调得越低，损耗也就越大，效率也就越低，若能在转子回路中串入一个能量吸收装置，将这部分损耗的能量加以吸收并回馈电网，就可以大大提高系统的运行效率，这种转差功率回馈型的调速方法称为串级调速具体来讲就是在电动机转子回路中串入一个附加电势，通过调节附加电势的大小来改变电动机一定负载下的转差率，从而达到调节电动机转速的目的。

串级调速与串电阻调速相比其优点为：机械特性较硬，调速平滑性较好，损耗较小，便于向大容量发展缺点：功率因数较低（因为有滤波电抗器及可控硅逆变器的存在。